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(皖北煤电集团前岭煤矿采煤二区 安徽宿州 234000) 摘要 :巷道掘进爆破是煤矿采掘的前期主要工作,提高技术对整个采煤进程的安全有着重要的作用,本文笔者在参考大量国内外文献的 基础上,总结了当前国内外掘进爆破的技术发展概况,相信对国内的相关研究有着重要的借鉴和指导意义。 关键词:巷道 掘进 爆破技术 理论的回顾及进展概述 1.1岩石爆破的破岩机理 当埋置在岩石内部的炸药爆炸后,瞬 间对周围岩石产生强烈的冲击,形成压缩应力波,压力值能达到几千到几万个大气 压,远远超过岩石的抗压强度,将药包周围的岩石击得粉碎,形成一个粉碎区。 在应力波以药包为中心向外传播过程 中,将迫使岩石质点做径向位移,在切向上形成拉伸应力,由于岩石属于一种脆性材料,其抗拉强度仅为抗压强度的1/15～1/ 20, 所以岩石极易受拉破坏,当拉伸应力大 于岩石抗拉强度时,则发生拉伸破坏。 因此,药包周围产生一系列的径向裂隙,这种 裂隙一直延伸到拉应力小于岩石的抗拉极 限强度处为止。 于爆轰波冲击围岩的同时,高温高压 的爆生气体也急剧膨胀,从而加强了冲击波的破坏作用,加剧了裂隙的发展,同时迫 使已破碎的岩石做径向向前运动。 离药包较远处的原岩无法移动,能量以弹性能的 形式存在。 随时间的延长,爆生气体的温度和压 力迅速下降,在药包中心形成应力降低区,被压缩的岩石卸压,同时弹性能释放,岩石向药包中心移动,产生径向拉伸应力,岩石 被拉断形成许多环形裂隙。 1.2应力波反射拉伸破坏理论和爆破漏斗 理论 当药包处于自由面附近时,压缩应力 波自药包中心向外传播到自由面后,产生反射,压缩波反射成拉伸波。此时便有一 个拉伸波由自由面向药包中心传播,由于 自由面岩石处于二向应力状态,其强度比三向应力条件下低,当反射的拉应力大于 该处岩石的抗拉强度时,岩石被拉断,在自 由面附近的岩石产生一系列的长拉裂隙。这就是应力波反射拉伸破坏原理。 当最小抵抗线合适时,自由面所产生 的裂隙和药包周围的裂隙贯通,在爆生气体膨胀做功的作用下,将已破碎的岩石抛出,形成爆破漏斗。 总结上述岩石破坏过程,不难发现除 药包附近的岩石属受压破坏外,岩石的破坏主要是由于受拉所致。 道)爆破掘进技术现状 1概述 巷道(隧道)掘进爆破中的炮眼,按其作 用的不同,可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。掏槽眼的作用是为辅助眼创造第二自由面,辅助眼是为了进一步扩大掏槽体积,周边眼是为了形成正确的井巷断面形状。 2.2 巷道掘进爆破的掏槽方式 2.2.1倾斜眼掏槽方式 倾斜眼掏槽 :倾斜眼掏槽是指掏槽眼 方向与作业面斜交的掏槽方法。通常有单 向掏槽、 锥形掏槽和楔形掏槽等形式。 掏 底距离为10cm～20cm。 眼掏槽的优点:适应性好,所需掏槽 较少,掏槽体积大,炮孔精度对爆破效果 的影响小, 抛掷阻力小, 易于将岩石抛出, 有 利与其他炮眼的爆破,需要的雷管段数少。 缺点:角度控制难掌握,掏槽眼深度受 巷道断面限制较大,因而影响到每个循环 的进尺。另外,岩石抛距较远,岩堆分散,影响装岩效率。 2.2.2垂直眼掏槽方式 垂直眼掏槽 :垂直眼掏槽也称直线掏 槽,所有掏槽眼均垂直于工作面,炮眼之间相距较近且保持平行,其中有一个或数个不装药的空眼,作为装药眼的临时自由面。 垂直眼掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋 掏槽三种形式。 龟裂掏槽 :炮孔布置在一条直线,彼此 间严格平行,装药眼与空眼间隔布置,爆破后形成一条槽逢。 龟裂掏槽体积小,故常 被桶形掏槽所代替。 桶形掏槽 :又称角柱型掏槽,各掏槽眼 间相互平行且成对称形式。 空眼孔径可与 装药眼相同,也可采用75mm～100mm的大 直径空眼,以便增强自由面的作用。 螺旋掏槽:是由桶形掏槽发展而来的,其特点是各装药眼到空孔的距离依次递 增,呈螺旋线布置,并且由近及远顺序起 爆,能充分利用自由面,扩大掏槽效果。常 用的是大空孔螺旋掏槽。 优点:眼深不受巷道断面限制,可进行 较深炮眼的爆破,能提高掘进循环进尺;掏槽体积内外大小一致,因而相邻炮孔的最小抵抗线也一致。 使爆落的矿岩块度均匀,不会抛掷太远,爆堆集中在工作面附近,有利于装岩。 缺点:掏槽眼数量较多,掏槽体积小,对凿岩技术要求高,需要的雷管段数多。 2.2.3 混合掏槽方式 混合掏槽是以上斜眼掏槽和直眼掏槽两 种掏槽方式的混合使用,能够克服单独一种 掏槽方式的缺点,同时有具有两种掏槽方式 的优点,在特殊岩石的掘进爆破工程中有用。 巷道掘进技术的发展概述 国外煤矿现代巷道掘进施工方法主要 有钻爆法和综合机械化掘进法 (简称综掘法)。岩巷掘进仍采用钻爆法,普遍采用高频液压凿岩机、 凿岩台车等设备。 煤和半 煤岩巷广泛采用掘进机,英国采用掘进机 掘进煤和半煤岩巷的比例己达85%。综掘 法是近二三十年间迅速发展起来的一种先 进的巷道掘进技术。其主要设备是掘进 机,它是一种集切割岩石、装载及转运岩 渣、 降尘等功能为一体的大型高效联合作 业机械设备,能实现连续掘进,目前国际先 进水平已实现自动控制及离机遥控操作。但是,关于巷道掘进的基础爆破机理方面的研究没有突破性进展,爆破方法跟国内 基本相同。 尽管如此在巷道爆破经济技术 精确控制、探测手段爆破质量管理爆破公害控制、巷道地压规律研究、 岩石可爆性研究等方面,却取得了较好的成绩。 3.1 岩体性质对掘进爆破的影响及评价系统 该研究确定了多个反映爆破效果的参 数 :掘进效率超挖、和 HCF(半孔率)等。反映岩体性质的参数RMR(岩体分级)和岩 体强度。 通过观察不同条件和爆破方式下的各参数关系,得出在岩体和爆破效果间存在着一定的关系。 证明岩体结构对爆破 有着不可忽视的影响作用,同时,HCF 指数 是表示和评价巷道爆破效果和围岩保护效 果的敏感参数。 3 . 2 连续钻孔成槽实现低震动爆破技术 该技术是在凿眼过程中,使用连续钻 孔的方式形成槽缝。 槽缝沿巷道轮廓、作 业面分块切割布置。 由于有良好的自由面,使炸药单耗大大降低,降低了爆破震动的传递。此技术在城市和居民区地下开挖 工程中应用效果十分明显。 3.3爆破超挖的研究 钻孔爆破法无疑是最经济最高效的地 下工程开挖方式,但由于爆破参数和岩石 自身稳定性差等原因造成超挖是个大问 题。 该研究找到了爆破破坏的预测和控制 参数,既超挖度和半孔率等。 该研究对岩 石损伤评估有非常重要的意义。 4结语 本文在参考国内外大量相关研究报告 后,总结了当前国内外掘进技术的发展状 况,相信对相关行业的研究者有着重要的 借鉴和指导意义。 文献 [1]张守中.爆炸基本原理[M].北京 :国防工 业出版社,1988. [2]齐景岳. 隧道爆破现代技术[M].北京:中 国铁道出版社,1995. 爆破工程[M].北京:机械工业出版 社,2005,1. |
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