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巷道掘進爆破技術研究

2022-02-23 責任編輯:崔瑋娜

楊眷

(皖北煤電集團前嶺煤礦采煤二區安徽宿州234000)

摘要:巷道掘進爆破是煤礦采掘的前期主要工作,提高技術對整個采煤進程的安全有著重要的作用,本文筆者在參考大量國內外文獻的基礎上,總結了當前國內外掘進爆破的技術發展概況,相信對國內的相關研究有著重要的借鑒和指導意義。

關鍵詞:巷道掘進爆破技術

中圖分類號:TB41文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2008)10(b)-0094-01

1現代爆破理論的回顧及進展概述

1.1巖石爆破的破巖機理

當埋置在巖石內部的炸藥爆炸后,瞬間對周圍巖石產生強烈的沖擊,形成壓縮應力波,壓力值能達到幾千到幾萬個大氣壓,遠遠超過巖石的抗壓強度,將藥包周圍的巖石擊得粉碎,形成一個粉碎區。

在應力波以藥包為中心向外傳播過程中,將迫使巖石質點做徑向位移,在切向上形成拉伸應力,由于巖石屬于一種脆性材料,其抗拉強度僅為抗壓強度的1/15~1/20,所以巖石極易受拉破壞,當拉伸應力大于巖石抗拉強度時,則發生拉伸破壞。因此,藥包周圍產生一系列的徑向裂隙,這種裂隙一直延伸到拉應力小于巖石的抗拉極限強度處為止。

于爆轟波沖擊圍巖的同時,高溫高壓的爆生氣體也急劇膨脹,從而加強了沖擊波的破壞作用,加劇了裂隙的發展,同時迫使已破碎的巖石做徑向向前運動。離藥包較遠處的原巖無法移動,能量以彈性能的形式存在。

隨時間的延長,爆生氣體的溫度和壓力迅速下降,在藥包中心形成應力降低區,被壓縮的巖石卸壓,同時彈性能釋放,巖石向藥包中心移動,產生徑向拉伸應力,巖石被拉斷形成許多環形裂隙。

1.2應力波反射拉伸破壞理論和爆破漏斗理論

當藥包處于自由面附近時,壓縮應力波自藥包中心向外傳播到自由面后,產生反射,壓縮波反射成拉伸波。此時便有一個拉伸波由自由面向藥包中心傳播,由于自由面巖石處于二向應力狀態,其強度比三向應力條件下低,當反射的拉應力大于該處巖石的抗拉強度時,巖石被拉斷,在自由面附近的巖石產生一系列的長拉裂隙。這就是應力波反射拉伸破壞原理。

當最小抵抗線合適時,自由面所產生的裂隙和藥包周圍的裂隙貫通,在爆生氣體膨脹做功的作用下,將已破碎的巖石拋出,形成爆破漏斗。

總結上述巖石破壞過程,不難發現除藥包附近的巖石屬受壓破壞外,巖石的破壞主要是由于受拉所致。

2國內巷道(隧道)爆破掘進技術現狀

2.1概述

巷道(隧道)掘進爆破中的炮眼,按其作用的不同,可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。掏槽眼的作用是為輔助眼創造第二自由面,輔助眼是為了進一步擴大掏槽體積,周邊眼是為了形成正確的井巷斷面形狀。

2.2巷道掘進爆破的掏槽方式

2.2.1傾斜眼掏槽方式

傾斜眼掏槽:傾斜眼掏槽是指掏槽眼方向與作業面斜交的掏槽方法。通常有單向掏槽、錐形掏槽和楔形掏槽等形式。掏槽眼與工作面的夾角一般為55°~75°,眼底距離為10cm~20cm。

傾斜眼掏槽的優點:適應性好,所需掏槽眼數較少,掏槽體積大,炮孔精度對爆破效果的影響小,拋擲阻力小,易于將巖石拋出,有利與其他炮眼的爆破,需要的雷管段數少。

缺點:角度控制難掌握,掏槽眼深度受巷道斷面限制較大,因而影響到每個循環的進尺。另外,巖石拋距較遠,巖堆分散,影響裝巖效率。

2.2.2垂直眼掏槽方式

垂直眼掏槽:垂直眼掏槽也稱直線掏槽,所有掏槽眼均垂直于工作面,炮眼之間相距較近且保持平行,其中有一個或數個不裝藥的空眼,作為裝藥眼的臨時自由面。垂直眼掏槽有龜裂掏槽、桶形掏槽和螺旋掏槽三種形式。

龜裂掏槽:炮孔布置在一條直線,彼此間嚴格平行,裝藥眼與空眼間隔布置,爆破后形成一條槽逢。龜裂掏槽體積小,故常被桶形掏槽所代替。

桶形掏槽:又稱角柱型掏槽,各掏槽眼間相互平行且成對稱形式?昭劭讖娇膳c裝藥眼相同,也可采用75mm~100mm的大直徑空眼,以便增強自由面的作用。

螺旋掏槽:是由桶形掏槽發展而來的,其特點是各裝藥眼到空孔的距離依次遞增,呈螺旋線布置,并且由近及遠順序起爆,能充分利用自由面,擴大掏槽效果。常用的是大空孔螺旋掏槽。

優點:眼深不受巷道斷面限制,可進行較深炮眼的爆破,能提高掘進循環進尺;掏槽體積內外大小一致,因而相鄰炮孔的最小抵抗線也一致。使爆落的礦巖塊度均勻,不會拋擲太遠,爆堆集中在工作面附近,有利于裝巖。

缺點:掏槽眼數量較多,掏槽體積小,對鑿巖技術要求高,需要的雷管段數多。

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兩種掏槽方式的混合使用,能夠克服單獨一種掏槽方式的缺點,同時有具有兩種掏槽方式的優點,在特殊巖石的掘進爆破工程中有用。

3國外巷道掘進技術的發展概述

國外煤礦現代巷道掘進施工方法主要有鉆爆法和綜合機械化掘進法(簡稱綜掘法)。巖巷掘進仍采用鉆爆法,普遍采用高

頻液壓鑿巖機、鑿巖臺車等設備。煤和半煤巖巷廣泛采用掘進機,英國采用掘進機掘進煤和半煤巖巷的比例己達85%。綜掘法是近二三十年間迅速發展起來的一種先進的巷道掘進技術。其主要設備是掘進機,它是一種集切割巖石、裝載及轉運巖渣、降塵等功能為一體的大型高效聯合作業機械設備,能實現連續掘進,目前國際先進水平已實現自動控制及離機遙控操作。但是,關于巷道掘進的基礎爆破機理方面的研究沒有突破性進展,爆破方法跟國內基本相同。盡管如此在巷道爆破經濟技術精確控制、探測手段爆破質量管理爆破公害控制、巷道地壓規律研究、巖石可爆性研究等方面,卻取得了較好的成績。

3.1巖體性質對掘進爆破的影響及評價系統該研究確定了多個反映爆破效果的參數:掘進效率、超挖、和HCF(半孔率)等。

反映巖體性質的參數RMR(巖體分級)和巖體強度。通過觀察不同條件和爆破方式下的各參數關系,得出在巖體和爆破效果間存在著一定的關系。證明巖體結構對爆破有著不可忽視的影響作用,同時,HCF指數是表示和評價巷道爆破效果和圍巖保護效果的敏感參數。

3.2連續鉆孔成槽實現低震動爆破技術

該技術是在鑿眼過程中,使用連續鉆孔的方式形成槽縫。槽縫沿巷道輪廓、作業面分塊切割布置。由于有良好的自由面,使炸藥單耗大大降低,降低了爆破震動的傳遞。此技術在城市和居民區地下開挖工程中應用效果十分明顯。

3.3爆破超挖的研究

鉆孔爆破法無疑是最經濟最高效的地下工程開挖方式,但由于爆破參數和巖石自身穩定性差等原因造成超挖是個大問題。該研究找到了爆破破壞的預測和控制參數,既超挖度和半孔率等。該研究對巖石損傷評估有非常重要的意義。

4結語

本文在參考國內外大量相關研究報告后,總結了當前國內外掘進技術的發展狀況,相信對相關行業的研究者有著重要的借鑒和指導意義。

參考文獻

[1]張守中.爆炸基本原理[M].北京:國防工業出版社,1988.

[2]齊景岳.隧道爆破現代技術[M].北京:中國鐵道出版社,1995.

[3]戴俊.爆破工程[M].北京:機械工業出版社,2005,1.


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