基于多重合断面下的空气柱装药光面爆破技术方法与流程

1.本发明涉及巷道掘进技术领域，尤其涉及基于多重合断面下的空气柱装药光面爆破技术方法。


背景技术：

2.采区轨道上山绞车房设计于下煤层底板中，岩石普氏硬度为7，属于坚硬岩石，岩层结构稳定，层理、节理不发育，围岩比较完整。该硐室服务于采区采大部分采掘区域。该巷道设计断面由3个不同大小的直墙半圆拱断面和1个三心拱断面组成，最大断面为37.5m2，且占整个绞车房施工总工程量的60％，其中电气硐室为三心拱断面，施工断面为29m2，施工断面大，难度高。恰逢开拓队刚刚成立，职工基本上未从事过煤矿作业，按常规方法施工，存在安全风险较大。为使巷道成型规整，尺寸达到设计要求，减少超挖或欠挖，节省因超挖或欠挖增加的工程量和费用，减少辅助作业时间，提高巷道掘进速度和单进水平，降低巷道无效支护费用和巷道服务年限内的巷道维修费用，经综合考虑，提出一种基于多重合断面下的空气柱装药光面爆破技术方法，在实际施工中，应用效果明显。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供基于多重合断面下的空气柱装药光面爆破技术方法，能够使巷道成型规整，减少超挖或欠挖现象。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明的基于多重合断面下的空气柱装药光面爆破技术方法，包括已挖掘的第一硐室和待挖掘的第二硐室；第一硐室的断面为第一断面，第一断面为直墙半圆拱断面；第二硐室的断面为第二断面，第二断面为直墙三心拱断面；第一断面和第二断面相互连接过度；第二硐室的爆破步骤如下：步骤一：开挖超前导洞；超前导洞的断面为第三断面；步骤二：确定炮眼布设区域；炮眼包括周边眼和辅助眼，周边眼沿第二断面的外轮廓线布设；辅助眼分为若干眼位组，若干眼位组分别对应布设在第二断面上的若干炮眼布设带内；炮眼布设带整体呈半环状，由上方的弧形带和弧形带两端的竖条带组成，弧形带的外轮廓线包括两条三心拱线；相邻炮眼布设带的同侧竖条带的间距相同，相邻炮眼布设带的顶端高度差相同；步骤三：在炮眼布设区域内布设炮眼；步骤四：在炮眼内安装炸药；步骤五：引爆炸药完成爆破。
5.进一步地，第三断面为直墙半圆拱断面，第三断面的底边和第二断面的底边平齐，第三断面的最高点与第二断面的最高点的高度差小于第三断面的直墙与第二断面的直墙的间距。
6.进一步地，周边眼包括顶眼、腰眼和底眼，底眼的数量与炮眼布设带的数量相同，且若干底眼分别对应设置在若干竖条带内。
7.进一步地，炮眼的起爆顺序为：由最内侧的炮眼布设带一侧底端的底眼开始引爆，再朝着另一侧底端依次引爆最内侧的炮眼布设带内的若干辅助眼和另一侧底端的底眼，而后引爆次内侧的炮眼布设带内相邻的底眼，接着引爆次内侧的炮眼布设带内的若干辅助眼
和另一侧底端的底眼，依此由内至外引爆各个炮眼布设带内的炮眼，最后沿第二断面的外轮廓线依次引爆剩余的周边眼。
8.进一步地，最内侧的炮眼布设带与第三断面存在相交区域，最内侧的炮眼布设带内的若干炮眼布设在相交区域外，且炮眼的深度大于炮眼与第三断面的最小距离。
9.进一步地，周边眼布设时自开孔位置至终孔位置与第三断面轮廓的法向成3-5
°
偏角。
10.进一步地，相邻炮眼布设带的最小间距大于炮眼的深度。
11.进一步地，炮眼布设带的最大宽度小于等于炮眼孔径的两倍。
12.进一步地，炸药采用空气柱装药的方式安装在炮眼内，炮眼内的炸药通过空气柱隔开，炮眼前端由外至内依次布设有炮泥和水炮泥。
13.进一步地，空气柱和炸药的长度比为1:1。
14.有益效果：本发明的基于多重合断面下的空气柱装药光面爆破技术方法，在开掘出超前导洞后，将辅助眼布设在炮眼布设带内，炸药采用空气柱装药的方式进行安装，并且按照由内至外逐层爆破的顺序进行引爆，最内侧的炮眼引爆后增加了自由面的面积，即减少了炮眼之间的抵抗线，有利于岩石块度的控制和减少巷道围岩的破坏，保证了巷道的成型规整。
附图说明
15.附图1为第一硐室和第二硐室的断面相交示意图；
16.附图2为炮眼布设带的示意图；
17.附图3为实施例中炮眼的位置意图；
18.附图4为炮眼装药方式的示意图。
19.图中：第一硐室100；第二硐室101；操作硐室102；第一断面103；第二断面104；超前导洞105；第三断面106；炮眼布设带107；弧形带108；竖条带109；有水炮泥110；无水炮泥111；空气柱112；炸药113；雷管115；雷管绞线116；围岩117；周边眼1、19、20、45-86；辅助眼2-18、21-44。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
21.如附图1至4所述的基于多重合断面下的空气柱装药光面爆破技术方法，包括已挖掘的第一硐室100和待挖掘的第二硐室101。第一硐室100的断面为第一断面103，第一断面103为直墙半圆拱断面。第二硐室101的断面为第二断面104，第二断面104为直墙三心拱断面。第一断面103和第二断面104相互连接过度。
22.第二硐室101的爆破步骤如下：
23.步骤一：开挖超前导洞105；超前导洞105的断面为第三断面106。
24.步骤二：确定炮眼布设区域；炮眼包括周边眼和辅助眼，周边眼沿第二断面104的外轮廓线布设；辅助眼分为若干眼位组，若干眼位组分别对应布设在第二断面104上的若干炮眼布设带107内；炮眼布设带107整体呈半环状，由上方的弧形带108和弧形带108两端的竖条带109组成，弧形带108的外轮廓线包括两条三心拱线；相邻炮眼布设带107的同侧竖条
带109的间距相同，相邻炮眼布设带107的顶端高度差相同。
25.炮眼布设带107的形状与第二断面104的外轮廓线相似，相邻炮眼布设带107之间夹合的弧形区域的宽度大致相等，不但有利于巷道成型规整，而且可以有效控制剥落岩石的块度，岩石的块度适中能方便作业人员的操作，块度过大则设备或操作人员不易转移。
26.周边眼和辅助眼的炮眼具体间距则主要取决于围岩岩性、节理裂隙发育程度、炸药性质、不耦合系数和光爆层厚度。一般情况下，围岩坚硬完整，抗拉强度则相对较低，眼距相对较大；反之则相对较小。因此，炮眼间距对形成贯通裂缝有着非常重要的作用。只有当炮眼间距比抵抗线小一些或等于抵抗线时，才能较好的实现光爆效果。
27.步骤三：在炮眼布设区域内布设炮眼。
28.步骤四：在炮眼内安装炸药113。
29.步骤五：引爆炸药113完成爆破。
30.超前导洞105的主要作用是增加中空自由面，形成新的临空面，使其与部分的岩石都顺序向这个临空面方向崩落，达到良好的爆破效果。第三断面106为直墙半圆拱断面，有利于剥落岩石的崩落，提高爆破效果。第三断面106的底边和第二断面104的底边平齐，使第二硐室101在爆破时从上方和周侧进行扩大，巷道成型效果好。第三断面106的最高点与第二断面104的最高点的高度差小于第三断面106的直墙与第二断面104的直墙的间距，使得顶部的岩石在爆破时相较两侧的岩石更易剥落，巷道顶部的成型效果会更好，巷道顶部不易出现超欠挖现象，由于巷道顶部的施工难度大于两侧，因此在爆破之后方便对巷道进行后续施工。
31.周边眼包括顶眼、腰眼和底眼，底眼的数量与炮眼布设带107的数量相同，且若干底眼分别对应设置在若干竖条带109内，使得炮眼的整体布设更加合理，有利于巷道成型规整，也方便对炮眼进行引爆。
32.炮眼的起爆顺序为：由最内侧的炮眼布设带107一侧底端的底眼开始引爆，再朝着另一侧底端依次引爆最内侧的炮眼布设带107内的若干辅助眼和另一侧底端的底眼，而后引爆次内侧的炮眼布设带107内相邻的底眼，接着引爆次内侧的炮眼布设带107内的若干辅助眼和另一侧底端的底眼，依此由内至外引爆各个炮眼布设带107内的炮眼，最后沿第二断面104的外轮廓线依次引爆剩余的周边眼。按照该顺序由内层至外层依次引爆，当最内侧的炮眼引爆后，进一步增加了自由面的面积，同时减少了两排炮眼之间的距离，即减少了炮眼之间的抵抗线，有利于岩石块度的控制和减少巷道围岩的破坏，保证了巷道的成型规整。
33.在开掘出超前导洞105后，会出现最内侧的炮眼布设带107与第三断面106存在相交区域的情况，此时令最内侧的炮眼布设带107内的若干炮眼布设在相交区域外，使炮眼布设更加合理。炮眼的深度大于炮眼与第三断面106的最小距离，否则相邻炮眼之间的光面裂隙来不及贯通，各孔就已朝自由面形成爆破漏斗，导致产生凹凸不平的破裂面，影响巷道的规整。
34.周边眼布设时自开孔位置至终孔位置与第三断面106轮廓的法向成3-5
°
偏角，确保了炮眼法向距离等值，更有利于取得良好的爆破效果。
35.相邻炮眼布设带107的最小间距大于炮眼的深度，也是为了避免相邻炮眼之间的光面裂隙来不及贯通，各孔就已朝自由面形成爆破漏斗。
36.炮眼布设带107的最大宽度小于等于炮眼孔径的两倍，使炮眼布设更加紧密地设
置在炮眼布设带107内，炮眼布设带107的形状作用更加明显。在由内至外引爆炸药的过程中，每个炮眼布设带107内的炸药的最小抵抗线近似相等，也就使得巷道的外轮廓成型效果更好。
37.炸药113采用空气柱装药的方式安装在炮眼内，炮眼内的炸药113通过空气柱112隔开，炮眼前端由外至内依次布设有炮泥111和水炮泥110。采用空气柱装药的方式进行装药，在炸药爆炸瞬间产生的爆轰波向外传播时，首先接触到空气柱，使空气柱有了动能，形成具有陡峭波头的空气冲击波，在未扰动的空气中传播，当空气冲击波遇到孔壁时，速度瞬间变为零，将动能转化为准静态能储存在被压缩的空气中，实际上起到了缓冲作用，由于爆轰波冲击动能被空气柱吸收、缓冲，因此炮孔壁受到的冲击压力峰值明显降低；随着爆轰压力的作用，被压缩的空气柱开始释放储存的准静态能，使得孔壁承受较长时间的准静态压力作用，延长了作用时间，最终使岩壁受力均匀，减少了破碎带范围，控制了巷道成型。
38.空气柱112和炸药113的长度比为1:1。实践证明，在岩石普氏系数大于等于7的硬岩中空气柱和炸药的长度达到1:1时效果最佳，超过1:1时，很容易造成巷道欠挖，小于1:1时很容易造成巷道的超挖，无论是超挖或者是欠挖，都造成工作量的增加，均无形增加了巷道的掘进成本。现有的空气柱装药方式在爆破设计时普遍强调不耦合系数取值方法，未将岩石硬度(普氏系数)这一因素考虑在内，而本发明针对这一问题进行了多次实践，证明这一成果。这一成果的应用，明确了普氏系数大于7的硬岩中进行爆破作业，可以将这一比值作为常数来计算和设计。
39.本发明的实施例如下：
40.施工对象为采区轨道上山绞车房，绞车房共分为三个断面，在衔接点处出现不同断面的重合。绞车房的结构如附图1中所示，其中第一硐室100为绞车硐室，第二硐室101为电气设备室，还包括操作硐室102。
41.绞车硐室和操作硐室102均采用全断面法进行施工，电气设备室则采用预留光面层法进行施工，先掘出超前导洞105，而后确定炮眼布设带107，再确定炮眼布设位置的方式，施工中的炮眼的具体位置附图3中的附图标记1-86所示所示，周边眼的附图标记为1、19、20以及45-86，其中附图标记1、19、20、45、46和86所对应的炮眼为底眼。第二硐室101的宽度为6800mm，第二硐室的10高度为4100mm。
42.炮眼的装药方式如附图4中所示，从外向内包括依次布设的炮泥111、水炮泥110、第一个乳化炸药、第一段空气柱、第二个乳化炸药、第二段空气柱和第三个乳化炸药，其中炮泥111的直径为42mm，水泡泥110的直径为40mm，乳化炸药的直径为32mm，空气柱的直径为42mm；炮泥111的长度为400mm，水炮泥110的长度为300mm，乳化炸药的长度为300mm，空气柱的长度为300mm，炮眼的总长度为2200mm。
43.起爆时，炮眼按照附图3中附图标记1-86的顺序进行爆破。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。