隧道(巷道)掘进爆破培训ppt课件.pptx
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1、第七章 地下工程爆破,第一节 概述 第二节 掏槽爆破 第三节 爆破参数和爆破图表 第四节 光面爆破 第五节 微差爆破,第一节 概述,隧道是人们利用地下空间的一种形式,被广泛应用于铁路、公路、水利、水电、矿山、市政、人防等部门,在国民经济建设中起着重要的作用。目前,钻爆法(drilling blast method)由于对地质条件适应性强、开挖成本低,特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工。钻爆法仍是隧道掘进的主要手段。爆破开挖(excavation by blasting)是以钻孔、爆破工序为主,配以装运机械出碴,完成隧道施工的方法,是建设隧道的主要工序,它的成败与好坏直接影响
2、到围岩的稳定及后续工序的正常进行和施工速度,是隧道建设非常重要的组成部分。,概 述,隧道爆破的特点 隧道一般采用小孔径钻眼爆破,有钻眼、装药、连线、爆破等工序。主要特点:1)由于水、气温、噪音、粉尘、潮湿以及照明、通风等的影响,钻眼爆破作业条件差。2)爆破的临空面(自由面)少,岩石的夹制作用大,耗药量大,爆破难度大。3)对钻眼爆破质量要求较高。方向正确,隧道断面达到设计标准,爆破时既要预防飞石崩坏支架及设备等,还要保证爆落岩石块度要均匀,爆堆要集中,便于装碴运输。4)要求采用光面爆破技术,尽量减少爆破对围岩的扰动,确保围岩完整。,一、炮眼的种类和作用,隧道(或巷道)开挖爆破的炮眼类型按其所在位
3、置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可分为掏槽眼、崩落眼眼和周边眼。爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破,掏槽眼为崩落眼和周边眼的爆破创造了有利条件,直接影响循环进尺和掘进效果;周边眼关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响。直接控制成型质量。,1顶眼;2崩落眼;3帮眼;4掏槽眼;5 底眼 B掘进宽度;H掘进高度;h1拱高;h2墙高,一、炮眼的种类和作用(续),掏槽眼。针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点,为提高爆破效果,宜先在开挖断面的适当位置(一般在中央偏下部)布置几个装药量较多的炮眼。其作用是先在开挖面上炸出一个槽腔,为后续炮眼的爆破创造新的临空面。崩落眼。位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼
4、。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔,为周边眼爆破创造临空面。崩落眼又是爆破岩石的主要炮眼。周边眼。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。其作用是控制爆破后隧道断面形状、大小和轮廓。按其所在位置的不同,又可分为帮眼、顶眼和底眼。,一、炮眼的种类和作用(巷道),1顶眼;2帮眼;3底眼 a掏槽;b扩槽;c形成巷道(隧道)规格断面;,一、炮眼的种类和作用(隧道),隧道断面炮眼布置图,常用的爆破术语(或基本概念),不耦合装药:炮孔直径大于药卷直径的装药方式,(两者 相等时为耦合装药)。装药不耦合系数:炮孔直径和药卷直径的比值。炮眼密集系数:炮眼间距和该排(圈)炮眼装药最小抵抗 线的比值。装药集中度:炮眼装药质量和
5、炮眼长度的比值。炮眼利用率:循环进尺和炮眼长度的比值。周边眼痕率:爆后周边(一般指顶眼和帮眼)半边眼痕数 和周边眼数的比值。炮头(起爆药包):内装有起爆元件(雷管)的药包。,第一节 掏槽爆破,1)定义:为了创造第二个自由面,可以在掘进工作面的某一适当位置布置少量炮眼,爆破时首先起爆,在工作面形成一个槽口状空腔(通常称槽腔),使周围其他炮眼(崩落眼和周边眼)均以此为自由面,向空腔方向爆破,以获得较好的爆破效果,此种技术就叫掏槽爆破。这些炮眼就称为掏槽眼。2)特点:为了提高其他炮眼的爆破效果,掏槽眼应比其它炮眼加深150200mm,装药量增加15%20%。3)分类:根据隧道(巷道)断面、岩石性质和
6、地质构造等条件,掏槽眼的排列形式有很多种类,归纳起来可分成倾斜眼掏槽和直眼掏槽两大类,此外还有两者结合的混合式掏槽。4)布置原则:掏槽眼位置一般应布置在开挖断面的中部或中下部,有软弱层时,布置在软弱岩层中。炮眼方向,在岩层层理明显时,应尽量垂直于岩层的层理面;,一、倾斜眼掏槽,1、单向掏槽 a顶部掏槽;b底部掏槽;c侧向掏槽;d扇形掏槽,孔口,孔底,2、锥形掏槽,a三角锥形b正角锥形c圆锥形,3、楔形掏槽型式,a垂直楔形掏槽b水平楔形掏槽。,孔口,孔底,3、楔形掏槽型式(续),3、楔形掏槽(续),类型:通常由两排或三排相对称的倾斜炮眼组成,爆破后形成楔形槽腔。楔形掏槽可分为垂直楔形掏槽和水平楔
7、形掏槽两种。应用:楔形掏槽常用于中硬以上均质岩石。当巷道岩层有水平层理时,宜采用水平楔形掏槽,以提高掏槽爆破效果。特点:根据掏槽深度的不同,每对掏槽眼眼口间距为0.81.2m,眼底距离为200300mm,相邻炮眼排距300400mm,掏槽眼与工作面交角为600750。,斜眼掏槽的优缺点,优点:1)适用于各种岩石并能获得较好的掏槽效果;2)所需掏槽眼数较少,炸药单耗较低,但掏槽体积大,易 将岩石抛出,有利于其它炮眼的爆破,3)掏槽眼位置和倾角的精度对掏槽效果影响较小。缺点:1)掏槽眼深度受到巷道断面限制,因而影响到每个掘进循 环的进尺(隧道断面较大,影响小,但小断面巷道影响 较大,无法进行深孔爆
8、破);2)岩石抛掷距离远,岩堆分散,影响装岩效率;3)钻眼方向难以掌握。,二、直眼掏槽,直眼也称直线掏槽特点:所有掏槽眼均垂直于工作面,炮眼之间相距较近且保持互相平行,其中有一个或数个不装药的空眼。形式:垂直眼掏槽有龟裂掏槽(又称缝隙掏槽或直线掏槽)、角柱形掏槽(圆柱又称桶形掏槽)和螺旋形掏槽等多种种类型。,1、龟裂掏槽,装药孔,空孔,1、龟裂掏槽(续),特点:1)掏槽眼布置在一条直线上,彼此间严格平行,装药眼与空眼间隔布置,爆破后形成一条槽缝槽腔。2)掏槽眼数目与巷道断面大小及岩石坚固性成正比,通常为37个眼。眼间距离一般取(12)炮眼直径。3)龟裂掏槽体积较小,应用较少。适用:适用于中硬以
9、上或坚硬岩石,或小断面巷道。,2、角柱形掏槽,图中数字表示起爆顺序。,装药孔,空孔,2、角柱形掏槽(续),各掏槽眼互相平行且呈对称形式。空眼直径可与装药眼相同,也可采用大直径空眼,以便增强自由面的作用。大直径空眼角柱形掏槽,可适当增加炮眼间距。桶形掏槽较龟裂掏槽形成的槽子体积大,在中硬岩石中使用较为普遍。主要形式有:三角柱掏槽、四角柱掏槽、菱形角柱掏槽、五星角柱掏槽、六角柱掏槽、筒形掏槽、复式三角柱掏槽等,2、角柱形掏槽大直径空眼角柱形掏槽,,,3、螺旋形掏槽,螺旋掏槽的特点是各装药眼至空眼的距离依次递增,呈螺旋线布置,并由近及远顺序起爆,能充分利用自由面,扩大掏槽效果,其扩槽原理如图,a小直
10、径空眼;b大直径空眼。图中数字表示起爆顺序,小直径空眼螺旋掏槽,1炸药;2炮泥。图中数字表示起爆顺序,半发射式掏槽超深300500mm,大直径空眼螺旋形掏槽炮眼布置,图中数字表示起爆顺序,1,2,3,4,直眼掏槽与倾斜掏槽相比,优点:1)眼深不受巷道断面限制,可进行较深炮眼的爆破。2)掏槽体积里外大小较一致,因而相邻炮眼的最小抵抗线里外也较一致,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。3)炮眼垂直工作面,利于多台凿岩机平行作业。缺点:1)掏槽眼数较多,掏槽体积小,装药眼和空眼的间距不能太大且需相互平行。2)钻眼误差对掏槽效果影响较大,要求要有较高的钻眼技术。,直眼
11、掏槽中空眼的作用,1)是爆破辅助自由面,改善岩石破碎效果。2)作为爆后岩石破碎的膨胀空间。3)导向裂隙。因此:空眼越多、空眼直径越大,对直眼掏槽爆破越有利。注意:直眼掏槽一般都是过量装药,装药长度占全眼长的70%90%,如果装药长度不够,易发生“挂门帘”和“留门坎”现象。当眼深大于2.5m 时易产生沟槽效应,应采取相应措施防止爆轰中断。,三、混合掏槽,混合掏槽是指两种以上的掏槽方式混合使用。在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较大时,可以采用如图的复式楔形掏槽或桶形与锥形混合掏槽。,三层楔形掏槽眼示意图,H0、h1、h2均为炮孔底至自由面的垂直线;R0掘进工作面(自由面);R1、R2分别为每层掏槽孔底
12、深度(距自由面)。,自由面,四层楔形掏槽眼示意图,(图中012 表示起爆顺序),自由面,掘进进尺,孔底位置,第二节 掘进爆破技术,一、掘进中爆破参数的确定二、炮眼布置三、装药结构四、爆破说明书和爆破图表五、实例,一、爆破参数的确定,合理确定爆破参数是获得良好爆破效果、加快掘进速度的可靠保证。除掏槽方式和掏槽参数外,主要的爆破参数还有:单位炸药消耗量(炸药单耗)、炮眼直径、药卷直径、炮眼深度、炮眼数目、炮眼间距、装药密集系数等。合理选择这些爆破参数时,不仅要考虑掘进的条件(岩石条件和巷道断面条件),还要考虑到这些参数之间的相互关系及其对爆破效果的影响(如炮眼利用率、岩石破碎块度、爆堆形状及尺寸等
13、)。,1、单位炸药消耗量(炸药单耗),1)定义:爆破一立方米原岩所消耗的炸药量称为单位炸药消耗量(或称炸药单耗),通常以q表示,单位:kg/m3。2)重要性:炸药单耗的大小对爆破效果、凿岩和装岩工作量、炮眼利用率、巷道轮廓的平整性和围岩的稳定性都有较大的影响。对爆破效果的影响:单位炸药消耗量偏低时,则可能使巷道断面达不到设计要求,岩石破碎不均匀,甚至崩落不下来。当单位炸药消耗量偏高时,不仅会增加炸药的用量,而且可能造成巷道超挖、降低围岩的稳定性,抛掷量和抛掷距离增强,甚至还会损坏支架和设备。3)影响因素:单位炸药消耗量取决于炸药性质(密度、爆速、爆力和猛度等)、岩石的性质、巷道断面、炮眼直径和
14、炮眼深度等多种因素。,1、单位炸药消耗量(炸药单耗),4)确定方法:目前尚无完善的理论计算方法。在掘进爆破工作中,常根据经验或参考国家相关定额。具体有:方法一、国家定额选取(教材表7-2)方法二、经验公式计算(较少采用)经验公式一 经验公式二 公式符号解释见教材P148。,2、炮眼直径,影响因素:1)炮眼直径的大小影响钻眼速度、炮眼数目、炸药单耗、爆落岩石的块度和井巷轮廓的平整性。2)炮眼直径增加,则药卷直径加大,有利于提高爆炸反应的稳定性、增加爆速;但是炮眼直径过大,不仅使钻眼速度下降,而且因炮眼数目减少影响炸药的均匀分布,使岩石的破碎质量变差。取值:目前我国隧道(或巷道)掘进爆破一般采用3
15、545mm 的炮眼直径。煤矿井下(一般煤系地层岩石较软)采用2832mm 小直径炮眼,配合小直径药卷和小直径锚杆施工,即常称的“三小”,3、炮眼深度,1)定义:炮眼深度是指眼底到工作面的垂直距离,而沿炮眼方向的实际深度叫炮眼长度,例如斜眼掏槽中的掏槽眼。2)影响:炮眼深度大小,不仅影响着每个掘进工序工作量和完成时间,而且影响爆破效果和掘进速度以及材料消耗等。3)取值原则:a)炮眼深度要和施工条件相适应。普通凿岩机一般不超过2.53.0m,采用大型凿岩设备时(凿岩台车配重型凿岩机)时可达3.04.0m;小断面巷道眼宜浅,大断面眼应深。b)炮眼深度要和循环作业方式相适应,要保证能够实现正规循环作业
16、。采用中深孔爆破,能使工时得到充分利用,增加凿岩和装岩时间,减少装药、爆破、通风和准备工作和其他辅助作业时间的时间。提高掘进工效。,4、炮眼数目,1)影响:炮眼数目多少直接影响着凿岩工作量和爆破效果。眼数过少,大块增多,轮廓不平;眼数过多,将增加凿岩工作量。2)确定原则:在保证爆破效果的前提下,尽可能减少。3)确定方法:实践中通常根据巷道断面和岩石条件,以及各类炮眼的爆破要求,以合理的炮眼间距和抵抗线布置炮眼。而后得出炮眼数目。也可用公式估算:式中:N 为炮眼数目,个;f 为岩是坚固性系数;S 为井巷掘进断面积,m2。,5、炮眼间距和炮眼密集系数,炮眼间距和炮眼密集系数的确定方法:一般按巷道断
17、面的大小及形状、岩石性质、炸药性能等均匀地布置炮眼。当炮眼直径在3542mm时,炮眼间距可取500700mm,炮眼密集系数可取0.81.0。对于隧道(或巷道)周边光明爆破,炮眼间距要小。(具体光明爆破时讲授)。,二、炮眼布置,隧道(巷道)内布置炮眼时,必须保证获得良好的爆破效果,并考虑钻眼的效率。在开挖面上除出现土石互层、围岩类别不同、节理异常等特殊情况外,应按实际需要布置炮眼,一般应按下述原则和方法布置炮眼:1)先布置掏槽眼,其次是周边眼,最后是根据巷道断面大小均匀布置崩落眼。2)掏槽眼一般布置在隧道(巷道)面中央偏下部位,有软弱夹层时优选软弱层。其深度应比其它眼深200mm300cm。,二
18、、炮眼布置(续),3)周边眼应严格按照光面爆破要求布置。各炮眼相互平行,深度一致。断面拐角处及拱形断面的拱基位置应布置炮眼。为满足机械钻眼需要和减少超欠挖,周边眼钻眼应考虑0.030.05的外插斜率。眼口一般布置在隧道或巷道断面设计轮廓线上,钻眼稍向外偏斜,眼底落在设计轮廓线外50100mm,即使前后两茬炮眼有一定的衔接锯齿台阶高度。4)崩落眼应均匀地布置在掏槽眼与周边眼之间,钻眼方向垂直于工作面。同时,应根据巷道断面和岩石条件调整好最小抵抗线W和炮眼密集系数m(m=E/W,E为炮眼间距)通常取W0.60.8m,炮m0.81.0。注意:为爆出平整的工作面,除掏槽和底眼外,所有眼眼底应落在同一平
19、面上。底眼深度一般与掏槽眼相同。,二、炮眼布置(续),隧道工作面面的炮眼,在遵守上述原则的基础上,可以有以下几种布置方式:1)直线形布眼:将炮眼按垂直方向或水平方向,围绕掏槽开口呈直线形逐层排列,如图a、b所示。这种布眼方式,形式简单且易掌握,同排炮眼的最小抵抗线一致,间距一致,前排眼为后排眼创造临空面,爆破效果较好。2)多边形布眼:这种布眼是围绕着掏槽部位,由里向外,将炮眼逐层布置成正方形、长方形、多边形等,如图c所示。,二、炮眼布置(续),3)弧形布眼:顺着拱部轮廓线,逐圈布置炮眼,如图d所示。此外,还可将开挖面上部布置成弧形,下部布置成直线形,以构成混合型布置。4)圆形布孔:当开挖面为圆
20、形时,炮孔围绕断面中心逐层布置成圆形。这种布孔方式,多用在圆形隧道、泄水洞以及引水洞等的开挖爆破中。竖井(立井,断面为圆形)工作面炮眼,包括掏槽眼、崩落眼和周边眼,均布置在以井筒中心为圆心的同心圆上。周边眼和掏槽眼之间所需崩落眼圈数和各圈内炮眼间距,根据崩落眼最小抵抗线和炮眼密集系数的关系来调整。,二、炮眼布置(续),隧道断面炮眼布置形式,二、炮眼布置(续),隧道断面炮眼布置形式,底眼爆破,如果底眼钻眼超高,向下倾斜角度不够,或装药不足等,爆破后往往会造成底板欠挖,出现“底坎”。这将给岩石的铲装、铺轨工作及下一个掘进循环的钻眼工作带来极大困难。处理方法:为避免欠挖、消除底坎,要适当减小底眼的间
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