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1、井巷工程2,第二章钻眼爆破,第二章钻眼爆破,破岩方法爆破破岩和机械破岩爆破破岩的优缺点机械破岩的优缺点,2.1 钻眼机具中硬以上岩石中采用冲击式钻眼机具软岩及煤层中采用旋转式钻眼机具按使用动力类型：电动凿岩机 风动凿岩机 液压凿岩机,第三章巷道破岩,一、风动凿岩机1破岩原理与类型,第三章巷道破岩,按支架方式分：手持式气腿式向上式导轨式,按冲击频率分：低频 2000t/min中频 20002500t/min高频 2500t/min,各种类型凿岩机适用条件,2风动凿岩机构造及工作原理（YT-23）凿岩机的组成：柄体、缸体和机头组成工作原理：冲击机构：气缸、活塞、配气系统。通过配气系统使活塞前后运动
2、，完成冲程和回程。转钎机构：由棘轮、螺旋棒、活塞、转动套和钎套筒组成。冲程时棘轮转动，活塞不转，因此钎子不转，能量集中；回程时棘轮不转，活塞旋转，通过转动套及钎套筒带动钎子转动，完成钎子的旋转过程。排粉系统：轴向供水系统 风水联动装置、水针、内空钎子、钻头润滑系统：注油器3架支机构气腿、凿岩台车、伞形钻架,第三章巷道破岩,配气方式：控制阀配气无阀配气,1张家口宣化华泰公司的CMJ17HTB/C 煤矿用全液压掘进钻车,2石家庄煤矿机械有限责任公司生产的CMJ17型煤矿用全液压掘进钻车,二、液压凿岩机,以液压为动力的凿岩机，利用液体的不可压缩性，压力比压缩空气高，因此凿岩效率高。机构由冲击机构、转
3、钎机构、排粉机构，不需要润滑机构。与风动凿岩机相比，液压凿岩机一般均为高频凿岩机，钻速提高23倍以上，噪声降低10 15dB，消除了油雾水汽，工作环境改善，可钻较深和大直径的炮眼。机体较重，需要专门的架支系统如凿岩台车伞形钻架、投资大，技术和维修要求高等。,第三章巷道破岩,三、电动凿岩设备-煤电钻和岩石电钻（1）破岩原理-通过旋转切削式破岩（2）构造：煤电钻由电动机、减速器、散热风扇、开关、手柄和外壳等组成。电压127V，功率1.2kW。优点是动力直接，能耗低，重量轻，构造简单，使用和维修方便，在较软的煤岩层中打眼速度快。不适用于中硬以上的岩层。,第三章巷道破岩,四、钻眼工具1钎子风动和液压凿
4、岩机采用的钎子由钎头、钎杆、钎肩和钎尾组成。钎杆材料为中孔六角钢，其作用是传递冲击功，钎杆的长短和直径对转速有较大影响。钎头：目前常用的是一字型和球齿型煤电钻采用麻花钻杆，岩石电钻采用 传递的是扭矩。,第三章巷道破岩,2.2炸药爆炸概论,爆炸现象：物质内部能量的急骤释放，并造成对周围介质作功的现象称为爆炸。一般伴随有声、光热产生。爆炸三种形式：物理爆炸化学爆炸核爆炸,第三章巷道破岩,炸药爆炸的三要素,炸药是在一定条件下能发生快速化学反应，放出能量，生成气体产物，并产生爆炸效应的化合物或混合物。放出大量热生成大量气体化学反应高速进行,第三章巷道破岩,炸药的氧平衡和爆热,炸药的化学组成：C、H、O
5、、N分子通式：CxHyOzNw化学反应方程式 CxHyOzNwCO2H2ON2氧平衡计算,第三章巷道破岩,零氧平衡正氧平衡负氧平衡,第三章巷道破岩,爆热,单位质量炸药在定容条件下爆炸时放出的热量称为爆热盖斯三角形,炸药的爆轰,炸药化学变化的三种形式爆速：爆轰波在炸药中的传播速度影响爆速的因素：装药直径装药密度装药外壳炸药粒度起爆冲能间隙效应,2.2.5 炸药的猛度和爆力,炸药爆炸时形成的爆轰波和高温、高压的爆轰产物，对周围介质产生强烈的冲击和压缩作用，使之发生变形、破坏、运动或抛掷，称之为炸药的爆炸作用。动作用：炸药爆炸瞬间产生的爆轰波和爆轰产物对周围固体介质破碎能力。用猛度表示，单位mm静作
6、用：爆生气体在高温高压下体积膨胀作功对周围介质的破碎能力。用爆力表示，单位ml,第三章巷道破岩,炸药的感度：热敏感度加热敏感度和火焰敏感度机械敏感度冲击、挤压、摩擦、针刺爆轰敏感度对爆轰波的敏感程度静电感度单质炸药用最小起爆药量表示，混合炸药用殉爆距离表示。殉爆：当主动药包发生爆炸引起邻近的同一种被动炸药也产生爆炸的现象。,第三章巷道破岩,炸药的敏感度,2.3矿用工业炸药,按化学成份分类单质炸药和混合炸药按炸药用途分类起爆药 二硝基重氮酚猛炸药火药（发射药）,第三章巷道破岩,2.3.1 单质炸药,起爆药雷汞 Hg(CNO2)2氮化铅 可用于水下起爆二硝基重氮酚 C6H2(NO2)2N2O,2.
7、3.1 单质炸药,猛炸药1 梯恩梯 TNT 三硝基甲苯C6H2(NO2)3CH32黑索金 环三亚甲基三硝铵C3H6N3(NO2)33 太恩 季戊四醇四硝酸脂 C5H8(ONO2)44 硝化甘油 三硝酸脂丙三醇 C3H5(ONO2)3 硝酸铵,氧化剂、敏化剂、可燃剂、防潮剂、疏松剂主要成份：硝酸铵（NH4NO3）TNT(C6H2（NO2）3CH3)黑索金（C3H6N3（NO2）3）防潮和疏松成分,第三章巷道破岩,2.3.2 硝铵炸药,（1）铵梯炸药成份：硝酸铵、TNT、木粉、松香、石蜡硝酸铵为主要成份，提供爆炸所需氧元素，氧化剂。TNT为敏化剂，改善炸药爆炸性能，提高炸药感度。木粉为疏松剂，可燃
8、剂沥青、石蜡为防潮剂，也是可燃剂。煤矿安全硝铵炸药需加食盐作为消焰剂。铵梯炸药规格：直径27、32、35、38mm，重量100、150、200g。,第三章巷道破岩,（2）铵油炸药廉价炸药主要成分为硝酸铵和柴油 AN 95%柴油 44.5%其它0.51%（3）高威力硝铵炸药 铵梯黑 硝铵炸药中添加黑索金 铵梯铝 硝铵炸药中添加铝粉 铵梯黑铝 硝铵炸药中添加黑索金和铝粉（后两种炸药不允许在瓦斯矿井中使用）,第三章巷道破岩,（4）水胶炸药煤矿井下目前最常用的一类炸药，由氧化剂、敏化剂、胶凝剂、交联剂等组成。氧化剂为硝酸铵水溶液，TNT和甲基硝酸盐为敏化剂，胶凝剂、交联剂使炸药混合均匀，保持稳定，提高
9、炸药的抗水性能。优点：爆炸性能好，可用8号电雷管直接起爆，抗水性强，机械感度高，安全性好，炸药密度和爆炸性能可在较大范围内调整，适应性强,（5）乳化炸药由硝酸铵、硝酸钠过饱和水溶液、燃料油、乳化剂和敏化剂组成。油包水型抗水炸药。乳化炸药的优点：密度可调，适用范围广；爆炸性能好，由于爆速和密度均较高，乳化炸药猛度比2号岩石硝铵炸药高，可达1719mm利用8号雷管直接起爆；乳化炸药比浆状炸药和水胶炸药抗水性更强；生产和使用安全；不需要添加猛炸药，原料来源广。,第三章巷道破岩,对煤矿许用炸药的要求：煤矿许用炸药的爆炸能量要有一定的限制，其爆热、爆温、爆压和爆速都要求低一些，使爆炸后不致引起矿井大气的
10、局部高温，降低引爆瓦斯煤尘的可能性。煤矿许用炸药应有较高的起爆感度和传爆能力，以保证爆炸的完全性和传爆的稳定性。煤矿许用炸药的有毒气体生成量应符合国家规定，其氧平衡值应接近于零。煤矿许用炸药组分中不能含有金属粉末，以防爆炸后生成炽热的固体颗粒。,2.4 起爆器材,炸药是一种亚稳态的物质，不使用时可保持相对稳定，而在需要爆炸时，在一定的能量激发下可产生爆炸，而能引起炸药爆炸的就是起爆装置。起爆材料可分为传爆和起爆两类：导火索、导爆索、导爆管为传爆材料各种雷管、导爆索为起爆材料导火索传导的是火焰，导爆索和导爆管传导的是爆轰波。,第三章巷道破岩,2.4.1 雷管,雷管可分为火雷管、电雷管及非电雷管。
11、而目前最常用的是电雷管。电雷管又有瞬发电雷管、秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。,第三章巷道破岩,电雷管构造,第三章巷道破岩,普通瞬发电雷管a直插式；b引火头式1脚线；2管壳；3密封塞；4纸垫；5桥丝；6引火头；7加强帽；8、9起爆药；10猛炸药,第三章巷道破岩,秒延期电雷管1一排气孔；2一引火头；3一精制导火索段,普通毫秒电雷管1一塑料塞；2一延期内管；3一延期药；4一加强帽,秒延期雷管是通过导火索的长短来控制延期时间，虽然能起到延期的作用，但不能精确控制时间，而毫秒延期电雷管是通过爆轰稳定的延期炸药来控制延期时间，由于延期药的爆速稳定，可通过延期药量的多少来精确控制延期时间。,电雷管的性能参数
12、,电雷管电阻最大安全电流和最小发火电流发火冲能传导时间与成组电雷管的准爆条件雷管的起爆能力,第三章巷道破岩,电雷管的起爆能力采用铅板穿孔试验,2.4.2 导爆索和继爆管：导爆索是以猛炸药为药芯，外面缠绕数层纱布、纸条并夹数层防潮层制成的索状起爆材料。需用雷管起爆，可直接引爆炸药，传导的是爆轰波。可确保所有的炸药同时爆炸。可以是单独的导爆索网路，也可说是电雷管导爆索双回路网络。若想采用延期爆破，可在导爆索中间加继爆管调节延期时间。,第三章巷道破岩,2.5 电雷管起爆法,一、起爆电源发爆器 煤矿安全规程规定，井下爆破必须使用发爆器起爆。照明电源或动力电源规定：在开凿或延深通达地面的井筒时，无瓦斯的
13、井底工作面中可以使用照明或动力电源爆破，但电压不能超过380V，并必须有电力爆破接线盒。,第三章巷道破岩,二、电爆网路联结方式及其计算串联、并联、串并联、并串联等煤矿井下巷道掘进时均采用大串联，立井施工时采用闭合反向分段并联。3）电爆网路的安全每次爆破时必须采用同厂、同类型、同批生产的电雷管。且电阻不能超过规定值。,三、爆破事故的防治,巷道掘进工作面的爆破事故主要有瞎炮（拒爆）和早爆2.5.3.1 拒爆的处理拒爆:通电起爆后,工作面的电雷管全部或部分不爆的现象称为是拒爆或瞎炮。处理时应针对不同的原因采用不同的方法。（煤矿安全规程规定）2.5.3.2 早爆的处理早爆是在工作人员还未完全撤出工作面
14、时发生的爆炸。引进早爆有许多原因，也要针对不同的原因采用不同的处理方法。（炸药雷管质量原因、冲击摩擦等到机械作用、杂散电流等。）,第三章巷道破岩,2.6 爆破破岩原理,自由面：相对于岩石中的集中药包，岩石与空气接触的界面为自由面。最小抵抗线：集中药包中心到自由面的垂直距离。最小抵抗线的方向就是煤岩体在药卷爆破后的移动或抛掷的主要方向。,第三章巷道破岩,第三章巷道破岩,内部爆破作用（距自由面较远，只能在岩石内部显示爆炸效应）粉碎区裂隙区震动区（扰动区）,外部爆破作用：当最小抵抗线逐渐减小，爆破作用在自由面上形成反射拉伸波，若该爆破作用产生的反射拉伸波的强度足够大，可在自由面上形成拉断区。最小抵抗
15、线进一步减小，拉断区与内部作用形成的裂隙区连通，爆生气体将沿裂隙冲出，使岩体产生移动，形成抛掷漏斗。根据爆破作用指数的不同，抛掷漏斗分为情况：,第三章巷道破岩,根据n值的大小不同，爆破漏斗由弱到强可形成以下几种形式：当n0.75时，为松动漏斗（松动爆破），煤岩体只能松动破碎，不能抛掷。当0.75n1时，为弱抛掷漏斗（弱抛掷爆破），破碎的煤岩块抛掷在自由面附近；当n1时，为标准抛掷漏斗（标准抛掷爆破），破碎的煤岩块抛离自由面约35m；当1n3时，为强抛掷漏斗（强抛掷爆破），破碎的煤岩块抛离自由面可达数十米。,第三章巷道破岩,爆破作用指数：爆破漏斗半径与最小抵抗线的比值叫做爆破作用指数,多个自由面
16、的爆破原理自由面数目多于1个时，应力波在每个自由面都能形成反射拉伸波，爆破同样的实体岩石炸药量可大大节省，两个自由面时炸药消耗量可降至60%，三个时可降到40%。因此在工程实践中都必须使特殊位置上的少数炮眼先爆发，为后继炮眼的爆炸创造出新的自由面，这种爆破方法称为掏槽爆破。,第三章巷道破岩,柱状装药的岩石爆破原理煤矿井下均采用柱状装药，即打炮眼，连续装填长条型药包，未装药部分用炮泥堵塞，起爆时可由眼口方向向内依次引爆炸药（正向起爆），也可由眼底向眼口方向引爆炸药（反向起爆）。其爆破作用漏斗有其特点，长条药包相当于若干个集中药包，靠近自由面的为加强抛掷漏斗，而眼底的则为减弱抛掷漏斗，这样在眼底处
17、就会留下一部分岩石不能爆破下来。实际爆落深度与炮眼深度的比值称为炮眼利用率。,第三章巷道破岩,盖药和垫药,瓦斯矿井的安全爆破在煤矿中，一般都有以瓦斯为主的可燃易爆气体和有爆炸危险的煤尘。因此进行爆破时必须考虑炸药爆炸能否引起瓦斯煤尘的爆炸。炸药爆炸可能引爆瓦斯煤尘的因素有三：空气冲击波炽热的固体颗粒爆炸生成的高温气体放炮前应检查工作面附近20m的瓦斯浓度，超过1%不准放炮。在瓦斯矿井放炮必须使用煤矿许用炸药，常用的煤矿许用炸药有：被筒炸药、当量炸药、和离子交换炸药等。,第三章巷道破岩,微差爆破,应力波干涉假说自由面假说岩块碰撞假说残余应力假说,毫秒爆破（微差爆破）,利用毫秒电雷管或其它设备控制
18、爆破的顺序，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫毫秒爆破或微差爆破。可取得的爆破效果如下：增加了破碎作用，能够减小岩石的爆破块度，降低单位炸药消耗量。能够降低爆炸产生的地震效应，防止对井巷围岩或地面建筑物造成破坏。减小了抛掷作用爆堆集中，既能提高装岩效率，又能防止崩坏支架或损坏其它设备。在有瓦斯与煤尘爆炸危险的工作面采用毫秒爆破，可实现全断面一次爆破，缩短爆破和通风时间，提高巷道掘进速度。煤矿安全规程规定，在有瓦斯与煤尘爆炸危险的工作面采用毫秒爆破时，电雷管的总延期时间不得超过130ms。,第三章巷道破岩,通过合理选择各种参数，严格控制装药量，科学布置各种炮眼，按照一定的顺序起爆装药，在隧道及地下
19、工程掘进爆破后断面成形规整、表面光滑，对围岩的震动破坏小，这种人为控制的爆破方法就叫光面爆破。光面爆破的优点：巷道成形整、光滑，接近于设计轮廓线的要求，受力性能好，应力分布均匀，有利于围岩稳定，自身支承力强，可提高防护能力。对井巷围岩的炮震扰动范围明显减小。可与喷射砼支护配合使用，减小巷道的掘进断面。节约材料，降低工程造价。抗震性能好,第三章巷道破岩,光面爆破,光面爆破的质量标准,(1）围岩面上留下均匀眼痕的周边眼数应不少于其总数的 50。(2）超挖尺寸不得大于 150 mm。欠挖的具体数字如下：净宽：主要运输巷中线至任一帮的间距不得小于 20 mm，其他巷道不得小于设计 50 mm；净高：腰线上下均不得小于设计30 mm；井筒半径：有提升设备时不得小于设计 10 mm，无提升设备时不得小于设计 50 mm。(3）围岩面上不应有明显的炮震裂缝。,第三章巷道破岩,光面爆破机理：当周边眼同时起爆后，在各炮眼的眼壁上产生细微的径向裂隙，沿相邻两炮眼的连线上的那一对裂隙得到优先发展，在爆生气体的静压作用下扩展，形成贯穿裂缝。光面爆破施工：对钻眼的要求是平、直、齐、准，眼位严格按照设计施工。,第三章巷道破岩,最大安全电流：给电雷管通以恒定直流电5min雷管不爆炸的最大电流值。最小发火电流：从最大安全电流逐渐增大，能够使99.99%的雷管发生爆炸的最小电流值。发火冲能：K=I2t a,
