许瞳煤矿岩巷掘进爆破预裂施工方案2013.10.21..doc

淮北矿业集团许瞳煤矿 83下采区运输下山掘进深孔预裂爆破试验 方案设计及安全技术措施 淮北矿业集团工程建设公司 安 徽 理 工 大 学 2013年10月20日 一、工程概况 许疃煤矿83下采区运输下山长度1213m(目前余730m)，坡度：10.5o，断面净尺寸(喷厚150mm)：宽×高=5×4.1m；岩性：砂岩，硬度f=8~10。 二、深孔松动爆破机理 深孔松动爆破技术是根据工程实际需求，钻凿大直径深炮孔，利用炸药爆炸的“动”、“静”作用使炮孔周围岩石破裂破碎而不产生抛掷的控制爆破。 2.1 炸药爆破破岩过程 在半无限介质中，炸药在炮孔内爆炸后，产生强冲击波和大量高温高压爆生气体。由于爆炸压力远远超过介质的动抗压强度，使得炮孔周围一定范围内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区；在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质的过度破碎上，然后冲击波透射到介质内部，以应力波形式向岩体内部传播。在应力波作用下，介质质点产生径向位移，在靠近压缩区的介质中产生径向压缩和切向拉伸。当切向拉伸应力超过介质的动抗拉强度时会产生径向裂隙，并随应力波的传播而扩展。当应力波衰减到低于介质抗拉强度时，裂隙便停止扩展。在应力波向前传播的同时，爆生气体紧随其后迅速膨胀，进入由应力波产生的径向裂隙中；由于气体的尖劈作用，裂隙继续扩展。随着裂隙的不断扩展，爆生气体膨胀，气体压力迅速降低；当压力降到一定程度时，积蓄在介质中的弹性能就会释放出来，形成卸载波，并向炮孔中心方向传播，使介质内部产生环向裂隙(通常环向裂隙较少)。径向裂隙和环向裂隙互相交叉而形成的区域称为裂隙区。当应力波进一步向前传播时，已经衰减到不足以使介质产生破坏，而只能使介质质点产生振动，以地震波的形式传播，直至消失。 应力波过后，爆生气体产生准静态应力场，并楔入空腔壁上已张开的裂隙中，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展。在裂隙扩展过程中，爆生气体首先进入张开宽度大、较平直、对气体楔入阻力小的大裂隙中，然后再进入与之沟通的小裂隙中，直到其压力降到不足以使裂隙继续扩展为止。爆生气体在岩体内产生的准静态应力随距炮孔中心距离的增加而衰减，因而在岩体内存在爆生气体应力梯度。在爆生气体压力驱动下，裂隙始终朝着压力(或应力)低的方向扩展，即向着远离炮孔的方向扩展。 2.2 松动爆破裂隙半径计算 本次研究拟对岩层实施大直径深孔松动爆破，根据爆轰理论和应力波理论，松动爆破裂隙扩展半径一般按下式计算： （1） 式中 —裂隙扩展半径；—应力波初始径向应力峰值，；—泊松比，取0.27；—应力波衰减值，=1.63；—炸药爆速，取3500m/s；—炸药密度，取1100kg/m3；—药卷半径，现场拟采用特制药卷直径Φ63mm，壁厚2mm，实际装药直径61mm，=0.061/2=0.0305m； —炮眼半径，炮孔直径设计为Φ75mm，=0.075/2=0.0375m；—岩体抗拉强度，取2.8MPa；—压力增大系数，8~11；取8。带入各值，计算得松动裂隙半径=0.8m。 三、爆破试验方案设计 为对巷道工作面岩石进行松动爆破，深孔松动爆破设计主要包括选择爆破器材，确定炮孔深度、炮孔直径、钻孔方向、炮孔数目、炮孔布置、装药参数等。 3.1 钻孔机具和爆破材料 采用高性能大功率钻机实施深孔松动爆破的钻孔工作；炸药采用三级煤矿许用水胶炸药；1~5段毫秒延期电雷管。 3.2 炮孔直径和药卷直径 炮孔直径Φ75mm，装外径Φ63mm（内径Φ61mm）的特制药卷。 3.3 炮孔深度和钻孔倾角 全断面共布置3个孔，钻孔深度50m，装药44m，封孔6m。3个孔均平行巷道轴线方向钻进。 为避免炮孔方向偏斜进入巷帮、造成超挖，要严格控制钻孔深度和倾角 3.4 炮孔布置 根据巷道断面和爆破后炮孔周围裂隙圈理论计算结果，炮孔布置成三角形。炮孔间距：1600mm；炮孔排距：1380mm。具体布置如图1所示。 图1 炮孔布置图 3.5 装药参数 由于所有装药一次起爆能量太大，为减小爆破对围岩的造成的损伤和地震效应，炮孔分别用1、3、5段雷管引爆。为防止冲孔，封孔长度应不小于6m。见表1。 表1 装药参数表 编号 炮孔直径/mm 炮孔深度/m 装药直径/mm 装药长度 /m 堵塞长度 /m 雷管段别 1# 75 50 63 44 6 1 2# 75 50 63 44 6 3 3# 75 50 63 44 6 5 3.6 炮孔装药和起爆网路 采用特制药柱，连续正向装药，风动封孔机封堵孔口，黄泥作为封堵材料，封堵长度6.0m。 每个炮孔单个起爆药柱，每个起爆药柱装两发同段雷管，分别用胶质导线引出孔外，孔外采用并联电起爆网路，接头处使用防水胶布处理，