外文翻译-爆破在岩巷掘进中的应用及井巷支护.doc

1、附录A爆破在岩巷掘进中的应用及井巷支护武汉科技大学：刘顺江破岩是用爆破的方法把煤、矿石或岩石破碎，以便于将大部分物料的块度化小，变成碎块，便于装载、处理和运输。碎块不要小到不便于装运，也不要大到需要手工破碎或 二次爆破。这样的破岩效果才算最佳。爆破后的巷道采取什么方式的支护。关键词：破岩；爆破；支护。1 1.1破岩理论 破岩是用爆破的方法把煤、矿石或岩石破碎，以便于将大部分物料的块度化小，变成碎块，便于装载、处理和运输。碎块不要小到不便于装运，也不要大到需要手工破碎或 二次爆破。这样的破岩效果才算最佳。 为了破岩，必须采用直接或间接的方式向岩石施加能量。能量的大小取决于岩石本身的性质和技术装药

2、系统的类型。破岩的能量主要在以下三个主要机理内被消耗掉：(1) 形成新的表面(破岩能量)，(2)摩擦(塑性)，(3)传播弹性波能。 装药的方法决定破碎某种已知岩石时上述三方面的相对比例和所消耗的能 量。无约束时岩石拉伸破坏所消耗的能量最少，在破岩过程中如岩石受到较高的 压应力场的约束时，破岩能量需要有所增加。用机具传递能量使岩石或矿石破碎 的方法，对于决定破岩效率至为重要。为了设计出最好的破岩机具和最佳的破岩 系统，需要尽可能地弄清楚岩石性质是如何影响破岩的。 岩石的强度受到周围环境的影响。其中最重要的因素是：(1)约束力，(2) 空隙中的流体压力，(3)温度，(4)加压的速度，约束力的增加(

3、如随着高地表深 度的增加或在破岩机具的作用下而使其增加)，使严石的强度增加。随着孔隙流 体压力增加，岩石的视强度就降低 因为它减弱了约束力的作用。虽然孔隙流体 的化学作用对岩石的强度有影响，仅和约束力作用比较，除少数几种岩石外，一 般都比较小。岩石温度的增加使岩石的强度降低。但这种效应非常小，因为采矿 的时候周围温度变化小。加压的速度增加，使岩石强度显著增加。 岩石具有影响其破碎方式的方向性。这体现在岩石的结构上，包括集合岩石 组分的结构或形状以及岩石的物理特性或机械特性岩石的结构不仅与矿物组分 的方向及其薄弱面有关，而且与其非连续性、微观裂隙和孔隙 的构造有关。在现场，节理和层理对破岩有很大

4、影响。人们经常综合利用岩石的 物理性质(密度、压痕，硬度、磨蚀硬度、孔隙度)和机械性质，来谋取更好的破 岩效果。 1.2 炮眼装药方法 炮眼装药的方式可根据所采用的炸药是药卷或散装而有所不同。 最古老的装 药方法是用炮棍装药，这种方法至今仍广泛使用。在过去二十年中，压风装药器 已被采用，这些装药器既提高装药效率，同时又改进装药密度，因此炮眼的利用 率较高。近几年来采用了半自动装药器，主要用于井下作业。装填散装药的压风 装药器也已大规模地投入使用。 就浆状炸药而论， 已发明了一些专用的泵送方法， 这种方法对于大孔径炮眼的装药能力实际上是很高的。 炮棍必须用木或塑料做成。但炮棍与钻孔相比不能做得太

5、粗，因为这在装药 作业中有可能捅坏和损坏导火索或电雷管脚线。用炮棍装药时，若想装填得好， 那么一次只能装填并捣实一个药卷。装药时雷管必须送到炮眼中的准确位置。 压风装药器在瑞典已使用了大约二十年。 第一种装药器由几节铝管连接而成 2 并用 42 磅英寸 的压风把药卷吹入炮眼。后来这种装药管由专门设计的经抗 静电处理的塑料软管所代替。 一台装药器包括脚踏阀， 带风管的减压阀、 分风管、 连接管和装药软管。 半自动装药器可连续装填药卷，其装药速度与软管装药速度相同。这种半自 动装药器不用阀门，而是让药卷通过一个位于两个闸门之间的气室。装药时装药 钦管中的风压不变。半自动装药器的装药能力比普通的装药

6、器高得多。 散装炸药一般为硝铵炸药(铵油炸药)，需要专用装药器。有两种不同的装药 器：压力罐式装药器和注药器。压力罐式装药器特别适用装填结晶的销铵炸药， 其装药能力较高。注药器的操作是用一个喷射器经很软管把炸药吸出，然后再 通过这根装药软管将炸药吹入炮眼入。还有一些由压力罐和注药器组合的装药 器。装填铵油炸药的装药软管必须能导电，其电阻最小为 1 千欧米。最大为 30 千欧米。 奈特罗诺贝尔(硝化诺贝尔)公司曾创造一项专用泵送炸药的工艺， 它包括一 台直接把炸药泵入炮眼的槽车。向大直径炮眼装药时其装药能力极高。 1.3 控制爆破 控制爆破用于减少巷道超挖和使围岩震裂减至最小程度。 摔制爆破的四

7、种基 本方法是：轮廓线钻眼法、预裂爆破法、缓冲爆破法和光面爆破法。 轮廓线钻眼法，是最早的控制爆破法，这种方法是沿巷道(最终)轮廓线打一 排紧密相邻的钻眼，形成一个有利于破碎的薄弱面。布在轮廓线上的钻眼直径为 2 英寸或 3 英寸。眼距通常相当于 24 个炮眼直径，不装药。靠近轮廓线钻眼的 炮眼，起装药量及眼距均比其他炮眼小。轮廓线眼的最大深度大约为 30 英尺。 由于轮廓线钻眼法的最后一排眼不爆破，因而对岩壁的破坏最轻。 预裂爆破，有时又称为预剪切爆破，是在巷道的轮廓线上钻一排炮眼，其直 径一般为 2 至 4 英寸眼距为炮眼直径的 612 倍，显然市场上可买到柱状装药所 需的小直径药卷和专用

8、的连接器，但一般仍采用直径为 l11，英寸的代那买 特药卷，间隔装药，药卷间隔为 12 英尺，以导爆线串系起来。在松软岩层中， 要求眼距小些，装药量少一些。眼底 23 英尺处的装药量略比其余部分要多一 些。单个药卷之间及其周围是否充填炮泥可随意确定。孔口 23 英尺处不装药， 但要充填炮泥。预裂爆破的深度受炮眼排列的限制，最大深度约为 50 英尺。预 裂炮眼比邻近主炮眼先起爆，以形成有利于主炮眼爆破的裂面。预裂爆破中在邻 近主炮眼爆破之前很难判断其效果。因此建议预裂的超前距离不要太大。预裂爆 破很少在井下使用。 缓冲爆破法是沿岩道轮廓线钻一排直径为 26 英寸的炮眼， 眼中装入均匀分 布的小药

9、卷，完全堵满炮泥，起爆顺序与预裂爆破不同，要在主炮眼起瀑之后周 边眼才爆破。炮眼的最小抵抗线(光爆层厚度)略大于眼距。可利用楔子把药卷固 定在眼中靠近爆破自由面一侧，以减少爆破对岩壁的损坏。这种方法的装药方式 与预裂爆破法相似。因为钻大直径炮眼容易准直，所以缓冲爆破法采用大直径炮 眼时一次爆破深度以达一百英尺。但缓冲爆破在井下很少使用。 光面爆破法就是井下的缓冲爆破法。巷道周边的密集炮眼的光爆层厚度(周 边眼的抵抗值)与眼距之比 L 接近 1.5：1。周边眼中装上分布均匀的小药卷。光 面爆破与缓冲爆破的区别在于：(1)除炮眼口外，药卷不用充填炮泥；(2)周边眼 在一茬炮眼中最后一段起爆。虽然药

10、往中也可采用间隔物(间隔装药)，但最常用 的是柱状装药。孔底装药量稍多一些。炮眼均填以炮泥，以防止(在延期爆破中) 光爆炮眼爆轰时将药包带出。光面爆破减少巷道的超挖，增强围岩稳定性并减少 支护量。但比普通方法需要多钻一些周边眼。 各种控制爆破方法可结合使用。在松软岩石中，有时需要轮廓线钻眼方法与 预裂法或缓冲爆破法结合使用。当采用缓冲爆破法时，有时需要在转角处用预裂 法爆破。 1.4 岩巷爆破 最常用的岩巷掘进方法是三个工序的循环作业：(1)钻炮眼、装炸药和爆破。 (2)装岩(将爆破的岩堆装运出去)。 (3)安装支架，支护刚掘出的巷道，敷设接长轨道、风管和电缆，为下个循 环作好准备工作。 简而

11、言之，岩巷爆破的基本原则是，把岩体上一部分岩石破碎下来，当装走 爆落的岩石后，巷道按正确的方向前进，其断面尽可能地接近设 计断面。 炮眼布置设计要做到：便于钻跟，耗用炸药最少，爆破后所形成的巷道断面 尽可能接近设计要求。 一组炮眼由掏槽眼、扩槽眼、辅助眼和周边眼组成。掏槽眼最重要。掏槽眼 的作用是为炮眼组的其他炮眼提供一个自由面，便于爆破。 常用的两种掏槽方式是斜角眼掏槽和直眼掏槽。 这两种掏槽方式可以联合组 成其他各种掏槽方式。在较大断面巷道中，斜角眼掏槽比直眼掏槽优越，因为炮 眼数目少掏，每掘进一英尺巷道所需炸药量少。其缺点是“v”形掏槽有可能抛 出大块岩块。 楔形掏槽或 v 型掏槽内成对

12、的斜角炮眼在底部相遇或接近相遇组成。 楔形掏糟 可由一个或几个 v 型槽构成垂直或水平楔形掏槽。 对于深度较大的炮眼或难于爆 破的岩石，可采用复式楔形掏槽。较小的掏槽称为小槽。它适用于小断面巷道。 大直径掏槽直眼在大断面巷道中可为良好的扩槽创造条件。采用直眼掏槽， 炮眼组的深度可比斜眼掏槽大一些， 因为每茬炮的进度增加了， 证明其更为经济。 直眼掏槽的槽眼要平行，眼距要适当，其深度要比其他炮眼深 121 英尺。一 般有一个或一个以上槽眼(大直径眼)不装药、为其他装药槽眼提供自由面。槽眼 间距，布置及装药槽眼可采用各种组合形式。 井下巷道掘进中炮眼布置有无数种。甚至在同一巷道中，随着岩石性质的变

13、 化也要改变炮眼布置。 对任何一组炮眼来说， 重要的因素是爆破顺序。 一般来说， 炮眼引爆的顺序应使每个炮眼或一组炮眼随前一响炮眼所形成的自由面爆破。 每 茬炮的深度取决于整个掘进循环和巷道的断面尺寸。一般规律是，一茬炮的深度 不要超过巷道最小断面尺寸太多。 炮眼布置要使爆破下来的岩石堆的形状及位置 有利于更有效地装运和循环作业。对用需用密集支架的巷道，炮眼布置要能够预 防破坏。 2 2.1井筒及巷道的支护 井筒的支护 在美国，很少使用砖、料石和铸铁井壁， 从前，几乎全用木支架，但现在混凝 土和金属井壁使用量日增。 井壁的选择决定于围岩和水的条件，井筒的形式和 材料的费用。 (1)木支架直到最

14、近，大多数方形的井筒还在用框形木支架支护井帮和 分成隔间。 .所用木料的尺寸和框距取决于所遇到的岩层情况。 木支架缺点是费 . 用高，强度低、寿命短，易引起火灾。在膨胀性岩层中，木支架损坏得慢，警告 时间长。在大多数情况下，开始凿井时浇灌一个混凝土锁口以固定支架，为井筒 木支架提供良好的基础。木框架一般用挂钩挂在上面的框架上，框架就位后插入 支柱，拉紧挂钩，在井筒周围铺上背板。 (2)金属支护有时用金属支架代替木支架。 通常与木背板配合使用。木背板 可快速而高效地插入金属支架的翼缘中。 金属支架若设计恰当其安装的速度和准 确度均比木支架高，因为安装时金属支架可能螺栓连接，并且排列很整齐。(3)

15、混凝土井壁现在，原形混凝土井壁使用日益广泛。 例如，在南非几乎 100%的井筒采用圆形混凝土井壁。而且几乎所有井筒毫无例外地达到最高的凿 井速度。 除了凿井速度快外，还有许多其它优势。 圆形混凝土井壁做井筒指 甲其强度系数最高，风流特性最好，与任何井壁形式相比其维护量最小。混凝土 井壁容易拆除并改装成另一种提升布置方式，或改为风井而不影响围岩状态。这 类井筒对涌水的控制或封堵容易的多。与大多数其他类型相比，这种井筒的事故 较少，万一发生事故，修复也容易得多。在某些特殊的情况下，也采用方形或椭 圆形混凝土做井壁的井筒。尽管方形井筒的成本与圆形或椭圆形相仿，但其强度 不如圆形或椭圆形井筒。椭圆形井

16、筒具有良好的强度系数，需要分开风流时采用 这种形状。但起凿井费用比圆形的高。 (4 )喷浆或喷射混凝土井壁有一些井壁采用喷浆或喷射混凝土井壁。 这类井 筒的罐道一般用锚杆固定。如果井筒完成后并能不需要罐道，那么凿井时可采用 钢丝绳罐道。 2.2巷道支护 过去，框形或多节木支架是大家熟悉的唯一支护井下巷道的方法。随着坑木的 减少，宽翼缘型的出现，钢材，作为一种结构支护材料，迅速的取代了坑木。最 近锚喷支护也列入矿山实用支护方式。不论锚杆还是喷射混凝土（包括喷浆及喷 混凝土在内）一英尺巷道的支护费用一般比金属支架要低。有时两者同时采用， 其费用也比金属支架省。 (1)金属支架金属支架通常由两节组成，每节包括一条棚腿和半截拱。同样 两节相对立好之后，在拱顶用螺栓对接。金属支架的尺寸取决于岩石的性质和地 压。一般地说，小断面巷道采用 4 英寸或 5 英寸金属支架，间距为 1.54