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第6章 钻眼爆破

目 录

1. 岩石的性质与分级
2. 钻眼工作
3. 爆破工作

第1节 岩石的性质与分级

•岩块

–从地壳岩层中切取出来的小块体。

•岩体

–地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组成的。

•岩石

–岩块与岩体的统称（天然产出的具有稳定外形的矿物集合体）。

第1节 岩石的性质与分级

•岩石的坚固性系数

–表示岩石破坏的难易程度。

f≈R_c／10

Rc——岩石的单轴抗压强度，Pa。

岩石的坚固性系数不同于岩石的刻划硬度，前者表征岩石的强度，后者表征硬度

第2节 钻眼工作

 井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械破岩和爆破破岩。

一、钻眼机械

钻眼（又称凿岩）机具按能源分，有电动、风动、液压、内燃4种；按破岩机理来分，有冲击式、旋转式。

电钻

电钻就是采用旋转式钻眼法破岩，并用电能为动力的钻眼机械。按使用条件，电钻又分煤电钻和岩石电钻。

一、钻眼机械

优点：破岩效率高，噪音小，粉尘少，能源利用率高，设备简单，费用低；

缺点：动力较小，容易产生电火花，容易卡钻，进而产生机械故障，岩石电钻较笨重。

如图6-1为煤电钻的传动系统

一、钻眼机械

风钻

利用压缩空气的动力，冲击凿岩

矿山一般常用的风钻有：手持式、气腿式、伸缩式和导轨式几种。

优点：体积小、动力强劲、故障少、不产生电火花

缺点：噪音大、粉尘大、劳动强度大、需要压缩空气、效率低

一、钻眼机械

如图6-2为YX-23型凿岩机

一、钻眼机械

掘进凿岩台车

  目前最广泛采用的掘进凿岩台车，是在可自行的车体上，安立钻臂，钻臂上端安设推进器。凿岩机在推进器的导轨上，因推进机械的作用而前后移动，完成钻进和退钻的动作。钻臂可上下、左右摆动，以便将凿岩机安置在所需钻眼的位置。

  台车行走机构有轨轮、履带及轮胎三种形式。国产台车目前以轨轮式为主 。

第3节 爆破工作

一、炮眼的种类和作用

   爆破工作的目的在于将岩石从其整体中分裂开来，并将其破碎成为适于装载的块度。各种岩石对于这种分裂作用和破碎作用的抵抗力是不一致的，因为岩石本身性质（如硬度、裂隙、节理等）各不相同。为了达到爆破工作的最大效率，炮眼的布置至关重要。

   为说明炸药在岩石中爆炸时的岩石破碎情况，设将一个球形或立方体形炸药包埋人岩石中，岩石与空气相接触的表面称为自由面，药包中心到自由面的垂直距离叫最小抵抗线。

一、炮眼的种类和作用

   当最小抵抗线很大时（图6-3a的W₁），只在药包附近被爆轰波和高温高压气流冲击，形成一个范围不大的粉碎区。如果岩石的塑性较大，就被压缩成一个空洞，故粉碎区又称压缩区。在压缩区的外面，产生一些纵横裂隙，成为裂隙区。再靠外面岩石未被破坏，只产生震动，成为震动区。

一、炮眼的种类和作用

   当最小抵抗线小一些时（图6-3b的W₂），这时应力波传达至自由面，衰减的程度不大，在自由面处产生反射，产生从自由面向药包一层层剥落的拉伸破坏，这个破坏区域叫做拉断区。

一、炮眼的种类和作用

   当最小抵抗线更小一些时（图8-8c的W₃），拉断区和裂隙区连在一起，在靠近自由面的方向，岩石被完全破碎，形成一个漏斗形坑，碎石都集聚在坑内只发生了松动，故名松动漏斗。

一、炮眼的种类和作用

   当最小抵抗线最小时（图8-8d的W₄），炸药爆炸的能量不但破碎了岩石，而且足以推使岩石离开漏斗坑飞向四周，形成抛掷漏斗。

第3节 爆破工作

二、矿用炸药

  炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到一定的外界能量作用时（遇热、机械冲撞力、其他炸药爆炸的影响），就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。

   在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。

目前我国采矿工业中常用的炸药按其成分可以分为硝甘炸药和硝铵炸药。   

二、矿用炸药

1. 硝甘炸药

    硝甘炸药是含有12%以上硝化甘油的炸药。这种炸药呈胶状，所以又称胶质炸药。

    硝甘炸药的优点是爆炸力强，并具有良好的抗水性，特别适用于爆破含水较多的坚硬岩石或矿石。例如多在开凿水量较大的井筒时使用。

    硝甘炸药的缺点是敏感性很强，受到撞击或摩擦就可能引起爆炸，还易于冻结、失效和出现汗渍。

由于硝甘炸药存在上述缺点，而且价格较贵，所以煤矿中很少采用。

二、矿用炸药

2. 硝铵炸药

    硝铵炸药是我国煤矿中广泛采用的炸药。它的主要成分是硝酸铵（NH₄NO₃ )，另外含有三硝基甲苯(T. N. T. )、锯末及炭粉等。

适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险矿井中的硝铵炸药称为安全炸药。在爆炸时它产生短而温度较低的火焰，可避免引起瓦斯或煤尘爆炸。

二、矿用炸药

安全炸药必须满足下列要求：

（1）爆炸反应要极其迅速。通常在硝铵炸药中加人4%~8%的硝化甘油，以增加炸药的爆炸速度和敏感性，防止不完全燃烧炸药火星飞散，以免引起瓦斯和煤尘爆炸。

（2）爆炸后产生的热量（温度）不要过高。通常在硝铵炸药中加入消焰剂氯化钠（NaCl食盐），它能在爆炸时吸收一部分热量，从而降低爆炸热量。

第3节 爆破工作

三、起爆材料

起爆器材就是供给炸药能量使其爆炸的器材。起爆器材在煤矿中包括导爆索、雷管及发爆器。

1. 导爆索

导爆索（又称导爆线）是用来传递爆炸波，并直接引爆炸药的起爆器材。但它本身需要雷管引爆。

   优点是导爆索能使大量炸药同时起爆，广泛用于深孔、分段装药的爆破中。缺点是成本高，不能在有瓦斯及煤尘的矿井中使用。

三、起爆材料

2. 雷管

    雷管是用来起爆炸药和导爆索的起爆器材。它是最常用的起爆器材。

    煤矿中所用雷管均为电雷管（用电能来引爆的雷管），按通电后爆发的时间不同可分为即发电雷管和延期电雷管。延期电雷管又可分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。

三、起爆材料

3. 发爆器

   发爆器是电雷管起爆的电源。目前我国矿山中普遍得到推广使用的是电容式发爆器。

   根据充电电源的不同，电容式发爆器可分为发电机-电容式发爆器、迭层电池-电容式发爆器、晶体管-电容式发爆器3种。

三、起爆材料

   （1）发电机——电容式发爆器。它的充电电源是手摇直流发电机，优点是不用电池，除必要的检修外，不必打开机壳，因此维护方便；缺点是结构比较复杂，体积和重量较大，每次爆破时需要旋转手摇发电机向电容充电及转动开关向外送电放炮。

   （2）迭层电池——电容式发爆器。它是用高压（110~450V）迭层电池作为电容器的充电电源，优点是构造极为简单，制造成本低廉，操作维修方便，电能利用率高，更换一次电池使用时间长（0.5~1a）；缺点是换一次电池价格较贵。

三、起爆材料

    （3）晶体管——电容式发爆器。它由充电电源（低压2~4节干电池，3~ 6 V )、晶体管振荡器、变压器及整流器组成，电路比较复杂、更换电池频繁；但可以制成体积小而能量大的发爆器。

第3节 爆破工作

四、装药

1. 炮眼装药量的计算

   每爆破一次的炸药总消耗量Q，根据下式计算：

   Q=qV

  式中  Q——爆破一次的炸药总消耗量，kg；

      q——每爆破1m³岩石所需炸药消耗量，kg/m³；

      V——岩石爆破量，m³。

四、装药

   每个炮眼的平均炸药消耗量r：

   r=Q/N

   式中  r——每一个炮眼的平均炸药消耗量，kg/个；

      N——炮眼数目，个。

四、装药

2. 装填方法

   楔形掏槽两边炮眼的角度对称，装药量也要一致，否则爆破力量偏向一边，易打倒支架；周边眼最好多一些，装药量则少些，这样有利于巷道轮廓面的规整和围岩的稳定。

3. 连线方式

   在井巷掘进爆破中，有串联、并联和混联（串并联及并串联）3种雷管联线方式