[发明专利]一种预裂成形槽腔的低位扇形掏槽爆破方法

说明书

本发明提供了一种预裂成形槽腔的低位扇形掏槽爆破方法，涉及隧道工程爆破技术领域，解决了爆破飞石破坏掘进工作面设备的问题。该方法包括：在掘进工作面钻凿多排呈扇形布置的掏槽孔，每排掏槽孔确定的平面与底板平行。在扇形掏槽孔的首响炮孔相邻一侧钻凿预裂孔。在掏槽孔和预裂孔内装填炸药和雷管。在掘进工作面和保护设备之间放置碴堆，碴堆与扇形掏槽孔相对布置。预裂孔先于掏槽孔起爆，掏槽孔按照每列掏槽孔与掘进工作面所成锐角由小到大的顺序起爆。本发明通过预裂成型槽腔降低了岩石的夹制作用，保证了相邻辅助炮孔最小抵抗线的稳定，通过降低掏槽部位高度、设置碴堆等措施，实现了对掏槽爆破飞石抛掷方向和抛掷范围的控制。

技术领域

本发明涉及隧道工程爆破技术领域，尤其是一种预裂成形槽腔的低位扇形掏槽爆破方法。

背景技术

在隧道的开挖施工过程中，为了提高爆破效率，常需要加大掏槽部位的装药量，以达到良好的爆破效果。常规的掏槽方式和爆破方法产生的飞石抛掷距离通常距工作面20m～30m，个别飞石能达到40m～50m。爆破飞石会对掘进工作面附近的设备、设施产生较为严重的破坏。在煤矿岩巷掘进施工中，为提高巷道钻爆施工的机械化水平，在巷道掘进施工中开始使用钻装运一体机。这类一体机由于设备结构特点所致，爆破时一体机的机头只能撤至距掘进工作面15m～20m的位置。通常一体机及风筒、水管等需要保护的设备布置在隧道的一侧，另一侧需留出行人、设备通道。爆破时通道位置不放置需保护的装备和设施。为了避免爆破飞石对一体机机头及风筒、水管等需要保护的设备的破坏，需要在掘进工作面与一体机间搭设多重防护设施，增加了施工工序、施工成本，降低了施工效率。因此采取合理的爆破方法，控制飞石抛掷方向，有效降低爆破飞石的抛掷距离，降低爆破飞石对一体机及风筒、水管的破坏，可以有效提高隧道掘进效率，具有重要的应用价值。

《扇形掏槽一次爆破成巷技术在河北某铁矿的应用》(庞博等，现代矿业，2018年06期，第90～第92页)提供了一种扇形掏槽爆破方法。具体是采用扇形掏槽，先爆破炮孔为后爆破炮孔不断提供新的自由面和补偿空间以实现良好掏槽的技术效果。但是仍存在以下问题：(1)单边扇形掏槽具有飞石抛掷方向单一、爆堆集中，抛掷距离较远的特点。(2)为提高施工效率，在同一掘进工作面钻孔时，通常不变换钻杆长度。在钻杆长度一定的情况下，为取得最大的爆破循坏进尺，通常用钻杆将垂直工作面的炮孔钻至最深。这样，对于单边扇形掏槽，在倾斜炮孔的底部就产生了一个钻孔不能达到的盲区(图1)。由于岩石的夹制作用，掏槽孔起爆后，在这个盲区就容易形成岩坎。受岩石性质、钻孔角度、装药量等因素的影响，岩坎的大小、形态存在极大的不确定性。为了爆落这个岩坎，通常需要加大岩坎附近与槽腔相邻辅助孔的装药量Q。若装药量Q较小，则不能将岩坎爆落，从而影响爆破效果；装药量Q较大，则易产生飞石，且飞石的抛掷方向与单边扇形掏槽飞石的主抛掷方向相反(以下简称该方向为“反方向”)，加大了控制的难度。(3)对于首响炮孔，很容易将相邻一侧槽腔口部的岩石爆落，形成超挖区(图1)，使得与超挖区相邻辅助炮孔的最小抵抗线减小，也容易形成反方向的飞石。(4)如果在掏槽孔爆破时，就能消除孔底盲区的岩坎，同时避免槽腔口部形成超挖区，并形成形态规整的槽腔，那么与槽腔相邻辅助孔最小抵抗线的尺寸就是一个确定值，从而就可以确定辅助孔的最优装药量，有效降低反方向爆破飞石的抛掷距离和抛掷范围。(5)通常，为了方便钻孔，掏槽部位距离底板的最小高度在80cm左右，最大高度在180cm左右。掏槽部位偏高，加大了爆破飞石的初始抛掷高度，从而造成爆破飞石抛掷距离远、抛掷范围大的后果，加大了防护的难度。

目前常用的爆破飞石防护方法多采用钢板、橡胶板、防护网等构成防护层进行覆盖防护或采用覆盖橡胶轮胎、棉被的钢架台车等。采取覆盖防护或台车防护的防护方法属于被动防护，工序多，施工人员的工作强度大，劳动效率低。对防护用品的承载能力、质量要求较高，且不能完全避免飞石对设备的破坏。另外现有的阻挡飞石的结构或设备难以实现对飞石的完全阻挡，并且安装拆卸费时耗力，不利于提升掘进效率。

发明内容