钻眼爆破工艺的基本知识和应用技巧

【任务描述】

本课题主要对岩石分级和围岩分类、钻眼机具、炮眼布置、矿用起爆器材、装药结构、光面爆破、爆破说明书及爆破作业图表等方面的概念和基本知识做介绍。通过本课题的实施，使学生理解并掌握钻眼机具、炮眼布置、光面爆破、矿用起爆器材等基本知识；对岩石分级和围岩分类、装药结构、爆破说明书及爆破作业图表等方面的概念和基本知识等有一定的认识。

【知识学习】

巷道施工的主要工序有破岩、装岩、运输和支护；辅助工序有通风、排水、挖砌水沟、标定中腰线和铺轨等。

破岩就是把岩石或煤破碎下来；装岩和运输是把破碎下来的岩石或煤装入运输设备并运出；支护就是对新掘的巷道空间进行及时维护，以防围岩垮落。

巷道施工方法的选择与巷道的围岩性质有关。沿煤层掘进的巷道，在掘进断面中煤层的面积占巷道面积的4/5及以上的巷道，称为煤巷。煤层的面积占巷道面积为1/5～4/5，称为半煤岩巷；掘进断面中岩层的面积占巷道面积的4/5及以上的，则称为岩巷。

在新建、改扩建矿井的矿建工程中，井巷工程所占的比重一般要达到80%左右，其施工工期占建井总工期的55%左右。因此，加快巷道施工速度是缩短建设工期的重要手段。在生产矿井中，普采和综采的发展对加快巷道掘进进度的要求也越来越高。当前我国巷道掘进的主攻方向是提高机械化水平，提高掘进单进和工效，逐步解决好掘进机械化作业线的配套问题，提高掘进施工速度。

煤矿巷道掘进工艺有两类，即钻眼爆破法和掘进机法。目前，我国多数煤矿巷道掘进采用钻眼爆破法。采用钻眼爆破法掘进工艺掘进巷道的过程中，破碎煤岩是掘进施工的一个重要工序。掘进机法是一种较先进的掘进工艺，工作面没有钻爆工序，直接靠掘进机上的截齿破落工作面的煤岩，形成所需断面的巷道。由于掘进机法机械化程度较高，我国煤矿正在推广使用。

一、岩石分级与围岩分类

1.岩石分级

井巷施工的主要对象是各种不同的岩石。岩石的性质主要取决于组成岩石的矿物成分、岩石的结构和组成特征。不同性质的岩石，其破碎的难易程度有很大的差别。

在生产实践中，为了能够用简明的指标来区分各种岩石破碎的难易程度，通常根据坚固性系数（也称普氏系数，用f表示）将岩石分为十级共15种，见表4-1。

表4-1 岩石分级表

f值等于岩石的单向抗压强度R（MPa）除以标准岩石的抗压强度（MPa），即

2.围岩分类

为合理选择井巷锚喷联合支护类型及支护参数，我国《煤矿井巷工程锚杆、喷浆、喷射混凝土支护设计试行规范｝根据支护设计的需要，考虑煤矿岩性特点、构造情况和断面尺寸，将围岩划分为5类，见表4-2。

表4-2 锚杆围岩分类

注：R_b为岩石的单轴饱和抗压强度。

二、钻眼机具

1.钻眼机械

我国煤矿井巷掘进，在煤和软岩中钻眼主要采用旋转式煤电钻，在岩石上钻眼则主要采用冲击式风动凿岩机（俗称风钻）。

（1）煤电钻 煤电钻由电动机、减速器、手柄、散热风扇和外壳组成，其外形如图4-1所示。煤电钻的钻眼破岩原理是利用轴向推力和旋转的钎刃切削岩石，切削下来的岩石碎屑沿着钎杆的螺旋沟排出或用压力水排出。

煤电钻的外壳用铸铝合金制成，要求严密隔爆，壳外设有轴向散热片，由风扇冷却；手柄上设有开关扳手，手柄包有绝缘橡胶，以防触电。煤电钻的传动系统如图4-2所示。

煤电钻主要用于在煤层或f＜4的岩层中钻眼。常用的几种煤电钻的技术特征见表4-3。

图4-1 ZM15T煤电钻

在f为4～6的岩石中钻眼时，可用岩石电钻。岩石电钻的破岩方式也为旋转式破岩，但由于电动机容量大、重量大，钻进时需要很大的轴向推力，故有自动推进与支撑设备。

图4-2 煤电钻传动系统示意图

1—电动机 2—风扇 3、4、5、6—减速器齿轮 7—钻杆 8—钻头

表4-3 煤电钻主要技术特征

（2）气动凿岩机 气动凿岩机是岩巷掘进常用的一种钻眼机械，它以压缩空气为动力，以冲击式破岩完成钻眼工作。应用最为广泛的是气腿式凿岩机，其机身下面设有一个联动的气腿，斜撑于地面，起支撑和推进作用，主要用于打水平和倾斜方向的炮眼。YT-28型气腿式凿岩机外形如图4-3所示。

图4-3 YT-28型气腿式凿岩机

1—凿岩机主机 2—钎子 3—气腿 4—水管 5—注油器 6—消音罩

凿岩机钎杆由六角形空心钢制成，空心用于通过压力水冲洗炮眼内的岩粉（湿式凿岩）。钎头多用一字形或十字形镶硬质合金刃片制成。国产气腿式凿岩机的主要性能见表4-4。

表4-4 国产气腿式凿岩机主要性能

（3）新型钻眼机械

1）电动凿岩机。电动凿岩机以电为动力，为了把电动机的回转运动转换为往复冲击运动，常采用的结构形式有偏心块式和活塞压气式两种。由于电动机为矿用隔爆水冷式电动机，电动凿岩机可用于煤矿井下岩石巷道钻眼作业。

2）独立回转风钻。独立回转风钻采用了冲击与回转各自独立的结构，因此冲击与回转动作可分别调节。目前国内比较定型的产品有YGZ-90型导轨式独立回转风钻，其结构简单，钻眼速度快，效率高，由于冲击功和转钎速度可分别调节，在钻凿节理、裂隙发育的岩石时，不易夹钎。

3）液压凿岩机。全液压凿岩机的结构和风钻一样，也是活塞在缸体内做往复运动，形成冲击作用，但由于液压油是不可压缩的，并具有一定的黏度，所以在结构上多采用配油阀结构，用液压泵供应压力10MPa以上的压力油，配油阀直接驱动活塞做冲击运动，并用单独的液压马达驱动钎子回转。

4）凿岩台车。凿岩台车由钻臂、车体、电气系统、供风系统及供水系统等组成，钻臂上可装两台或多台风钻。凿岩台车适用于大断面水平巷道的掘进。

2.钻眼工具

（1）冲击式钻眼工具 冲击式钻眼工具又称钎子，由钎头、钎杆、钎尾和钎肩组成，如图4-4所示。

1）钎头。钎头是直接破碎岩石的部分，有刃角、隙角、排粉沟和吹洗孔，常用的形状有“一”字形和“十”字形，直径一般为ϕ38～ϕ43mm。近年来镶硬质合金的球齿钎头已开始使用。

2）钎杆。钎杆是传递冲击功与回转力矩的细长杆体，其横断面形状有中空六角钢和中空圆钢两种，近十年来开始推广使用中空合金钢。

3）钎头和钎杆的连接。钎头和钎杆的连接方式有两种，螺纹联接和锥形连接。螺纹联接由于加工复杂，安装、拆卸不便，已很少采用，采用较多的是锥形连接。钎头和钎杆的锥形连接如图4-5所示。

图4-4 活头钎子

1—钎头 2—钎杆 3—钎肩 4—钎尾 5—水孔

图4-5 钎头与钎杆的锥形连接

4）钎尾和钎肩。钎尾是直接承受活塞冲击和扭转的部分。钎肩则用来限制钎尾插入凿岩机机体的长度，并使钎卡能卡住钎杆，使之不致从钎尾套中脱落。钎杆和钎肩的构造如图4-6所示。

（2）旋转式钻眼工具 旋转式钻眼工具由钻头和钻杆两部分组成。

1）钻头。钻头是直接破碎岩石的部分，工作时承受很大的轴推力和转矩。钻头有两翼和三翼两种，一般常用两翼钻头。两翼钻头由刃、钻头体部和连接部组成，连接部有销钉孔。钻头直径取决于药卷直径，一般为ϕ38～ϕ45mm。

2）钻杆。钻杆由菱形或矩形断面的碳素工具钢（T7、T8）扭制而成，俗称麻花钻杆，钻杆前部有方槽、套筒和销钉孔，其作用是向钻头传递轴推力和旋转转矩。钻眼时，岩粉能自动沿钻杆上的螺旋沟槽排出。

3）钻头与钻杆的连接。钻头插入钻杆前部的方槽和套筒后，从销钉孔插入销钉固定钻头。

图4-6 钎尾和钎肩的构造

a）环形钎肩 b）耳形钎肩 c）无钎肩

三、炮眼布置

钻眼爆破工作的好坏对巷道掘进速度、规格质量、支护效果、掘进工效和掘进成本等都有较大的影响。

1.掏槽眼布置

掏槽眼的作用是首先在工作面将某一部分岩石破碎并抛出，在一个自由面的基础上崩出第二个面来，为其他炮眼的爆破创造有利的条件。

目前常用的掏槽方式有两种，即斜眼掏槽和直眼掏槽。

（1）斜眼掏槽 斜眼掏槽是巷道掘进中常用的一种方法，特点是掏槽眼与掘进工作面（自由面）斜交成65°～75°的锐角。常用的斜眼掏槽有四种方式。

1）单向掏槽。单向掏槽如图4-7所示。眼距（相邻炮眼眼口之间的距离）L=300～600mm，眼深不超过1.5m，装药系数为0.5左右，所有掏槽眼同时起爆。这种掏槽方式适用于工作面有软弱夹层的情况。掏槽眼的方向根据软弱岩层在工作面上的位置可向左、向右或向下。

2）扇形掏槽。扇形掏槽如图4-8a所示。眼距L=300～600mm，炮眼与掘进工作面的夹角α=45°～90°，眼数根据巷道断面大小及岩石坚固性系数确定，一般为3～5个，眼深不宜超过2.0m，各掏槽眼依次起爆。这种掏槽方式的适用条件与单向掏槽相同。

图4-7 单向掏槽

3）楔形掏槽。楔形掏槽如图4-8b所示。左右眼距为L=1000～1400mm，上、下一般为c=400～600mm，炮眼与掘进工作面的夹角α=65°～75°；眼数根据巷道断面大小及围岩坚固性系数确定，一般为6～8个，中硬岩石可取6个。炮眼两两对称地布置在巷道断面中央偏下位置的同一水平面上，眼底间距d=200mm，眼深不宜超过2.0m，装药系数一般为0.7，所有掏槽眼同时起爆。

4）锥形掏槽。锥形掏槽如图4-9所示。左右眼距为L=800～1200mm，上、下一般为c=600～1000mm，眼底间距d=200mm，一般为100～200mm，炮眼与掘进工作面的夹角一般为55°～75°，眼数一般为3～6个，多用4个，两两对称地布置在巷道断面中央偏下位置眼深不宜超过2.0m，装药系数一般为0.6～0.7，所有掏槽眼同时起爆。锥形掏槽的炮眼间距以及炮眼与工作面的夹角可根据岩石坚固性系数进行调整，岩石坚硬时取小值，反之取大值。锥形掏槽方式钻眼深度受到巷道断面大小限制，而且钻眼工作不方便，在煤矿中应用较少。

图4-8 扇形掏槽和楔形掏槽

a）扇形掏槽 b）楔形掏槽

斜眼掏槽的特点：优点是可充分利用自由面，掏槽体积较大，使用雷管段数少，掏槽眼数及炸药消耗量也相对较少；缺点是掏槽眼深度受巷道宽度限制，不便于多台风钻同时作业，炮眼方向不易掌握，易产生大块矸石，且矸石抛掷距离远，易崩倒支架，损坏设备。

图4-9 锥形掏槽

a）三角锥形掏槽 b）四角锥形掏槽

（2）直眼掏槽 如图4-10所示，直眼掏槽所有的掏槽眼均垂直于掘进工作面，所有掏槽眼互相平行，而且相距较近。直眼掏槽的炮眼布置方式较多，常用的是直线掏槽和角柱式掏槽，其中角柱式掏槽又可分为三角柱掏槽、菱形掏槽和五星掏槽等。

1）直线掏槽。直线掏槽如图4-10a所示。眼距L=100～300mm，眼深以不超过2.0m为宜，装药系数为0.7～0.9，所有装药掏槽眼同时起爆。这种掏槽方式对打眼质量要求高，所有炮眼必须平行且眼底要落在同一平面上，否则就会影响掏槽效果。直线掏槽适用于中硬岩层的小断面巷道。

2）角柱式掏槽。角柱式掏槽形式较多，常用的有三角柱掏槽、菱形掏槽和五星掏槽等。

①三角柱掏槽。三角柱掏槽如图4-10b所示，有三种形式。眼距一般取L=（2～4）ϕ，ϕ为炮眼直径；装药的掏槽眼可同时起爆，也可分两次或三次起爆。三角柱掏槽方式适用于中硬岩层的小断面巷道。

图4-10 直眼掏槽

a）直线掏槽 b）三角柱掏槽 c）菱形掏槽 d）五星掏槽

②菱形掏槽。菱形掏槽如图4-10c所示，中心眼为不装药的空眼，炮眼间距因岩层性质不同而异。当f=4～6时，取a=150mm，b=200mm；当f=6～8时，取a=100～130mm，b=170～200mm。炮眼装药系数为0.7～0.8，用两段雷管起爆。在坚硬岩层中，为保证掏槽效果，可增加一个空眼，两空眼间距为100mm。菱形掏槽形式简单，容易掌握，适用于各种岩层条件，但眼深以不小于2.0m为宜。

③五星掏槽。五星掏槽如图4-10d所示，由5个装药炮眼和4个空眼组成。炮眼间距因岩层软硬而异：对于软岩，可取a=140mm，b=250～300mm；对于中硬岩层，可取a=110mm，b=250mm。装药炮眼用两段雷管起爆，其中1号眼用一个段号，2～5号眼用同一且大于1号眼的段号。这种掏槽方式在深眼和坚硬岩层中应用都很可靠，适用于各种岩层条件。

角柱式掏槽的特点：掏槽眼多采用对称式布置，打眼时易于掌握眼距；所用雷管段数较少，有利于实现全断面依次爆破；在一般中硬岩层条件下使用效果很好，应用较多。

3）螺旋式掏槽。螺旋式掏槽形式较多，常用的有以下三种。

①大直径中空眼单螺旋掏槽。大直径中空眼单螺旋掏槽如图4-11a所示，其主要参数：大直径中空眼直径D=100～120mm；眼距L₁=150mm，L₂=250mm，L₃=350mm，L₄=450mm；眼深一般不宜超过2.0m；各装药炮眼按1、2、3、4号顺序起爆。这种掏槽方式多用于坚硬岩层，大、中等断面的巷道。

②小直径中空眼双螺旋掏槽。小直径中空眼双螺旋掏槽如图4-11b所示，其主要参数：眼距L₁=100mm，L₂=150～200mm，L₃=250～300mm，D为空眼直径；眼深一般不宜超过2.0m；所有装药炮眼用毫秒雷管分三段起爆。这种掏槽方式的适用范围与大直径中空眼单螺旋掏槽方式相同。

图4-11 螺旋式掏槽

a）大直径中空眼单螺旋掏槽 b）小直径中空眼双螺旋掏槽 c）小直径中空眼单螺旋掏槽

③小直径中空眼单螺旋掏槽。小直径中空眼单螺旋掏槽如图4-11”所示，其主要参数：眼距L₁=（1～2）D，L₂=（2～3）D，L₃=（3～4）D，L₄=（4～5）D，其中D为空眼直径；0～4号眼深度相同，装药系数0.55～0.75；0₁、0₂眼加深200～400mm，0₁、0₂眼装药时，反向装1～2个药卷，以加强抛掷作用；1、2、3、4号炮眼按顺序起爆，0₁、0₂眼在4号炮眼之后起爆。对于软岩和裂隙发育的岩层，需要打0₁、0₂眼，硬岩和整体性岩层可以不打0₁、0₂眼。

直眼掏槽的特点如下：

优点：所有掏槽眼都垂直于工作面，相距较近，且必须保持相互平行；有利于多台凿岩机同时作业或使用凿岩台车打眼；掏槽眼深度一般不受巷道断面大小限制，更适用于中深孔或深孔爆破；爆破的矸石块度均匀且抛掷不远，不易崩倒支架和损坏设备，有利于装岩机械装岩。

缺点：钻眼工作量较大；掏槽体积小，需要雷管段数较多；对掏槽眼的间距、钻眼质量、装药等要求严格，往往由于设计或施工不当导致失败。

适用条件：直眼掏槽适用于岩层整体性好、硬度中等以上且无瓦斯的掘进工作面。

综合所有直眼掏槽方式可以看出，直眼掏槽都设有空眼。空眼是直眼掏槽爆破时的主要自由面，不仅对爆炸应力和爆破方向起到集中导向作用，同时又为被爆破的岩石提供碎胀的补偿空间。

（3）混合式掏槽 混合式掏槽就是将直眼掏槽与斜眼掏槽结合应用。如图4-12所示，混合式掏槽方式的斜眼布置成楔形，与掘进工作面成85°左右夹角，装药系数为0.4～0.5，在所有直掏槽眼爆破后起爆，以发挥其抛掷作用。

混合式掏槽既可解决直眼掏槽抛掷能力不好的问题，又有利于提高炮眼的利用率。

2.辅助眼布置

图4-12 混合式掏槽

a）菱形与楔形混合掏槽 b）三角柱与楔形混合掏槽

辅助眼也称崩落眼，是布置在掏槽眼和周边眼之间的炮眼，其作用是大量崩落岩石，扩大掏槽眼爆破后的空间。辅助眼的间距和最小抵抗线一般为400～800mm，炮眼通常与掘进工作面垂直，装药系数一般为0.45～0.6。辅助眼的布置原则是充分利用掏槽眼所创造的自由面，最大限度均匀地将岩石崩落，为周边眼的爆破创造条件。如果采用光面爆破，则紧邻周边眼的一圈辅助眼要为周边眼爆出一个理想的光爆层，即光爆层厚度均匀，且等于周边眼的最小抵抗线。

3.周边眼布置

周边眼是控制巷道形成巷道断面设计轮廓的炮眼。周边眼布置合理与否，直接影响巷道成形是否规整。按照光面爆破的要求，周边眼眼口应布置在巷道设计掘进断面的轮廓线上，炮眼稍向轮廓线外偏斜，眼底偏斜量不超过100～150mm，从而可使下一循环打眼时凿岩机有足够的操作空间。

光面爆破机理要求周边眼同时起爆，利用炸药的爆力在两个相邻周边眼间形成贯穿裂缝，因此必须合理地选择周边眼的最小抵抗线和周边眼的间距，两者之间存在着一定的比例关系，可根据岩石坚硬性的不同进行选择。

周边眼包括底眼，底眼负责控制巷道的底板标高和坡度，一般要求底眼爆破后便于铺设临时轨道，并将水沟同时爆出。底部爆破较为困难，有积水时容易造成瞎炮，有时还要求抛掷爆破，为钻眼与装岩平行作业创造条件。

周边眼布置的经验如下：

1）底眼间距一般为400～700mm，抛掷爆破时，采用较小间距。

2）底眼眼口应比巷道底板高出150～200mm，以利于钻眼和防灌水；底眼方向向下倾斜，眼底可扎到底板以下100～200mm，以防飘底。如果要使底眼产生抛掷爆破作用，为钻眼与装岩平行作业创造条件，还应将底眼间距缩小至400mm，炮眼深度加深200mm。

3）底眼装药量一般介于掏槽眼和辅助眼之间，装药系数为0.5～0.7。抛掷爆破时，每个底眼还应增加1～2个药卷。

四、矿用炸药与起爆器材

1.矿用炸药(www.xing528.com)

我国目前使用的矿用炸药有硝铵炸药和含水炸药。硝铵炸药因价格较低廉，在煤矿使用普遍。硝铵炸药分为煤矿硝铵炸药、岩石硝铵炸药和露天硝铵炸药三类。含水炸药有乳化炸药、浆状炸药和水胶炸药等。煤矿硝铵炸药适用于瓦斯、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井以及有煤尘爆炸危险的矿井爆破作业；岩石硝铵炸药适用于井下无瓦斯、无煤尘爆炸危险的岩石爆破作业；露天硝铵炸药适用于露天爆破工程。

《煤矿安全规程》规定，井下爆破作业必须使用煤矿许用炸药。所谓煤矿许用炸药是指经主管部门批准，符合《煤矿安全规程》规定，允许在有瓦斯和（或）煤尘爆炸危险的煤矿井下工作面或作业地点使用的炸药，其选用应遵循下列规定。

1）瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。

2）瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。

3）高瓦斯矿井、瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药；有煤（岩）与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药；严禁使用黑火药和冻结或半冻结的硝化甘油炸药；同一工作面不得使用两种不同品种的炸药。

硝铵类炸药药卷直径一般为ϕ32mm、ϕ35mm、ϕ38mm，长度为165mm，重量分别为100g/卷、150g/卷、200g/卷，如图4-13所示。

2.起爆器材

供给炸药能量使其爆炸的器材称为起爆器材，包括雷管、导爆索和发爆器。

（1）雷管 煤矿井下一般使用电雷管起爆炸药。电雷管按其起爆间隔时间的长短可分为瞬发电雷管、秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。煤矿许用毫秒延期电雷管的外形如图4-14所示。

图4-13 矿用硝铵炸药

图4-14 矿用毫秒延期电雷管

1）瞬发电雷管。通电后瞬时爆炸的电雷管称为瞬发电雷管。瞬发电雷管由通电到爆炸的时间小于13ms，无延期过程。煤矿许用瞬发电雷管的构造如图4-15所示，煤矿许用电雷管技术特征见表4-5。

图4-15 煤矿许用瞬发电雷管

1—纸管壳 2—黑索金（加氯化钾） 3—黑索金 4—二硝基重氮酚 5—加强帽 6—引焰球 7—镍络丝 8—塑料柱 9—脚线 10—铁箍

表4-5 煤矿许用电雷管技术特征

2）延期电雷管。通入足够电流后，起爆时间要延迟一定时间的电雷管称为延期电雷管。延期电雷管按延迟的间隔时间不同分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。利用延期电雷管，一次通电可完成全断面分几次起爆，既可减少炸药消耗量，又能提高爆破效果。

煤矿许用毫秒延期电雷管是在煤矿许用瞬发电雷管的基础上，增加一个控制毫秒延期时间的延期原件制成的。延期元件为5芯铅管体，5根药芯呈五角星排列。我国生产的煤矿许用毫秒延期电雷管如图4-16所示，煤矿许用毫秒延期电雷管的延期时间见表4-6。

图4-16 煤矿许用毫秒延期电雷管

1—脚线 2—铜管体 3—引火药头 4—铅管延期体 5—正起爆药 6—副起爆药

表4-6 煤矿许用毫秒延期电雷管延期时间

《煤矿安全规程》规定：在采掘工作面，必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。不同厂家生产的或不同品种的电雷管，不得掺混使用。不得使用导爆管或普通导爆索，严禁使用火雷管。

（2）导爆索 导爆索是以猛炸药为药芯制成的绳索状起爆器材。起爆时，先由电雷管引爆导爆索，再由导爆索起爆炸药。导爆索能同时起爆装药群，广泛应用于深孔及分段装药的爆破中。导爆索分为普通导爆索和安全导爆索。在有瓦斯和煤尘爆炸危险的工作面，不得使用普通导爆索，必须使用安全导爆索。

（3）发爆器 煤矿井下爆破必须使用防爆发爆器。目前煤矿广泛使用防爆晶体管电容式发爆器，它利用电容器充电后放电引爆电雷管。国产发爆器按其一次引爆能力分为50、80、100、150等几种。

五、爆破参数的确定

巷道掘进的爆破参数主要包括炮眼直径、炮眼深度、炸药消耗量和炮眼数目等。

1.炮眼直径

炮眼直径的大小对钻眼效率、全断面炮眼数目、炸药消耗量和爆破岩石块度与岩壁平整度均有直接影响，应根据巷道断面大小、爆破岩石块度要求、炸药性能和凿岩机性能等综合考虑加以选择。炮眼直径大，可减少炮眼数目，炸药能量相对集中，也可提高爆破效率，但钻速下降，影响爆破质量，降低围岩稳定性。

在采用气腿式凿岩机的情况下，现场多根据药卷直径来确定炮眼直径，目前国内巷道掘进采用直径ϕ32mm和ϕ35mm两种药卷。炮眼直径一般比药卷直径大4～6mm，所以目前的炮眼直径多采用ϕ36～ϕ41mm。

2.炮眼深度

炮眼深度决定了每一掘进循环的钻眼和装岩工作量、循环进尺以及每班的循环次数。炮眼深度主要根据岩石性质、巷道断面大小、循环作业方式、凿岩机类型、炸药威力、工人技术水平等因素来确定。合理的炮眼深度应以高速、高效、低成本、便于组织正规循环作业为原则。单从爆破理论分析，采用中深孔（大于2.5m）爆破最为合理，但在我国浅眼（1～2m）多循环在一定时期取得了较好的成绩。从近年来的发展趋势看，炮眼平均深度逐渐由浅孔向中深孔（2.0～2.5m）发展。

3.炸药消耗量

炸药消耗量指爆破1m³实体岩石所需要的炸药量，即工作面一次爆破所需的总炸药量Q和工作面一次爆下的实体岩石总体积V之比。

炸药消耗量是一个很重要的参数，将直接影响到岩石块度、钻眼和装岩的工作量、炮眼利用率、巷道轮廓的整齐程度、围岩的稳定性以及爆破成本等。

4.炮眼数目

炮眼的多少直接影响到钻眼工作量、爆破岩石的块度、巷道的形状等。炮眼数目取决于岩石性质、巷道断面形状和尺寸、炮眼直径和炸药性能等因素。合理的炮眼数目应以保证爆破效果为原则。一般是先根据围岩性质和断面大小进行初步估算，然后在断面图上进行炮眼布置，得出炮眼总数，再通过实践调整修正。

六、装药结构和起爆

装药结构和起爆是控制爆破作用范围、性质和方向的重要因素。合理的装药结构应使药卷均匀地分布在炮眼中，并能有效地控制炸药猛度对围岩的破坏作用。因此，在爆破工作中对此项工作要慎重对待并不断改进。

1.掏槽眼和辅助眼的装药结构

根据起爆药包所在位置的不同，掏槽眼和辅助眼装药有正向装药与反向装药两种。

正向装药如图4-17a所示，先将被动药包依次装入眼内，然后装入起爆药包，所有药包和雷管的聚能穴一致朝向眼底，最后用炮泥填满炮孔。目前我国大量使用的硝铵类炸药，正向装药可能使炮眼发生残孔、残药和拒爆现象。

反向装药如图4-17b所示，先将起爆药包装入眼底，然后再装被动药包，最后装满炮泥，并且雷管和药包的聚能穴一致朝向眼口。这样爆轰波由里向外传播，与岩石朝自由面运动的方向一致，有利于反射拉伸波破碎岩石；同时起爆药包距自由面较远，爆炸气体不会立即从眼口冲出，爆炸能量能得到充分利用，因此能取得较好的爆破效果。但反向爆破需要较长的脚线且不够安全。因此，《煤矿安全规程》规定：在高瓦斯矿井中爆破时，均应采取正向起爆。瓦斯矿井采用毫秒爆破时，可反向起爆，但必须制订措施，经矿总工程师批准。

不论正向装药还是反向装药，引药和其他药卷的聚能穴指向必须一致。

图4-17 掏槽眼和辅助眼的装药结构

a）正向装药 b）反向装药

2.周边眼

光面爆破中，周边眼的装药结构在目前普遍采用ϕ32～ϕ35mm粉状硝铵类炸药卷的情况下，可采用单段空气柱装药结构，如图4-18a所示。周边眼眼口炮泥必须堵塞好，以使炸药爆炸后空气柱能起到缓冲作用，延长眼内爆生气体做功时间，将眼口部分岩石爆破下来。这种装药结构简单易行，适用于1.5～2.0m深的炮眼。当眼深超过2.0m时，可采用小直径药卷空气间隔分节装药结构，如图4-18b所示。为了控制间隔距离，防止药包窜动，药包之间应有间隔物。

3.炮眼的填塞

为保证装药质量，装药之前必须吹洗炮眼，将眼中的岩粉和水吹洗干净。起爆药包必须按照规定的要求制作。

炮眼的填塞质量对提高爆破效率和减少爆破有害气体也有很大作用。因此，装药完毕后必须按安全要求长度填塞并捣实炮泥。常用的炮泥有水炮泥和泥沙混合炮泥等。

图4-18 周边眼装药结构

a）单段空气柱装药 b）空气间隔分节装药

4.起爆方法

巷道掘进采用钻眼爆破法破岩时，炮眼一般采用串联方式连接，防爆发爆器起爆。串联方式连接简单，不易遗漏，便于操作和检查，可用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的工作面。

起爆方法、起爆时差和起爆系统的可靠性是影响爆破安全和爆破效果的重要因素。煤矿巷道掘进中，应使用煤矿许用毫秒延期电雷管，按照爆破作业图表规定的起爆顺序全断面一次起爆。在有瓦斯、煤尘爆炸危险的作业地点，只能使用总延期时间不超过130ms的煤矿许用毫秒延期电雷管。

七、光面爆破

1.概述

光面爆破也称密眼小炮爆破。利用岩石抗拉强度远远低于其抗压强度的特性，通过合理选择各种参数，按照爆破作业图表的要求，科学合理布置各类炮眼，严格控制装药量，并按照一定顺序装药起爆，有效地组织爆破应力，使巷道和地下工程掘进爆破后，成形规整、表面光滑，轮廓线以外的岩石不受扰动或破坏很小，尽可能地保持围岩自身强度，这种人为控制爆破的方法就是光面爆破，简称光爆。

光面爆破是一种先进的、科学的爆破方法，可使掘出的巷道轮廓平整光洁，便于采用锚喷支护；围岩裂隙少、稳定性高、超挖量小。所以，光面爆破是一种成本低、工效高、质量好的爆破方法。光面爆破的质量标准如下：

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150mm，欠挖尺寸不得超过质量标准的要求：立井井筒——有提升设备时欠挖尺寸应小于20mm；无提升设备时欠挖尺寸应小于50mm；巷道高度——欠挖尺寸应小于30mm；巷道宽度——主要巷道欠挖尺寸应小于20mm；一般巷道欠挖尺寸应小于50mm。

3）围岩面上不应有明显的炮震裂缝。

光爆施工方法虽有多种，但国内使用最多的是普通光爆法。即先用一般的爆破方法在巷道内部做出巷道的粗断面，给周边留下一个厚度比较均匀的光面层，然后再由布置在光面层上的边眼爆出整齐的巷道轮廓。这些边眼就是光爆炮眼，其爆破参数只有慎重选取，才能达到既降低对围岩的破坏又在边眼间形成贯穿裂缝，从而达到把岩石整齐地切割下来的目的。

2.光爆机理

光爆炮眼同时起爆后，在各炮眼的眼壁上产生细微径向裂隙。由于起爆器材的起爆时间误差，各炮眼不可能在同一时刻爆炸，先爆炮眼的径向裂隙为相邻后爆炮眼起导向作用，结果沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙得到优先发展，并在爆生气体静压作用下扩展，形成贯穿裂缝。其发展过程如图4-19所示，其中图4-19a表示相邻炮眼；图4-19b表示两炮眼爆炸后所形成的初始裂纹及向外扩展一定距离；图4-19c表示爆炸气体的准静压作用，即沿初始裂纹产生的“气楔作用”，使裂纹沿连心线进一步扩大，形成贯穿裂缝。

图4-19 光面爆破断裂面的形成过程

a）炮孔及装药 b）初始裂纹 c）断裂面形成

贯穿裂缝形成后，周围岩体内的应力因释放而下降，从而能够抑制其他方向上有害裂隙的发展，同时又隔断了从自由面反射的应力波向围岩传播，因而爆破形成的壁面平整。若光爆炮眼起爆时差超过0.1s，各炮眼就与单独起爆一样，炮眼周围将产生较多裂隙，并形成凸凹不平的壁面。因此，在光面爆破中应尽量减少光爆炮眼的起爆时差。

光面爆破炮眼布置的特点如下：

1）光爆炮眼间距较小且相邻光爆炮眼之间应保持平行。为保证贯穿裂缝的形成，光爆炮眼之间的距离要适当减小，具体尺寸视岩石性质、炮眼直径、炸药性能而定，一般为400～600mm，在整体性好的岩石中取大值，整体性差的岩石中取小值，还可在两个相邻光爆炮眼之间增加一个起导向作用的空眼；轮廓线曲线段的炮眼应比直线段稍微密一些；相邻光爆炮眼之间应保持平行。

2）光面层厚度（即光爆炮眼起爆时的最小抵抗线）应大于或等于光爆炮眼的间距。光面层厚度一般应大于或等于光爆炮眼的间距，以防止反射波侵入围岩使围岩遭受破坏，但最小抵抗线也不能过大，否则光面层得不到适当的破碎，甚至不能使其从原岩体脱离下来。光爆炮眼的邻近系数〔邻近系数κ为相邻炮眼的间距（E）与其最小抵抗线（W）的比值，即κ=E/W〕κ=0.8～1.0时，光爆效果较好。

3.光面爆破的施工

为保证光面爆破的良好效果，除要根据围岩条件、工程要求正确选择光爆参数外，精确的钻眼极为重要，是保证光爆质量的前提。

光面爆破掘进巷道时有两种施工方案，即全断面一次爆破和预留光爆层分次爆破。

全断面一次爆破时，按起爆顺序分别装入多段毫秒延期电雷管，起爆顺序为掏槽眼—辅助眼—周边眼，多用于掘进小断面巷道。

图4-20 预留光爆层分次爆破

在大断面巷道和硐室掘进时，可采用预留光爆层分次爆破，如图4-20所示。采用超前掘进小断面导硐，然后刷大至全断面，这种方法又称为修边爆破。修边爆破的优点：可以根据最后留下的光爆层的具体情况调整爆破参数，这样可以节约爆破材料，提高光爆效果和质量；缺点：巷道施工工艺复杂，增加了辅助时间。

八、爆破说明书及爆破作业图表

爆破说明书及爆破作业图表是指导和检验钻眼爆破工作的文件，是掘进工作技术管理的重要一环。其内容分三部分：第一部分是爆破条件；第二部分是钻眼爆破器材、爆破参数、炮眼布置图，并附有说明表；第三部分是安全措施及预期爆破效果。编制爆破作业图表首先应做充分的调查研究工作，掌握第一手资料，然后根据所用钻眼设备和爆破器材进行综合分析，确定一个初步的爆破作业图表，经过若干个循环的爆破实践，不断完善之后，才能正式作为指导钻眼、爆破工作的依据。

合理的爆破说明书及爆破作业图表应具有以下特点。

1）参数选择正确：图表编制者必须根据岩石性质、设备能力、工人技术水平等正确选择各项爆破参数。

2）编制爆破作业图表时应充分考虑工作队的操作技术水平，扬其所长，抑其所短。

3）尽量采用符合国家各项指标规定的先进技术。

4）爆破作业图表的内容应全面、准确。

图4-21、表4-7、表4-8和表4-9为某矿掘进-250m水平总回风巷时的爆破作业图表。

图4-21 掘进工作面炮眼布置图

表4-7 爆破原始条件

表4-8 装药量及起爆顺序

表4-9 预期爆破效果

【任务考评】

本课题的考评表见表4-10。

表4-10 任务考评表

【思考与练习】

1.普氏岩石分级法的实质是什么？有什么优缺点？

2.围岩分类法与普氏岩石分级法在应用上有什么区别？

3.钻眼机械是怎样分类的？常用的钻眼机械有哪些？

4.凿岩机钎子与电钻钎子有什么不同？为什么？

5.掘进工作面的炮眼，按其在爆破中所起的主要作用不同分为哪几种？

6.掏槽眼的主要作用是什么？常用的掏槽眼的布置方式有哪几种？

7.简述斜眼掏槽的种类、特点和适用条件。

8.简述直眼掏槽的种类、特点和适用条件。直眼掏槽中空眼的作用是什么？

9.对辅助眼和周边眼的布置有哪些基本要求？

10.什么是煤矿许用炸药？《煤矿安全规程｝中对煤矿许用炸药的使用有哪些规定？

11.电雷管分为几类？各适用于什么条件？为什么煤矿井下必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管？

12.简述掏槽眼和辅助眼的正向装药与反向装药方法。

13.简述光面爆破的机理、质量标准、炮眼布置特点和施工要求。

14.爆破作业图表的编制内容有哪些？