一种小断面巷道中心空孔装药大进尺掘进爆破方法及结构

技术领域

本发明属于井下巷道掘进爆破技术领域，特别是涉及是一种小断面巷道中心空孔装药大进尺掘进爆破方法及结构。

背景技术

巷道是金属矿山地下开采的重要组成部分，部分矿山经过数十年、甚至上百年的开采，井下矿产资源逐渐深部化、分散化(以前采富弃贫，现在回收低品位矿石)，为了充分回收地下矿产资源，以及延长矿山服务年限，需要掘进大量的巷道将整个矿区系统串联在一起。巷道掘进效率是影响矿山生产效率和产能的关键因素，高效的巷道掘进方法有利于缩短矿山开拓系统建设时间和见矿时间、缓解部分老矿山企业资源接续和产能下降问题，以及通过增大巷道掘进尺寸减少掘进循环次数，进而有效降低巷道掘进成本(尤其是数码电子雷管)。受井下掘进装备和工艺，以及掘进成本等多方面因素影响，钻爆法仍是当前井下常用的主要掘进方法，尤其是小断面巷道(断面面积小于10m

随着金属矿山地下开采的建设和发展，在钻爆法掘进小断面巷道方面，人们采用各种方法，以提高炮孔利用率、增大巷道一次掘进进尺。

中国专利申请CN108060925A设计了一种掏槽孔由孔口到孔底逐渐向中心孔集中的布孔方式(楔形掏槽)，并实行集中装药，一起引爆的方案，以提高小断面巷道掏槽爆破效果。

中国专利申请CN110924957A设计了一种以巷道中心线为轴的平行掏槽布孔结构，以提高巷道的掘进进度、降低材料消耗成本。

中国专利申请CN114909963A设计了一种螺旋掏槽布孔结构进行爆破，以给爆破掏槽提供更多的自由空间、提高炮孔利用率、优化爆破效果，进而提高小断面巷道掘进进尺。

上述专利申请中，均通过改进或优化掏槽孔的布置方式，以达到最优的掏槽爆破效果，为后续辅助孔和周边孔的爆破提供足够的自由(补偿)空间，进而增大小断面巷道掘进进尺。然而，改善掏槽爆破效果本质内容是掏槽孔起爆后形成足够大的空腔(自由(补偿)空间)，如果空腔体积被岩渣所占据，其依然起不到最优的掏槽效果，最终影响巷道掘进爆破效果，达不到巷道掘进最大可掘进尺。

发明内容

本发明解决现有技术的不足而提供一种提高巷道循环掘进进尺、减少循环掘进次数，提高巷道掘进速率、降低巷道掘进成本的小断面巷道中心空孔装药大进尺掘进爆破方法及结构。

为实现上述目的，本发明首先提出了一种小断面巷道中心空孔装药大进尺掘进爆破方法及结构，具体包括以下步骤：

S1、小巷道断面掘进炮孔布置：

巷道断面中心布设中心空孔，巷道断面上、以中心空孔为中心从内到外依次布置掏槽孔、辅助孔和周边孔，中心空孔孔深大于掏槽孔孔深，掏槽孔孔深大于辅助孔和周边孔的孔深，辅助孔和周边孔的孔深相同；

S2、炮孔装药量设计与装药：

根据爆破量计算每个孔的装药量，中心空孔装药顶面深度大于掏槽孔装药底面的深度，掏槽孔、辅助孔和周边孔内装药包；

S3、各炮孔数码电子雷管的延爆时间设计：

控制药包起爆顺序，依次为：掏槽孔、中心空孔、辅助孔、周边孔。

本实施方式中，掏槽孔以中心孔为中心对称布设四个，多个掏槽孔形成角柱形掏槽结构。

本实施方式中，相邻辅助孔等间距布设，相邻周边孔等间距布设。

本实施方式中，在步骤S1中，中心空孔、掏槽孔、辅助孔和周边孔的孔径一致，直径均为d，单位：mm；中心空孔孔深为h，单位：mm，掏槽孔孔深深为h

本实施方式中，在步骤S2中，中心空孔不用堵塞，而掏槽孔、辅助孔和周边孔炮孔堵塞长度为L

本实施方式中，在步骤S2中，中心空孔装药量为Q

中心空孔炸药爆炸产生压力：

式中，p为中心空孔炸药爆炸产生压力，单位：Pa；F为炸药力，F＝nRT，其中n为气体爆轰产物的量，单位：mol，R为理想气体常数，T为爆温，单位：K；Δ为炸药装填密度，Δ＝Q

中心空孔炸药爆炸产生压力将掏槽孔爆破后岩渣推出，

即：p/S

式中，S

综上，中心空孔装药量Q

本实施方式中，在步骤S2中，掏槽孔和辅助孔的单孔装药量为Q

Q

式中，Q

周边孔采用光面爆破，其单孔装药量为Q

Q

式中，Q

本实施方式中，在步骤S3中，

将辅助孔以中心空孔为中心对称分为第一组辅助孔和第二组辅助孔，将周边孔以中心空孔为中心对称分为第一组周边孔和第二组周边孔，以中心空孔为中心将对角布设的两个掏槽孔设为一组，中心空孔、掏槽孔、第一组辅助孔、第二组辅助孔和周边孔起爆顺序依次为：第一组掏槽孔瞬时同段起爆→延时t

第一组辅助孔的延爆时间t

式中，h

本发明还包括一种小断面巷道炮孔布设结构，包括在巷道断面中心布设的中心空孔，巷道断面上、以中心空孔为中心从内到外依次布置掏槽孔、辅助孔和周边孔，中心空孔孔深大于掏槽孔孔深，掏槽孔孔深大于辅助孔和周边孔的孔深，辅助孔和周边孔的孔深相同，中心空孔内、孔深大于掏槽孔孔深的部分形成推渣爆破区，推渣爆破区内安装有不伸出推渣爆破区的推渣药包，掏槽孔、辅助孔和周边孔内装有药包。

本实施方式中，巷道掘进工作面前方5～8m的位置、垂直巷道走向固定悬挂有柔性金属网。拦截推射出来的掏槽孔爆破后岩渣，使爆堆相对集中，便于除渣。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明在巷道断面中心空孔内装有推渣药包，且推渣药包布设的深度使得推渣药包相对于掏槽孔装药底面更远离巷道断面，这样可以一方面，防止推渣药包受到掏槽孔爆破的影响，另一方面，爆破时，掏槽孔先起爆，再起爆推渣药包，从而可以将掏槽孔爆破后的岩渣利用推渣药包的爆破力推出掏槽空腔，这样，为后续辅助孔和周边孔爆破提供足够的自由(补偿)空间，从而为大进尺小断面段巷道掘进成功实施提供保障；本方法断面炮孔布置设计简单，炮孔孔径一致、不用更换凿岩设备，现场工人可操作性强，炮孔利用率高，可有效提高巷道掘进进尺和降低巷道掘进成本；

(2)掏槽孔孔深大于辅助孔和周边孔的孔深，辅助孔和周边孔的孔深相同，掏槽孔超深可使爆后槽腔深度相对增大，增大爆破临空面，利于辅助孔和周边孔的爆破破岩，有利于提高炮孔利用率，优化爆破效果；

(3)本发明通过增大巷道掘进进尺，减少循环掘进次数，提高小断面巷道掘进速率，以及节省巷道掘进爆破成本(尤其是减少数码电子雷管使用量)，同时，有利于缩短矿山开拓系统建设时间和见矿时间、缓解部分老矿山企业资源接续和产能下降问题。

附图说明

图1为本发明小断面巷道炮孔布设结构示意图；

图2为本发明中炮孔长度示意图。

图中：0、中心空孔；1、掏槽孔；2、辅助孔；3、周边孔；4、推渣药包。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1、2所示，一种小断面巷道中心空孔装药大进尺掘进爆破方法，按以下步骤进行：

(1)巷道断面掘进炮孔布置：围绕巷道断面中心位置的中心空孔，与中心空孔等距依次布置4个掏槽孔，形成角柱形掏槽结构；等间距在巷道断面对称布置辅助孔和周边孔(见图1)；中心空孔、掏槽孔、辅助孔和周边孔的孔径一致，直径均为d，单位：mm；中心空孔孔深大于掏槽孔孔深，掏槽孔孔深大于辅助孔和周边孔的孔深，辅助孔和周边孔的孔深相同(见图2)；中心空孔孔深为h，单位：mm，掏槽孔孔深深为h

(2)炮孔装药量设计与装药：设计中心空孔孔底推渣药包药量，以及掏槽孔、辅助孔和周边孔内装药量，并分别进行装药；其中，中心空孔装药顶面深度大于掏槽孔装药底面的深度，且中心空孔不用堵塞，而掏槽孔、辅助孔和周边孔炮孔堵塞长度L

中心空孔装药量Q

中心空孔炸药爆炸产生压力：

式中，p为中心空孔0炸药爆炸产生压力，Pa；F为炸药力，F＝nRT，其中n为气体爆轰产物的量(mol)，R为理想气体常数，T为爆温(K)；Δ为炸药装填密度，Δ＝Q

中心空孔炸药爆炸产生压力将掏槽孔爆破后岩渣推出，即：p/S

式中，S

综上，中心空孔装药量Q

掏槽孔和辅助孔的单孔装药量Q

Q

式中，Q

周边孔采用光面爆破，其单孔装药量Q

Q

式中，Q

(3)各炮孔数码电子雷管的延爆时间设计：通过数码电子雷管精确控制中心空孔药包起爆，推出掏槽孔爆破后的岩渣，形成辅助孔和周边孔爆破所需足够的补充空间，再通过数码电子雷管先后精确控制辅助孔和周边孔逐孔对称起爆；

将辅助孔以中心空孔为中心对称分为第一组辅助孔和第二组辅助孔，将周边孔以中心空孔为中心对称分为第一组周边孔和第二组周边孔，以中心空孔为中心将对角布设的两个掏槽孔设为一组，中心空孔、掏槽孔、第一组辅助孔、第二组辅助孔和周边孔内数码电子雷管起爆顺序依次为：第一组掏槽孔瞬时同段起爆→延时t

待掏槽孔起爆之后，中心空孔再起爆将掏槽孔爆破后岩渣推出该循环掘进进尺，然后，第一组辅助孔再起爆，此时，第一组辅助孔数码电子雷管的延爆时间t

式中，h

(4)巷道掘进工作面前5～8m位置处垂直巷道走向预先固定悬挂柔性金属网(爆破之前)，拦截推射出来的掏槽孔爆破后岩渣，使爆堆相对集中，便于除渣。

实施例：

以某钨矿山巷道掘进爆破工程为例，巷道断面尺寸为2.5×2.5m

具体爆破步骤如下：

(1)巷道断面掘进炮孔布置：围绕巷道断面中心位置的中心空孔，与中心空孔等距依次布置4个掏槽孔，形成角柱形掏槽结构；等间距在巷道断面对称布置辅助孔和周边孔(见图1)；中心空孔、掏槽孔、辅助孔和周边孔的孔径一致，直径均为40mm；中心空孔孔深大于掏槽孔孔深，掏槽孔孔深大于辅助孔和周边孔的孔深，辅助孔和周边孔的孔深相同；中心空孔孔深为3200mm，掏槽孔孔深深为2700mm，辅助孔和周边孔的孔深为2500mm；

(2)炮孔装药量设计与装药：设计中心空孔孔底推渣药包药量，以及掏槽孔、辅助孔和周边孔内装药量，并分别进行装药；中心空孔装药量为0.45kg，掏槽孔和辅助孔的单孔装药量为3.15kg，周边孔单孔装药量为0.375kg；中心空孔不用堵塞，而掏槽孔、辅助孔和周边孔炮孔堵塞长度500mm；

(3)各炮孔数码电子雷管的延爆时间设计：通过数码电子雷管精确控制中心空孔药包起爆，推出掏槽孔爆破后的岩渣，形成辅助孔和周边孔爆破所需足够的补充空间，再通过数码电子雷管先后精确控制辅助孔和周边孔逐孔对称起爆；

具体而言：将辅助孔以穿过中心空孔的、沿巷道断面延伸的竖直线为中心分为第一组辅助孔和第二组辅助孔，中心空孔、掏槽孔、辅助孔和周边孔内数码电子雷管起爆顺序为：

第一组掏槽孔瞬时同段起爆→延时t

(4)巷道掘进工作面前5～8m位置处垂直巷道走向预先固定悬挂柔性金属网(爆破之前)，拦截推射出来的掏槽孔爆破后岩渣，使爆堆相对集中，便于除渣。

传统小断面掘进方法掘进进尺为1.8～2.0m，在实施例2中掘进进尺达到2.5m，炮利用率高达95％，在长距离巷道掘进中，可有效缩短巷道掘进爆破循环次数，提高巷道掘进的速度，降低巷道掘进成本，给矿山带来较好的经济效益。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。