钻眼与破岩-第一讲精简版

2023/1/16单位：安全科学与工程学院主讲人：高保彬钻眼与破岩——钻眼机具与爆破破岩井巷工程第七讲2023/1/16爆破破岩原理2主要钻眼机具1爆破设计3钻眼机具与爆破破岩

2023/1/16目的

重点

爆破破岩原理难点爆破破岩原理及设计会编制爆破说明书和图表交岔点设计4巷道主要开挖方法（1）钻眼爆破法:

（2）机械掘进法Drillingandblasting:normalblasting,smoothblasting,preslittingMachineboring:full-facetunnelboringmachine(TBM),roadheader.56钻爆法施工：冲击式（硬岩），旋转式（煤、软岩）掘进工序：钻眼——装药联线——放炮通风——装岩运输——支护工具设备：凿岩机——炸药——局部扇风机——

装岩机——锚、喷、网、架煤电钻——雷管、放炮器——风筒——

矿车电机车、矿车浅孔：深度小于2.5m，直径小于42mm；中深孔：深度2.5~4m，直径小于50mm；深孔：深度大于4m，直径大于50mm。2023/1/16主要钻眼机具18破岩原理与设备一.冲击式破岩原理1.冲击式破岩钻眼原理：冲击（冲击功）—旋转—排粉适用于硬岩代表机具：凿岩机

冲击力92.旋转式破岩钻眼原理：压入（轴压）——旋转切削——排粉适用于软弱岩层或煤层代表机具：煤电钻轴压力回转力矩10

冲击式破岩

旋转式破岩适用于坚硬岩石轴压力小噪音大功效低环卫差软岩和煤轴压力大噪音小功效高环卫良好两种破岩方法比较11二、常用的凿岩设备

（凿岩、动力、支架方式）

手持式机重20kg以下风动凿岩机气腿式

机重30kg以下导轨式机重35～80kg

向上式机重40～45kg电动凿岩机气腿式机重25~30kg

导轨式机重30kg以下液压凿岩机导轨式机重130～360kg内燃凿岩机机重30kg以下煤电钻

手持式机重18kg，功率1.2kw岩石电钻导轨式机重35~40kg功率1.2kw液压钻导轨式旋转冲击式、热能钻孔、微波钻孔、激光钻孔、水射流钻孔、氟氧化学反应钻孔等。

伞形钻架凿岩台车121314凿岩机的构造与工作原理

风动凿岩机可分为低频、中频和高频。冲击频率在2000次/min以下为低频，2000～2500次/min为中频，超过2500次/min为高频。国产气腿凿岩机，除YTP－26等少数为高频外，均为低、中频凿岩机。

手持式凿岩机目前使用很少。气腿式凿岩机因重量和手持式差不多，但有气腿支撑，可减轻体力劳动，在岩巷掘进中应用较广。一、凿岩机的构造与工作原理气腿式风动凿岩机、液压凿岩机、煤电钻为代表15㈠风动凿岩机的构造⑴柄体1：进气进水管道、操作阀、气腿的调压阀和换向阀、水针。⑵缸体2：阀柜D、配气阀C、棘轮和旋转棒B、活塞F、消音罩。⑶机头3：锤G、转动套I、钎卡和外壳。16

㈡工作原理1.冲击机构2.转钎机构3.排粉机构4.润滑机构171.冲击机构：气缸+活塞+配气装置冲程（活塞完成往复运动），活塞做冲程运动，冲击钎尾。C-滑阀，6-滑阀前腔，气缸后腔，7-活塞，8-排气口，11-回程气道㈡工作原理排气口活塞前端面配气阀片18回程排气口192.旋转机构：内棘轮+螺旋棒+活塞+转动套

冲程——活塞直线运动，带动旋转棒旋转回程——旋转棒迫使活塞旋转，带动转动套、钎杆旋转。203.排粉系统：注水排粉系统－开钻供水、停钻停水：由气道2进入注水阀右端面，克服弹簧6的阻力，阀左移，开启水路。湿式排粉—压力水，水压比风压低0.1~0.2MPa

强力吹扫炮眼系统214.润滑系统：注油器，3~5ml/min悬挂式：悬挂在风管弯头处，容油量较小；落地式：放在离凿岩机不远的进风管中部，容油量较大22㈢推进机构与架钻设备1.气腿：推进+架支支设角30°～50°2.掘进凿岩台车：钻臂架支3.伞钻：23凿岩台车

国产CGJ-2型凿岩台车，配备两台YT－24凿岩机，轨轮式风动马达丝杠推进，直流电动机驱动轨轮行走24One-boomrig

Three-boomrig

25伞钻26㈣凿岩机的使用⑴及时加油⑵合适的轴推力（克服反冲）⑶压气压力，大于0.5MPa⑷水压低于风压，供水不中断⑸钎子质量好《工业企业噪声卫生标准》规定85分贝为每天接触噪声8小时的允许界限，接触噪声的时间每减小一半，可增加3分贝，但最强不得超过115分贝。各型凿岩机的噪声约为105分贝（在空旷地方空打测得）。井下的噪声85%是排气噪声，消音罩约降低5~7分贝27二.液压凿岩机1.构造⑴冲击机构：油缸+活塞+配油装置（油压在10MPa以上）⑵旋转机构：独立外回转机构液压马达带动齿轮⑶排粉系统：侧向供水排粉2.优缺点⑴钻速高（纯钻速2~3倍）⑵可调整（功率可调整，钻凿较深和直径较大的孔）⑶自润滑⑷可钻硬岩、大直径深眼⑸环卫好（噪音低10~15分贝，90分贝以下，没有油雾水气）。28

三.旋转式钻眼机械煤电钻⑴适用条件：煤及f＜3的岩层。⑵构造：散热风扇+开关手柄+电动机+减速器+钎套筒

电压127v，功率1.2~2.0kW（多为1.2kW），转速2700转/分。外壳为铝合金铸造，密封防爆。⑶轴推力：人力推顶。29

[适用范围]本系列煤电钻适用于煤矿井下及其周围介质中有甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的环境中，在交流50Hz，电压为127V的供电网络中，在回采及掘进工作面对中硬和硬煤层钻眼之用。[产品特点]1、结构紧凑，型式多样，有普通型、强力型、湿式型等。2、扭矩大，适合中硬和硬煤层钻眼。ZM系列矿用隔爆型手持式煤电钻303.岩石电钻组成：电动机、减速箱、牵引装置、机壳和供水装置必须有推进装置适用条件：适用于在f=4～6的岩石中钻眼。31钻眼工具一、凿岩机的钎子1.整体钎子：322.组合钎子

一字形：速度快、制造和修磨简单、磨损快、易夹钎。十字形：速度慢、孔圆，制造和修磨复杂，用料多。⑴钎头球齿形：硬岩钻眼材料钎头体：合金钢，55SiMnMo(钼)、40MnMoV（钒）。钎刃：钨钴类合金。3334a)镶KO型硬质合金片;b)镶K1型硬质合金片标准直径十字形钎头钎头结构参数①刃角，110o②隙角，3o③弧形钎刃，180mm曲率半径④钎头直径，38~43mm⑤排粉沟35中心孔：⑵钎杆中空六角形B22、B25；中空圆形D32、D38（重型导轨式凿岩机）材料：ZK8Cr、ZK55SiMnMo⑶钎头和钎杆的连接：锥形连接，锥角度为7°，插入深度24~38mm

（留有过渡缝隙6～8mm）

能量传递效率和钎杆、钎头寿命3637麻花钎子⑴钻头、方槽、尾孔、麻花钻杆、钻杆尾部⑵麻花钻杆：菱形或矩形，T7或T8钢传递轴压和扭矩，螺纹方向与钻头方向一致，螺旋沟槽排粉，螺距一般为70～80mm。二.电钻钎子：382023/1/16爆破破岩原理240破岩原理与爆破技术岩石爆破破碎机理四、微差爆破二.长条药包的爆破特点五、光面爆破技术三.瓦斯矿井的安全爆破粉碎区：冲击波压缩作用。103~104MPa压力，装药半径的2～3倍。破裂区：应力波――径向压力和切向拉力——装药半径的10~15倍以上震动区：声波1.单个装药在无限体中的爆破作用－爆破的内部作用412.单个装药接近于自由面时的爆破作用最小抵抗线：药包中心到自由面的垂直距离。⑴自由面：集中药包埋入岩土体中，岩土体与空气接触的表面。很大：破碎区——裂隙区——震动区⑵最小抵抗线变小：破碎区——裂隙区——震动区——拉断区再小：破碎区——裂隙区——拉断区（裂隙与拉断区贯通，松动漏斗或者爆破漏斗、抛掷漏斗）42爆破漏斗几何要素W—最小抵抗线，装药中心到自由面的垂直距离，即药包的埋置深度，也即倒圆锥的高度；r—爆破漏斗半径，漏斗底圆中心到该圆边上任意点的距离，即倒圆锥底圆半径；R—爆破作用半径，药包中心到爆破漏斗底圆边缘上任意点的距离。H—爆破漏斗的可见深度；n—爆破作用指数，是爆破漏斗半径与最小抵抗线的比值，即n=r/W。θ—爆破漏斗张开角，也叫顶角。43⑶爆破作用指数：

n=（0.8~1.0）

n=1标准抛掷漏斗3＞n＞1加强抛掷漏斗－露天抛掷大爆破0.75＜n＜1减弱抛掷－井巷掘进

n=0.75松动漏斗－控制爆破

n＜0.75没有漏斗⑷掏槽：增加自由面。44二.长条药包的爆破特点炮眼利用率：实际爆落深度与炮眼深度之比。炮眼的填塞：延长爆生气体的作用时间，有利于破碎岩石并降低引爆瓦斯、煤尘危险。2023/1/16爆破设计346①安全——钻眼、装药、连线、放炮②技术——超（＜150mm）欠挖；减小围岩震动和破坏，利于巷道维护；岩石块度（＜300mm）、岩堆形状便于装运③经济——炮眼利用率高85％、炸药与雷管消耗量低、提高掘进效率和速度

钻眼47①掏槽眼：最先起爆，为后爆炮眼创造附加自由面②辅助眼：扩大槽腔、破碎岩石，为周边眼创造自由面③周边眼：最后起爆，控制断面形状、大小和轮廓一.工作面炮眼布置①选择合适的掏槽方式，布置掏槽眼②按光爆要求确定最小抵抗线，布置周边眼③布置底眼④均匀布置辅助眼步骤分类481.掏槽眼

⑴位置：①断面中央偏下——便于掌握打眼方向、其它炮眼借助自重崩落；②尽可能布置在软弱岩层中

⑵掏槽方式：斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽49单向掏槽：炸药集中程度较低，均质坚硬岩层很少使用，软岩或具有层、节理或软夹层的岩层（50~70°）楔形掏槽：两两对称、一个水平，两眼底距离为200mm、眼深加深200mm，各种岩层，应用最为广泛（60~75°）锥形掏槽：f＞8的坚硬岩石，主要用于井筒施工斜眼掏槽－炮眼与自由面（掘进工作面斜交）斜眼掏槽50优点：适用各种岩层，充分利用自由面，逐步扩大爆破范围，掏槽面积大，适用较大断面的巷道。缺点：掏槽眼深度受巷道宽度限制，碎石抛掷距离大，易损坏设备和支护。斜眼掏槽51⑴直线掏槽，眼距：100－200mm、眼深：2m特点：炮眼平行、眼底落于同一平面，掏槽面积小。适用于中硬岩石、小断面，软弱夹层。

直眼掏槽－炮眼与自由面（掘进工作面垂直），炮眼深度不受断面限制，用于深孔爆破。便于凿岩机同时作业，眼距较近可设置空眼起附加自由面的作用。直线掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽直眼掏槽

（2）螺旋掏槽－围绕空眼逐步扩大掏槽面积。适用于各种岩石，眼深可达3m52（3）角柱掏槽对称布置、中硬岩石。直眼掏槽三角柱菱形

直眼掏槽：以空眼为附加自由面，对爆炸应力和爆破方向起集中导向作用，受压岩石有必要的碎胀补偿空间。53混合掏槽其中斜眼成75°～85°，在直眼起爆后起爆，起抛渣和扩槽作用。54

直眼掏槽是以空眼作为附加自由面。空眼的作用，一方面对爆炸应力和爆破方向起集中导向作用，另一方面使受压岩石有必要的碎胀补偿空间。552.周边眼：主要应用光面爆破，控制断面大小和形状⑴布置：帮眼和顶眼：＝

0.6（软）～1.0（硬）K－炮眼密集系数，E—眼距，400~600mm，w－最小抵抗线

⑵装药量：软岩：70～120g/m

装药集中度中硬：200～300g/m（不包括炮泥段）硬岩：300～350g/m

底眼：控制巷道坡度和底板平整度

500～700mm，眼口高200mm，眼底低200mm，装药系数0.5～0.7。抛掷：眼距400mm、炮眼加深200mm，底眼增加1～2个药卷56煤矿光爆周边眼参数岩层情况岩石坚固性系数,f炮眼直径mm炮眼间距mm最小抵抗mm炮眼密集系数mm装药量kg/m完整、稳定、中硬以上8～1042～45600～700500～7001.0～1.10.2～0.3中硬、层节理不发育6～835～42500～600600～8000.8～0.90.15～0.2松软、层节理发育＜635～42350～500500～7000.7～0.80.10～0.15

根据实践经验，采用光面爆破时，掏槽眼、辅助眼、控制光爆层的辅助眼和周边眼的每眼装药数量的比例大致为4︰3︰2︰1。573.辅助眼：破碎岩石⑴布置：均匀布置，间距500～700mm⑵装药量：0.45～0.6⑶为周边眼创造一个理想光面层，光面层厚度要均匀且大于周边眼的最小抵抗线。58（1）掏槽眼布置在断面的中央偏下，并考虑辅助眼的布置较为均匀和减少崩坏支护及其他设施的可能。（2）周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上，顶眼和邦眼按光面爆破要求，各炮眼相互平行，眼底落在在同一平面上。（3）辅助眼均匀地布置在掏槽眼和周边眼之间，以掏槽眼形成的槽腔为自由面层层布置。炮眼布置方法和原则：“抓两头、带中间”59

矿用炸药：硝铵类炸药和含水炸药（乳化、浆状、水胶炸药）.

硝铵类炸药价格较低廉，为煤矿普遍使用，一般装成直径32、35、38mm，重量100、150、200g的药卷，有效使用期为6个月。

起爆材料：采用8号电雷管。在穿过有瓦斯地层时，不能选用秒延期雷管，毫秒延期雷管总延期时间也不能大于130ms。煤矿许用雷管，管壳铜壳，加消焰剂控制爆温、火焰。

电爆网路：煤矿井下爆破采用串联爆破网路，防爆型电容式发爆器起爆。

当穿过有瓦斯地段时，采用煤矿硝铵炸药和含水炸药;坚硬岩石可考虑采用粉状高威力炸药。

爆破器材及参数60㈡爆破参数的确定（单位炸药消耗量、炮眼直径、深度、数目等。）1.单位炸药消耗量q

影响因素：炸药性能、围岩的物理力学性质、自由面的大小和数目、炮眼直径和深度等。①

经验公式：kg/m3f—普氏系数，S-断面积

k0——炸药爆力校正系数，p-爆力，ml②

预算定额：2号岩石硝铵炸药，③

每循环消耗药量2.炮眼直径D——钻眼效率、炮眼数目、炸药消耗量

D=（10mm）+d

d——32mm、35mmD——40～42mm

目前多采用小直径药包25mm、炮眼30mm61采用光面爆破掘进岩巷的炸药消耗量

平硐、平巷炸药和雷管消耗定额623.炮眼深度：（1.5～2.5m）——钻眼时间、循环进尺、装岩时间——循环时间和循环次数中深孔2.5m合理，曾经浅眼1-2m多循环使用广泛，近几年尤其凿岩台车的使用，向中深孔发展。取值范围5-2按循环组织：正规循环——每班完成的循环数为整数，p894.炮眼数目①

估算：N个②

平均装药计算：③实际布置数目：q—单位炸药消耗量；S—断面面积；m—药卷长度；η—炮眼利用率；a—装药系数；P—每个药卷重量。631.装药结构三.装药结构与起爆顺序周边眼单段空气柱装药空气间隔分节装药掏槽眼和辅助眼正向装药反向装药642．炮眼的填塞常用1︰3的泥沙混合炮泥，湿度为18~20％。这种炮泥既有良好的可塑性，又具有较大的摩擦系数。

《煤矿安全规程》第三百二十八条炮眼封泥应用水炮泥，水炮泥外剩余的炮眼部分应用黏土炮泥或用不燃性的、可塑性松散材料制成的炮泥封实。严禁用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮眼封泥。无封泥、封泥不足或不实的炮眼严禁爆破。严禁裸露爆破。《煤矿安全规程》第三百二十七条装药前，首先必须清除炮眼内的煤粉或岩粉，再用木质或竹质炮棍将药卷轻轻推入，不得冲撞或捣实。炮眼内的各药卷必须彼此密接。有水的炮眼，应使用抗水型炸药。装药后，必须把电雷管脚线悬空，严禁电雷管脚线、爆破母线与运输设备、电气设备以及采掘机械等导电体相接触。65《规程》第三百二十九条炮眼深度和炮眼的封泥长度应符合下列要求：（一）炮眼深度小于0.6m时，不得装药、爆破；在特殊条件下，如挖底、刷帮、挑顶确需浅眼爆破时，必须制定安全措施，炮眼深度可以小于0.6m，但必须封满炮泥。（二）炮眼深度为0.6～1m时，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2。（三）炮眼深度超过1m时，封泥长度不得小于0.5m。（四）炮眼深度超过2.5m时，封泥长度不得小于1m。（五）光面爆破时，周边光爆炮眼应用炮泥封实，且封泥长度不得小于0.3m。（六）工作面有2个或2个以上自由面时，在煤层中最小抵抗线不得小于0.5m，在岩层中最小抵抗线不得小于0.3m。浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于0.3m。3.起爆顺序一次起爆：掏槽眼——辅助眼——周边眼——底眼66第三百三十一条装药前和爆破前有下列情况之一的，严禁装药、爆破：（一）采掘工作面的控顶距离不符合作业规程的规定，或者支架有损坏，或者伞檐超过规定。（二）爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0％。（三）在爆破地点20m以内，矿车，未清除的煤、矸或其他物体堵塞巷道断面1/3以上。（四）炮眼内发现异状、温度骤高骤低、有显著瓦斯涌出、煤岩松散、透老空等情况。（五）采掘工作面风量不足。第三百三十九条爆破前，脚线的连接工作可由经过专门训练的班组长协助爆破工进行。爆破母线连接脚线、检查线路和通电工作，只准爆破工一人操作。爆破前，班组长必须清点人数，确认无误后，方准下达起爆命令。爆破工接到起爆命令后，必须先发出爆破警号，至少再等5s，方可起爆。装药的炮眼应当班爆破完毕。特殊情况下，当班留有尚未爆破的装药的炮眼时，当班爆破工必须在现场向下一班爆破工交接清楚。671.爆破说明书①爆破原始资料：井巷名称、用途、位置、形状尺寸、岩层性质、地质条件及瓦斯情况等

②选用的钻眼爆破器材：炸药、雷管的品种及性能参数、凿岩机的型号、性能③爆破参数的计算选择：掏槽方法、炮眼直径、深度、数目、单位耗药量④爆破网路的计算和设计：⑤安全措施2.根据说明书绘出爆破图表①爆破原始条件和技术经济指标②装药量与起爆顺序③预期爆破效果④炮眼布置图及装药结构图四.爆破说明书和爆破图表

第三百一十七条爆破作业必须编制爆破作业说明书，说明书必须符合下列要求：（一）炮眼布置图必须标明采煤工作面的高度和打眼范围或掘进工作面的巷道断面尺寸，炮眼的位置、个数、深度、角度及炮眼编号，并用正面图、平面图和剖面图表示。（二）炮眼说明表必须说明炮眼的名称、深度、角度，使用炸药、雷管的品种，装药量，封泥长度，连线方法和起爆顺序。（三）必须编入采掘作业规程，并及时修改补充。爆破工必须依照说明书进行爆破作业。

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