煤矿露天台阶爆破布孔钻孔施工设计.docx
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煤矿露天台阶爆破布孔钻孔施工设计
煤矿露天台阶爆破布孔
钻孔施工设计
方案设计：
审核：
批准：
设计单位：
一、露天深孔爆破布孔钻孔施工设计3
二、小孔径浅孔爆破布孔钻孔施工设计14
三、边坡控制预裂爆破布孔钻孔施工设计17
四、火区、高温区爆破施工安全技术措施19
五、采空区上实施爆破作业的安全技术措施22
一、露天台阶深孔爆破布孔、钻孔施工设计
1.深孔台阶爆破施工工艺流程如图图所示
2.施工准备
2.1覆盖层清除
按照“先剥离、后开采”的原则，根据施工区的特点，安排机械进行表土清除、风化层剥离，为爆破施工创造条件。
2.2施工道路布置
施工道路主要服务于钻机就位和道路运输。
布置钻机就位的道路施工时，要尽量兼顾随后的运输需要。
运输道路布置应尽可能利用已有的道路，以便缩短基建工期。
应尽量减少上山公路的工程量，以便缩短上山公路的施工周期。
上山公路选线应有利于整个开采期内的石料及废石运输，尽可能降低公路纵坡，以保证上山公路具有足够通过能力并保证雨天运输。
2.3台阶布置
将道路修上山后，应在道路与设计的台阶平台交叉处向两侧外拓，为钻机和运输车辆工作创造条件，向两侧的外拓采用挖掘机械与爆破相结合的办法。
爆破法开挖台阶通常采用以下几种方法：
3.钻孔
3.1钻机平台修建
无论是一次性爆破，还是台阶式爆破，都应为钻机修建钻孔平台。
平台的宽度不得小于6~8m保证一次布孔不少于两台。
平台要平整，便于钻机行走和作业。
在施工时，可采用浅孔爆破，推土机整平的方法。
对于分层台阶式爆破平台应根据设计的爆破台阶，从上到下逐层修建，上层爆破后为下层平台的修建创造了条件，上一层的下平台是下一层的上平台。
3.2钻孔方法
司机应掌握钻机的操作要领，熟悉和了解设备的性能、构造原理及使用注意事项，熟练的操作技术，并掌握不同性质岩石的钻凿规律。
钻孔的基本要领：
“软岩慢打，硬岩快打；小风压顶着打，不见硬岩不加压；勤看勤听勤检查”。
“小风压顶着打，不见硬岩不加压”的要领开口；其次，为了防止孔口坍塌应采用泥浆护壁技术，即将黄泥浆注入孔内，旋转钻具下钻，用一压一转的方法将黄泥挤入石缝，然后上下提放钻杆，使黄泥牢固，孔口圆顺，孔口上部可人工用黄泥护壁，使松散的碎石牢固，不会受到振动影响而掉进孔内。
4.中深孔爆破的炮孔平面布置图
炮孔平面布置图1--1
中深孔爆破采用爆破效果较好的梅花形布孔方式进行布孔。
中深孔爆破炮孔布置示意图如图1--1所示。
4.1中深孔爆破参数汇总表
中深孔控制爆破设计标准台阶高度为10m，但因现场地形地质条件的约束，很多情况下不能形成标准设计台阶，因而进行爆破参数设计时除进行了标准台阶的参数设计外，还选择了小于5m台阶作为备选参数。
在其它台阶高度时，孔网参数应根据实际情况按设计计算方法适当调整。
深孔控制爆破参数见下表2—1所示。
表1--2中深孔、浅孔爆破参数表
孔径（mm）
台阶高度（m）
孔距
（m）
排距
（m）
超深
（m）
单耗
（kg/m3）
填塞
（m）
单孔药量
（kg）
Φ120
10.00
7.00
6.00
2.0
0.28
≥3.50
96.00
Φ90
2.0-5.0
3.50
2.50
0.5
0.28
1.5-2.1
3.0-10
需减小孔径进行爆破时应采用φ90钻机进行施工：
炮孔直径d=90mm，下深高H≤5.0m，炮孔超深△h=（1.2~1.5）m，排距b=（2.2~2.5）m，孔距a=（2.8~3.3）m，钻孔倾角α≥70°，炸药单耗q=（0.25～０.35）kg/m3，实际单耗由现场试爆确定，并在实施中依据实际情况调整。
4.2台阶中深孔布孔剖面示意图见图1—3。
图1--3炮孔剖面示意图
H—下深高度；b—排距；Δh—超深；W—前排抵抗线；L1—装药长度；L2—堵塞长度
5.炮孔验收与保护
炮孔验收主要内容有：
5.1检查炮孔深度和孔网参数；
5.2复核前排各炮孔的抵抗线；
5.3查看孔中含水情况。
5.4炮孔合格率
5.5炮孔深度的检查是用软尺（或测绳）系上重锤（球）来测量炮孔深度，测量时要做好记录。
为防止堵孔，应该做到：
表1--4煤矿露天爆破钻孔验收情况记录
验孔日期：
年月日
序号
孔径
孔深
孔距
排距
水孔
水深
合格孔
不合格孔
合格率
备注
1
2
3
4
验孔人：
补孔记录：
5.6在炮孔验收过程中发现堵孔、深度不够，应及时进行补钻。
在补孔过程中，应注意周边炮孔的安全，必须保证所有炮孔在装药前全部符合设计要求。
6.装药方法
主要有两种装药形式，机械装药和人工装药。
对于煤矿等用药量很大的地方，一般采用机械装药。
机械装药与人工装药相比，安全性好，效率高，比较为经济。
6.1装药过程主要注意事项
6.2装药过程中发生堵孔时采取的措施
首先了解发生堵孔的原因，一边在装药操作工程中予以注意，采取相应措施尽可能避免造成堵孔。
发生堵孔原因有：
6.3堵孔的处理方法是:
起爆药包未装入炮孔前，可采用木制炮棍（禁止用钻杆等易成生火花的工具）捅透装药，疏通炮孔；如果起爆药包已装入炮孔，严禁用力直接捅压起爆药包，可请现场爆破技术人员提出处理办法。
7.填塞
填塞材料一般采用钻屑、粘土、粗砂，并将其堆放在炮孔周围。
水平孔填塞时应用报纸等将钻屑、粘土、粗砂等制作成炮泥卷，放在炮孔周围待用。
7.1填塞方法
7.2填塞作业注意事项
8.起爆网路的连接
爆破网路连接是一个关键工序，一般应由工程技术人员或有丰富施工经验的爆破工来操作，其他无关人员应撤离现场。
要求网路连接人员必须了解真个爆破工程的设计意图、具体的起爆顺序和能够识别不同段别的起爆器材。
如果采用电爆网路，因一次起爆孔数较多，必须合理分区进行连接，以减小整个爆破网路的电阻值，分区时要注意各个支路的电阻配平，才能保证每个雷管获得相同电流值。
实践表明：
电爆网路连接质量关系到爆破工程的成败，任何诸如接头不牢固、导线断面不够、导线质量低劣、连结电阻过大或接头触地漏电等，都会造成起爆时间延误或发生拒爆。
在网路连结过程中，应利用爆破参数测定仪随时监测网路电阻。
网路连结完毕后，必须对网路所测电阻值与计算值进行比较，如有较大误差，应查明原因，排除故障，重新连结。
这里特别强调所有接头应使用高质量绝缘胶布缠裹，保证接头质量；监测网路必须使用专用爆破参数测试仪器。
如果采用非电爆破网路，由于不能进行施工过程的监测，要求网路连结技术人员精心操作，注意每排和每个炮孔的段别，必要时划片有序连接，以免出错和漏连。
在导爆管网路采用簇连（大把抓）时，必须两人配合，一定捆好绑紧，并将雷管的聚能穴做适当处理，避免雷管飞片将导爆管切断，产生瞎炮。
在采用导爆索与导爆管联合起爆网路时，一定注意用内装软土的编织袋将导爆管保护起来，避免导爆索的冲击波对导爆管产生不利影响。
9.安全警戒与起爆
爆破警戒是确保爆破安全至关重要的一环，合理地确定爆破警戒距离，既能保证爆破施工安全，又能最大限度地减少爆破对周边的影响。
本工程主爆区警戒距离按照《爆破安全规程》规定进行设计，浅孔爆破300m，中深孔爆破200m，进行特别控制区域爆破时，爆破警戒距离由现场爆破工程师根据现场情况确定。
警戒程序如下：
（1）起爆前30分钟开始清场：
清场时通知各工作面及作业人员准备撤离警戒范围。
（2）起爆前20分钟由总指挥发布警戒命令：
此时拉响警报，各警戒点开始警戒，禁止无关人员进入警戒范围（车辆暂不警戒），爆破警戒员开始警戒巡视，为爆破作最后准备。
（3）起爆前10分钟开始禁止车辆进入警戒范围，机动巡视所有车辆是否已经完全驶离爆区。
（4）起爆前5分钟，各警戒点开始汇报警戒情况，确定各警戒点已警戒完毕，由总指挥按预定时间发出起爆命令（否则不得进行起爆），同时发出起爆信号，起爆人员接上主起爆线，并开始充电。
（5）充电完毕后，由总指挥进行5秒倒计时起爆。
（6）起爆完毕，待爆破体稳定后，由爆破员进行爆区检查，确认爆破完全无危险后由总指挥发出解除警戒命令，否则不得解除警戒。
待排险完毕，确认安全后再解除警戒。
10.爆后检查
爆后有爆破工程技术人员和爆破员先对爆破现场进行检查，只有在检查完毕确认安全后，才能发出解除警戒信号和允许其他施工人员进入爆破作业现场。
爆破后不能立即进入现场进行检查，应等待一定时间，确保所有起爆药包均以爆炸以及爆堆基本稳定后在进入现场检查。
爆后检查等待时间规定如下：
露天深孔爆破，爆后应超过15min，方准检查人员进入爆区；一般岩土爆破爆后检查的内容为：
（1）露天爆破爆堆是否稳定，有无危坡、危石；
（2）有无危险颠坡、不稳定爆堆、滚石和超范围塌陷；
（3）最敏感、最重要的保护对象是否安全；
（4）爆区附近有隧道、涵洞和地下采矿场时，应对这些部位进有害气体检查。
爆后检查如果发现或怀疑有拒爆药包，影响现场指挥汇报，由其他组织有关人员做进一步检查；如发现存在其他不安全因素，应尽快采取措施进行处理；在上述情况下，不应发出解除警戒信号。
二、小孔径、浅孔爆破布孔钻孔施工设计
对爆区表层的剥离、运输道路开拓、平台修整爆破，主要采用浅孔控制爆破施工工艺，浅孔爆破钻孔走直径为φ40~φ42mm。
台阶高度通常不超过2米，依据具体情况合理灵活选择台阶高度。
1.孔网参数：
孔径d：
d=（40－42）mm
台阶高度H:
通常H≤2m
超深h：
h=0.2m
孔间距:
a=（1.2－1.3）m
排间距及抵抗线:
b=w=（1.0－1.2）m
采用梅花形布孔
2.药量计量：
式中：
q--单位体积耗药量，取0.30~0.45kg/m3，最终单耗经现场试爆确定。
本设计中计算时暂取0.35kg/m3。
3.装药及堵塞：
采用连续装药，堵塞长度≥W。
4.起爆方式：
孔内采用毫秒差非电雷管进行起爆，前后排微差时间取25ms或50ms。
孔外采用激发枪或击发笔激发导爆管雷管，再通过导爆管传爆，从而能保证可靠起爆
浅孔爆破相关孔网参数可参照表２—２选取。
表２—1浅孔爆破参数表
台阶高度m
最小抵抗线m
孔距m
排距m
单耗kg/m3
单孔药量kg
2.0
1.0
1.2
1.0
0.35
0.8
5.本工程区域内的孤石、大块，在远区可采用二次解小爆破。
为确保爆破安全，单耗严格控制在（0.06－0.11）kg/m3，孔深大于1.1倍孤石半径，孔口压沙袋进行防护，确保孤石下部开裂，上部不向外飞散。
为保证安全，在控制飞石爆破区内的孤石、大块解小，严禁采用二次爆破解小，应采用液压破碎锤（俗称“炮机”）进行破碎。
本工程中所有浅孔及孤石二次解小爆破采用φ32乳化药卷进行。
5.1孤石及大块石解小的小抵抗线爆破孔网参数如下：
①孔径d=40~42mm
②孔深
L=（2/3－4/5）H
H—钻孔方向岩石的厚度，
若孔方向为临空面，取小值；若钻孔方向的岩面与地面紧密结合取大值。
③最小抵抗线W=B/2，
B—大块岩石最小边的厚度，钻孔方向与B的方向相垂直。
④炸药单耗q=（0.10－0.15）kg/m3
⑤每孔药量Q：
a.当大块为近似球体或正方体时，Q=qv
b.当大块的钻孔长度L/w＜2时，Q=qw3
c.当大块的钻孔长度L/w＞2时，Q=（1/2－1/3）qw2L
⑥堵塞长度Ld＞0.8w,并用炮泥充填。
浅孔台阶爆破装药结构刨面图 见图２—１０。
大块及孤石爆破示意图 见图２—11。
２-2浅孔台阶爆破装药结构剖面图２-3大块及孤石爆破示意图
H—台阶高度；h—超深；W—抵抗线；
b—排距；1—装药段；2—堵塞段
三、边坡控制预裂爆破布孔钻孔施工设计
1.预裂孔为φ76mm时的爆破参数设计
当边坡高度较大时，采用φ90mm潜孔钻机打斜孔，钻孔倾角α等于边坡角度。
孔径d：
d=90mm
台阶高度H
孔深L：
L=H/sinα
孔间距a：
a=（10~15）d
线装药密度ql：
ql=0.042[σ]压0.5a0.6
式中：
ql——线装药密度，kg/m
图3-1预裂爆破装药结构示意图
[σ]压——岩石抭压强度，MPa
a——孔间距，m
装药结构
采用空气间隔不隅合装药，在孔底1~2m长度上适当增加装药量：
当孔深小
于5m时，每延米装药量增加1~2倍；孔深为5~10m时，增加2~3倍。
中部正常
装药，上部减弱装药，顶部1m的装药量为计算值的1/2~1/3。
堵塞
先用牛皮纸团或纺织袋置于装药顶部，再用炮泥填塞，且长度不小于0.8m。
起爆网络
预裂爆破采用导爆索串联起爆网络。
在一次起爆孔数受限制时，可将预裂孔分段起爆，一般采用25ms或50ms延时的毫秒雷管接力。
在段时，一段的孔数在满足限制条件的要求下要尽量多一些。
图3-2预裂爆破起爆网络示意图
起爆时间
通常先于主爆区75ms以上起爆。
2.预裂孔为φ40mm时的爆破参数设计
孔径d：
d=40mm
台阶高度H
孔深L：
L=H/sinα
孔间距a：
a=（10~15）d
线装药密度ql：
ql=0.127[σ]压0.5a0.84（d/2）0.24
式中：
ql——线装药密度，kg/m
[σ]压——岩石抭压强度，MPa
a——孔间距，m
b——钻孔直径，m
装药结构、堵塞、起爆网络及起爆时间要求均同于φ90mm孔径时的规定。
四、火区、高温区爆破施工安全技术措施
1、一般规定
0C的炮孔为高温孔，爆破时应对炮孔采取灭火、降温和爆破器材隔热措施。
旗、区县有地方规定的，一并执行地方规定。
1.2火区、高温区内进行钻孔作业前，必须先对钻孔区域进行洒水降温处理，然后按设计的炮孔位置和技术要求进行布孔、钻孔。
1.3火区、高温区内钻爆工作应保证足够供水，确保钻爆工作能够安全顺利的进行。
1.4对于温度超过60oC的炮孔必须提前注水降温，使温度下降到60oC以下，并持续时间在10min以上，方可进行装药爆破。
装药时仍要对药包进行严格的隔热处理，从装药至充填完毕，时间不得超过３0分钟。
1.5火区、高温区爆破（包括二次爆破）应使用热感度低的炸药。
在施工过程中，不能任意变更炸药的品种。
1.6采取注水降温措施后，温度达到60℃至800的孔必须采取隔热处理，且从装药到起爆间隔时间不得超过15分钟;800至1400的炮孔，孔内不得装雷管，可采用防热处理的黑索金导爆索起爆，装药到起爆时间应通过模拟时间确定，一般不得超过5分钟；孔内温度超过1400的应使用耐高温爆破器材。
若无耐高温爆破器材，温度超过140℃的孔一律作废，禁止装药爆破。
1.7高温区炮孔不得与邻近的孔温正常的孔同时起爆或连接在一起起爆。
1.8火区、高温区只能采用炮孔爆破法，禁止采用硐室爆破或扩壶爆破。
2、装药前准备工作
2.1凡是在温度不正常的区域爆破时，装药前必须准确可靠测定各炮孔内温度，鉴于目前用的红外线测温仪其测量深度及范围有限制，所测得的孔温误差很大，所以应采用接触式测温仪进行测试温度，对于有明火及高温孔必须经过灭火降温处理后方可装药爆破，否则严禁装药。
2.2检查孔内温度，应详细记录检查结果，对超过600C的高温孔应插上标志。
孔温记录表见附表。
2.3火区爆破必须提前测量炮孔深度，做好炮孔检测记录，并提前做好装药、起爆网路等设计，否则禁止装药爆破。
3、装药、填塞及实施爆破
3.1装药时，按照检测后的孔温排列先后顺序，应按先低温孔后高温孔，从易装孔到难装孔的顺序装药，且宜采用正向起爆。
3.2经注水降温后的炮孔，严禁多个炮孔连片齐放，一次起爆炮孔数由工程技术人员根据孔温情况确定。
3.3装药前先派出警戒哨，将警戒线布置好，机械、设备撤到安全地带。
3.4首先将各炮孔起爆网路联接好；同时清出剩余的爆破器材；
3.5预备起爆信号发出后，起爆人员做好起爆的一切准备，爆破人员立即装填高温炮孔。
3.6装药人员全部撤离到安全地点后，立即起爆。
4、装填高温孔注意事项
4.1在装药时，单孔爆破现场施工人员两人为宜，两人分工明确，密切配合，认真观察炮区的异常情况。
4.2装药时动作要准确而迅速，若发生炮孔卡堵，只允许立即用炮杆进行处理。
对１分钟内处理不了的炮孔应立即放弃，马上撤离、进行起爆。
4.3火区、高温区爆破应设专人监视指挥，装药时若发现炮孔有冒烟等异常现象，指挥人员立即命令人员全部撤离，已装好的炮孔可立即起爆。
4.4装药时应先装炸药，后下起爆药包。
严禁先装起爆药包，后装炸药。
4.5装药人员在装填完毕炮孔时应迅速撤离，不得再靠近已装填完毕的高温孔。
4.6经过降温处理的高温孔，从开始装药至起爆，全部操作时间按规定执行。
4.7先连接起爆网络，然后将炸药、起爆药包、引线、充填物装入PVC管中（管径要小于孔径），准备完毕后，将PVC管（或采用其他隔热材料）一次性装入孔中.
4.8、进行火区爆破作业时，爆区内其他工作必须全部停止，确保火区爆破万无一失，并且应提前选择好起爆地点，敷设起爆线路。
五、采空区上实施爆破作业的安全技术措施
1、灾害治理剥离工程区内安全隐患主要为以下几个方面：
1.1老采空区形成大面积悬顶，随着时间推移，煤柱极易压垮，顶板随时有大面积垮落危险，导致地表突然塌陷。
同时，采空区内积聚了大量的有害气体及积水，威胁安全生产。
1.2灾害治理剥离工程区内松散层分布较广，局部土岩较软，尤其是表土，再加之有老采空区的存在，所以采掘及运输的大型设备有发生沉陷的可能；
灾害治理区属半干旱、半沙漠高原大陆性气候，年平均气温6.1℃～8.8℃，最低气温-30.9℃。
冬季寒冷且时间长，无霜期短，一般165天；霜冻、冰冻期长，有195天。
结冰期一般从11月开始，次年3月份开始解冻，最大冻土深度1.50m。
因此，冬季施工时，对设备耗损也较大、设备安全隐患增多，易造成事故频发；
在剥采排施工过程中，不按规定施工、操作不当、设备检修迟缓等人为因素也成为威胁安全生产的重大隐患。
1.3排土场占地面积较大，随着剥离工程的进行，排土场对地压强逐渐增大，易造成基底沉陷；同时，因地下含水层影响及雨水汇聚也会对排土场基底稳定造成影响，导致滑坡。
1.4灾害治理剥离区内区煤层自燃倾向等级属于易自燃煤，这一客观情况将导致以下安全隐患的产生：
（1）老采空区的存在，使得老采空区内裸露的残煤极易自燃发火。
（2）在露天剥离过程中，造成非工作帮、端帮及工作帮部分煤层长期暴露，易发生自燃。
工作面煤层或煤台阶坡脚处,如果有松散煤堆积,时间稍长，也将引起自燃。
（3）排往排土场的少量煤岩混合物，容易被忽视，易造成长期暴露、松散堆积而引起煤自燃。
内排土时对露天剥离区底部及端帮剩余煤层或残煤长期暴露引起煤自燃。
（4）在煤层顶部进行剥离运输时有塌陷可能。
（5）在剥离露煤时有井工采空区巷道出露，有毒有害气体可能聚集对人员生命安全造成威胁。
（6）在采煤工作面，随着采空区的出露，煤层经氧化发生着火，必须及时用黄土对采空区进行覆盖，对着火煤层及时灭火。
2、采空区穿爆安全保障措施
2.1采空区的位置确定
穿孔爆破前，首先在甲方采矿工程师的指导下，根据井采图纸和实际采掘情况，对采空区的坐标位置进行确定，并绘制出采空区方位图。
2.2采空区顶板岩层覆盖厚度确定
采空区方位确定后，当液压铲装机械对土岩层挖不动时，应对采空区上部的待爆岩层进行标高测量，减去采空区顶板高程，即为采空区上部的待爆岩层的厚度。
2.3留足与采空区顶板穿爆安全距离，即炮孔孔底与采空区顶板的距离。
各种直径炮孔的安全距离如下：
炮孔直径：
40mm安全距离：
１m
炮孔直径：
90mm安全距离：
2.5m
炮孔直径：
150mm安全距离：
4m
穿孔时，绝对不可穿透至采空区顶板，以防有毒气体上泄伤人。
2.4采空区爆破专项安全规程
2.5采空区穿爆安全管理措施
2.6将原有井下全部巷道及采空区位置、范围反映在露天采掘工程平面图上，进行井上下严格对照；
2.7在现场进行测量标定，设置警示牌。
2.8采空区探测、钻孔加强采空区勘探工作，采空区必须做到有疑必探，先探后施工。
2.9根据生产需要，可随时请专业勘测单位用电位仪对采空范围及巷道走向进行勘测；同时在露天采坑内铺设管道，以备排水和灭火用。
2.10在旧巷道及采空区作业时，先钻探孔，确定顶板预留厚度以后，再钻爆破孔。
穿透的孔应立即将其严密封堵，以防有毒易燃气体溢出和煤层火区温度升高。
2.11钻机在采空区钻孔作业时，钻机采用“之”字形折返前进方式，钻机履带与空巷之间非平行方向，使之总存在一定的夹角，防止一侧履带突然落入空巷，并利用钻杆进行探查，采用间歇给压，以防止空巷打通时，突然压力释放，冲击器空打钻头。
如果钻机在前进时发现有空巷，要设标记，钻机退回后重新对位钻孔。
钻机钻孔后，马上退出，不准在采空区停留。
2.12对采空区实施爆破时，必须首先检测瓦斯浓度，如瓦斯浓度超限必须先行进行排放至安全浓度范围。
2.13对于高温孔，提前用水注入，对井下极有可能着火的煤层进行灭火或降温。
2.14采空区爆破参数
最小抵抗线确定
Wc=0.16h+0.29
式中：
Wc------采空区爆破孔最小抵抗线，m；
h--------探查孔深度，m
采空区爆破应采取加强松动爆破，以保证爆破后岩石破碎粒度适当并充实充满采空区空间，不能出现需二次破碎的大块，否则充填不实。
因此，采空区爆破的炸药单耗要大于正常台阶爆破。
2.15采空区爆破前CH4测试
加强剥挖工作面有害气体浓度和工作面温度的检测，当有毒有害气体浓度和温度超过安全规定时，必须立即停止作业，撤离人员，并采取有效措施进行处理。
2.16爆破装药时，应根据装药长度，预先计算好装药量，防止因炮孔底部泄漏而误多装药。
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