凿岩设计.docx

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凿岩设计

凿岩设计1

第一节炮孔排面的确定2

第二节排面范围的划分2

第三节炮孔布置方法2

第四节排面间的衔接关系2

第五节上向扇形倾斜中深孔的设计2

第六节排面炮孔的分类及掏槽方法2

凿岩设计

岩石的物理力学性质

所谓凿岩，就是在岩石（或矿石）上钻凿炮孔。

岩石是凿岩作业的工作对象，它的物理力学性质对凿岩爆破有很大关系。

为了更有效地进行凿岩作业，必须了解矿岩的物理力学性质。

岩石的物理力学性质主要有硬度、韧性、弹性、塑性、脆性、层理、节理、碎胀和含水性。

1、硬度

硬度，是指岩石抵抗工具侵入的能力。

凡是用刃具切削和压挤方法破碎岩石时，都必须首先将工具压入岩石才能达到目的。

岩石硬度越大，凿岩越困难。

2、韧性

韧性，双叫韧度，是岩石抵抗冲击工具侵入的能力。

所以也叫动力硬度。

韧性大的岩石易钻进，但不易爆破。

3、弹性

弹性，是指岩石在去掉外力后，自动恢复其原来开关和体积的能力。

在弹性大的岩石上凿岩时，所做的功，很大一部分消耗在岩石变形上，因而岩石不易被破碎。

4、脆性

脆性，岩石受力后几乎不发生死命变形就受到破坏的性质。

脆性大的岩石，凿岩、爆破均容易。

5、塑性，是指岩石受力后有明显残余变形的性质。

塑性大的岩石，凿岩、爆破均较困难。

岩石的变形性质（弹性、脆性、塑性）与受力条件有一定关第。

在三向受压或高温下，塑性会显著增加，在常温下，具有脆性的岩石，此时也能变成塑性体。

在冲击荷载作用下，岩石的脆性又会显著增加。

如岩石在凿岩、爆破等冲击荷载作用下，大多数岩石呈脆性破坏。

6、层理

层理，是指岩石沿层理面分裂的性质。

7、节理

节理，是指岩石上裂隙。

此外，还有岩石的含水性和碎胀性，对凿岩和爆破也有一定的影响。

一般难于凿岩的岩石，也难于爆破，其硬度、强度很大。

这叫做岩石的坚固性，它是岩石抵抗各种外力的综合性能。

不同的岩石具有不同程度的坚固性，即使是同一种岩石也会因结构、构造和风化程度不同而有不同，其坚固性也不同。

岩石的分组和各种岩石的坚固系数

岩石分级表

凿岩设计是以采准切割工程实测图为基础，按照拟定的落矿方案，在确定崩落的矿块中，根据一定的布孔原则，分层、分排逐个地把包也表示在图面上

第一节炮孔排面的确定

（1）深入现场熟悉设计矿块采准、切割工程情况，并详细阅读其实测图，在充分掌握客观情况的基础上，再结合采准设计示意图，从总体上考虑排面孔的布置方案。

（2）在实测的采准切割工程的平面图和纵投影图上勾出切割槽的范围，使排面与切割槽平行。

（3）按选用的最小抵抗线（排间距）从切割槽起布置排面，邻近凿岩巷道端壁的一排炮孔，应距端壁1.2m，若凿岩巷道仅送到矿体边界，则应布以倾斜排孔，来控制崩落边界，如图。

（4）排面所在的位置应尽可能地避开构造破坏地段或已有工程。

（5）若采用分次落矿时，一般在分次爆破的界面间适当的加大排间距，以减少炮孔的破坏和装落时的清碴工作量，通常又在分次爆破的头排炮孔后0.4~0.6m处，增设一排并与头排炮孔同段爆破，用以清除因加大抵抗线可能对爆破效果产生的影响。

第二节排面范围的划分

排面范围的划分，是指划分在同一排面上，各凿岩巷道的炮孔各自控制的范围，即控制的边界。

（1）平面范围的划分，在同一平面上若不只一条凿岩巷道时，彼此炮孔控制的边界一般是均匀的，若遇矿体边界时，通常就控制到矿体边界。

与矿岩难于分离时，将控制范围超出矿体边界0.2~0.5m。

（2）剖面范围的划分，即在同一剖面上，圈定上下凿岩巷道之间的控制范围，是以上层凿岩巷道的两侧水平孔为界来划分的。

第三节炮孔布置方法

（1）按平面图的排面线绘制各排面的剖面图，在图上准确反映出剖切的巷道轮廓、矿体边界、较大的构造、已有工程及拟定的控制范围等。

（2）确定放射中心，放射中心点是从平面图上的放射中心线及纵投影图上的放射中心标高线转绘出来的。

而放射中心线及其标高线又是根据凿岩巷道的实测资料和使用凿岩设备确定的。

（3）以放射中心线为起点，在控制范围内布置炮孔。

先布置边角孔（如图中的1、4、8、11孔），再按选用的孔底距添布其余炮孔，最后进行全面调整，使其均匀布置。

（4）将各孔按顺时针编号，并标出每个孔的倾角和深度，以及孔数和孔深，连同剖面方位角一起标明在图面上（如图）。

第四节排面间的衔接关系

排面间的衔接关系，是按照落矿方案在落矿空间中如何由各排炮孔组成完整的落矿孔网组合关系。

（1）同排同段爆破的两条凿岩巷道的相向部分的炮孔衔接，一般采用孔底交错布置（如图），使炮孔的分布趋于均匀，以减少大块的产生。

（2）同排不同段（如图），或既不同排也不同段（如图）的上下左右的衔接，通常在各自炮孔控制的边界间0.8~1.0m（无孔区）。

这个间隔在各排的外部轮廓的立面投影也应该是完全重合的。

（3）在同一平面上，但其爆破方向是互相垂直的，其排面间一般留1.5~2m，如图。

（4）凡留有间隔的地方在其附近增加一排小角度炮孔，以消除间隔。

第五节上向扇形倾斜中深孔的设计

上向扇形倾斜中深孔与上向扇形垂直中深孔的布置原则和方法是相同的，所不同的是倾斜炮孔的倾角和方位需要进行换算。

一、倾角的换算

第一排炮孔排面倾角为A，排面上的炮孔布置，如图所示，排第8个（自左往右数）炮孔的空间位置如图所示。

在倾斜炮孔的施工中，除将整个台架面调整到排面倾角A′，在固定孔位时，还要将凿岩机的轴线倾角调整到炮孔的倾角A上。

但是，倾斜炮孔的设计图面上能测得的只是B′角，即倾斜面与水平面的交线CC同炮孔的夹角（假倾角）。

所以，需要把假倾角B′换算成真倾角A。

A=arcsin（sinA′·sinB′）

二、方位角的换算

炮孔的方位角是炮孔在水平面上投影与正北方向间顺时针的夹角，通常分两步计算，先算出炮孔的投影与CC间的夹角（假方位角），从简单的推算得知：

B=arctg（cosA′tgB′）

然后把B换算成其方位角BZ，因为CC是倾斜排的排面线，它的方位角在设计图上是可以量的，如CC的方位角为35~215,

BZ=35，（215）±B，35~215是CC线两个方向的方位角。

±B是看它与直线CC的关系，在顺时针方向上相加，逆时针方向相减。

当使用横撑支架（如旧式01—38支架）施工倾斜排炮孔时，设计图上必须注清楚排面倾角和孔的真倾角和真方位角。

台使用的是园盘撬式台架式台车施工时，只需标清排面倾角和各孔的真倾角即可。

为了简化换算，实际工作中使用计算盘、换算表等，这是按上述方法换算的。

当分排（垂直和倾斜的）布置好炮孔后，则测量各孔的深度（一般是从放射中心点算起）和倾角（或换算真倾角和真方位角）并将其标注在对应的孔上；小计各排的孔数和孔深。

以校核无误后则可清绘各图和书写说明。

在图纸上需要说明主要内容如下：

（1）设计安排与爆破方案间的关系；

（2）管路铺设路线和设备搬运通道；

（3）施工安全注意事项；

（4）质量要求以及设计指标（如设计的每米炮孔崩矿量、损失与分化等）。

第六节排面炮孔的分类及掏槽方法

一、排面孔的分类

根据工作排面上的炮孔所处的位置与所起的作用不同，把工作面上的炮孔分为掏槽孔和崩落孔两类。

掏槽孔的作用是增加爆破自由面；崩落孔的主要作用是崩落岩石，根据崩落孔的位置，又把崩落孔分成辅助孔分成辅助孔和周边孔。

工作面上种类炮孔如图所示。

1、掏槽孔；2、辅助孔；3、周边孔；4、空心孔

1、掏槽孔

它的作用是在工作布掏一个槽孔，增加一个自由面，给辅助孔爆破提供有利条件。

掏槽孔大多数比其它孔深100~200mm。

装药增加15%~~20%。

相同倾斜的炮孔，当采用普通火雷管起爆时，孔底距不小于200mm，掏槽孔爆破后状况如图所示。

2、辅助孔

位于掏槽孔和周边孔之间，它可以把掏槽孔崩开的槽进一步扩大，以保证周边孔爆破顺利。

为使爆破的岩石块度均匀，辅助孔要均衡地布置在工作面上，孔底应落在同一深度平面上。

辅助孔爆破的情况如图所示。

单身孔掏槽；多向孔掏槽；垂直孔掏槽

倾斜孔掏槽工作面；垂直孔掏槽工作面

辅助孔爆破时，岩石向着两个方向崩落，一是向工作面以外方向崩落；二是向掏槽孔崩出槽方向崩落。

3、周边孔

周边孔位于掘进井巷的周边，在水平和倾斜巷道中包括顶孔、底孔和帮孔。

周边孔口距巷道周边100~200mm,孔底除应与辅助孔落在同一深度平面上外，还应向周边方向略有倾斜。

孔底可以落在井巷周边线上，也可以落在井巷周边线以内或以外，这要根据岩石硬软情况而定。

但应使爆破后崩出的断面符合设计要求。

周边孔爆破情况如图所示。

周边孔爆破情况示意图

周边孔的作用是保持井巷的形状和规格。

它在掏槽孔和辅助孔之后爆破。

在水平或较缓的倾斜巷道中先爆破周边孔的帮孔，再爆破顶孔，最后爆破底孔。

二、掏槽方法

工作面炮孔排列中，掏槽孔的好坏，对爆破效率、掘进速度、炸药和炮孔的利用率，都直到极为重要的作用。

所以选择工作面上的掏槽方法必须依据巷道岩石性质特点、巷道断面尺寸等具体条件而定。

（一）掏槽方法分类

由于工作面具体条件各不相同，所用的掏槽方法也不同，但基本上可以分倾斜掏槽法和垂直掏槽法两种。

倾斜掏槽法又可分为单身掏槽和多向掏槽等。

此外，还有两种以上方法混合运用，称之为混合掏槽法。

表中所列的各种掏槽方法可供参考。

各种掏槽方法

类型

主要特征

使用条件

倾斜眼掏槽

单身

半楔形

顶部（一侧）

掏槽眼与工作面斜交且向一个方向倾斜，所掏的槽一面约以掏槽眼为界，另一方面以巷道边界为界，呈一半楔形

受地质条件限制，有显著层理、节理、断层等自然接触面，软岩夹层等

底部（一侧）

帮部（一侧）

对角

扇形

多向

楔形

垂直

掏槽眼与工作面斜交向两个以上方向倾斜，掏出来的槽，以各掏槽为界呈楔状或锥形

除V形掏槽外，不受地质条件限制，以块状均质的中等硬度以上岩石为好

巷道断面应4m2

水平

锥形

三角形（锥）

四角形（锥）

圆锥形（漏斗形）

V形法

垂直眼掏槽法

平行龟裂法

角柱形

对称式

掏槽眼垂直于工作面，互相平行，而且距离很近

对称式用于电气起爆

不受地质条件限制，但以均质或层理平等于工作

巷道断面大小均可用

螺旋式

缝形

混合式掏槽法

两种以上方式混合用

复式掏槽法

为加强掏槽效果而加眼

用于十分坚硬的岩石

（二）掏槽方法的应用

1、半楔形掏槽法

这种掏槽方法的应用条件如图。

由于这种掏槽方法只有一个方向的掏槽孔，其力量较小，所以使用时应以岩石硬度不高的情况为宜。

2、扇形掏槽法

它的特点是第一个炮孔与工作斜交成45°角左右，其余角度逐渐增大，具体布置方式如图所示。

扇形掏槽法适用软岩石中。

半楔形各种掏槽法示意图

利用接触面上部半楔；利用岩石层里面半楔形掏槽；对角掏槽；侧帮半楔形掏槽

扇形掏槽法示意图

3、楔形掏槽法

掏槽孔排成两列且孔底相向倾斜，向中央集中，是两组半楔形的组合。

根据工作面岩石层理状况又可分成水平楔形与垂直楔形两种方式，如图所示。

这种方法，一般不受地质条件的限制，巷道断面应大于4m2。

在实际运用中，应根据巷道宽度与高度、爆破的深度、岩石性质等因素确定掏槽孔的斜度（即掏槽孔与工作面的交角）。

楔形掏槽法示意图

垂直楔形掏槽法；水平楔形掏槽法

一般用55°~70°角。

岩石强度越大，交角越小。

相对两孔间距在0.5~2.0m之间，其孔底间距以100~200mm为宜。

如用雷管起爆，相对两个炮孔亦可减小到很小距离。

4、锥形掏槽法

此种方法的特点是各方面的炮孔都向中心倾斜，孔底的延长线将于一点。

其孔口、孔底距离均与楔形掏槽基本相似。

其布置方法如图所示。

锥形掏槽法示意图

三角锥形掏槽法；正角锥形掏槽法

5、V形掏槽法

这种方法与扇形法特点相同，但要求巷道断面较大。

这种掏槽法力量较小，所以仅适用于中等硬度以下的岩石。

其布置方法如图所示。

V形掏槽法示意图

水平V形掏槽法；垂直V形掏槽法

6、平行龟裂法

平行龟裂法是垂直孔掏槽法中的一种，其特点是各个炮孔互相平行，而且各掏槽间距离都很近。

所有的炮孔都垂直于工作面。

使用平行龟裂法时，中心往往有一个或几个孔不装药，作为邻近孔的自由面用。

平行龟裂法对地质条件没有什么要求，但在层理平行工作面和均质块状岩石中较好。

巷道规格大小不受限。

平行龟裂法类型较多。

主要包括对称角柱式、螺旋式和缝形龟裂法。

（1）对称角柱龟裂法，这种方法型式也不一样。

如图中所列为常用的几种。

中间为空心炮孔，不装药，作为爆破自由面用。

此种方法适用于电雷管同时起爆。

装药孔与空心孔的距离依岩石软硬程度而定。

对于极坚硬岩石约为100mm左右，较为软而脆的岩石可在200mm左右。

（2）螺旋式龟裂法，此法特点是外围的四个孔到中心空心孔的距离不一样，一个比一个远，其排列如螺旋形，如图所示。

螺旋式龟裂法示意图

小孔空心螺旋龟裂法；大孔空心螺旋龟裂法

各个掏槽孔距空心孔远近应根据岩石结构条件或依据实际经验确定。

螺旋式龟裂法能掏出较大的槽，这是它的最大优点。

爆破时，必须顺螺旋方式，由里到外逐孔起爆。

所以，它既可用电雷管也可用火雷管起爆。

（3）缝形龟裂法，该法的特点是掏槽孔在一条直线上，爆破后掏出的槽为一长线缝。

它的装药孔与空心孔间距排列如图所示。

缝形龟裂法的掏槽孔间距基本与角柱形龟裂法相同。

其掏槽孔的排列应根据岩石具体情况，可垂直、水平或倾斜布置在工作布，一般把掏槽孔布置在较软的岩石层处。

缝形龟裂法示意图

水平缝形龟裂法；垂直缝形龟裂法

第七节排面炮孔个数、深度和直径的确定

一、工作面炮孔个数

炮孔是用来装药和破碎岩石的。

所以，在工作面布置多少炮孔，是由下述几个因素决定的。

（1）工作面岩面的物理力性质；

（2）炸药威力大小；

（3）巷道断面大小与爆破自由面条件；

（4）崩落岩石的块度、岩堆要求。

根据上述条件来确定工作面上的炮孔个数。

也有用炸药消耗量来确定的，但目前主要是根据工作面岩石情况灵活掌握。

一般巷道掘进的炮孔个数可参照下表。

炮孔个数

巷道断面（m2）

岩石坚固性系数（

）

4~6

8~10

12~14

4

15

20

26

8

20

29

36

10

22

33

41

12

24

35

44

15

27

40

52

二、炮孔深度

通常据说的炮孔深度是指由工作面到炮孔底部的垂直距离。

一般来说，增加炮孔的深度，可以提高一次循环进尺。

但是增加炮孔深度也有一定的限度。

当炮孔深度过大时，凿岩石速度显著降低，同时爆破效率也降低，爆破后岩石块度均匀性较差，增加装岩时间。

因此，决定炮孔深度应考虑如下因素：

（1）工作在岩石硬度及其影响凿岩的性质；

（2）巷道断面形状与所用掏槽方法；

（3）使用的凿岩设备性能；

（4）掘进工作循环与掘进速度。

我国较多矿山使用气腿式或气支式凿岩机孔深多在1.0~1.8m，使用凿岩台车时则一般为1.8m以上。

三、炮孔直径

炮孔直径是以孔底部为标准的。

因为每个炮孔口直径比孔底要大一些，选择炮孔直径的大小，要充分考虑现有工具、材料条件。

一般情况下，小直径炮也比大直径炮孔钻凿速度快，但小直径炮孔有装药量小的缺点。

如果炸药威力小，会降低炮孔利用率，造成爆破效果不佳。