矿山爆破安全管理与新技术.ppt

安徽理工大学徐 颖2008年12月26日,矿山爆破安全管理与新技术,基本情况介绍,教育部“新世纪优秀人才”、安徽省学术与技术带头人、安徽省高校学科拔尖人才、中国岩石力学与工程学会岩石破碎专业委员会、青年专业委员会、软岩支护专业委员会委员、国际岩石力学学会（ISRM）中国小组成员、中国煤炭学会爆破专业委员会委员、安徽省工程爆破协会常务理事、安徽省安全生产监督管理局特聘专家。,地址：安徽淮南 电话：（0）手机：（H）邮编：232001 E-mail:,爆破工程因为利用炸药爆炸释放的能量来破坏介质,故存在的危险和有害因素较多,一旦发生事故,既是惊天动地，不可逆转，损失惨重,给人们生命和财产造成巨大损失。1921年2月21日，德国奥波城化工厂用浅眼爆破处理结块的硝酸铵，激发2000吨化肥爆炸，形成长165m,宽100m,深20m的人工湖，死430人，伤1500人的惨剧。,安全爆破工程永恒的主题,煤矿爆破安全技术管理，是指煤矿在整个爆破作业过程中为了防止与放炮有关事故的发生而进行的一系列组织活动。它是以爆破技术为主的安全管理措施，是根治爆破事故和瓦斯煤尘爆炸事故发生的重要一环。统计表明，在瓦斯煤尘爆炸事故中因爆破作业而引起的约占到三分之一，在冒顶、透水事故中相当多是由爆破作业引起的。另一方面，爆破事故发生的过程比较短，人为因素比较多，给安全管理工作带来了很大困难。这也是爆破事故同其他事故的主要区别。,安全爆破工程永恒的主题,因此，在爆破工程施工以前,对爆破工程中潜在的危险和有害因素进行辨识,分析引起爆破事故的技术和管理状况,论证安全技术措施的合理性,避免选用不安全的施工工艺和危险的材料,提出降低或消除危险的有效方法。对潜在的危险，有害因素进行定性和定量的分析,建立使系统安全的最优方案,熟悉爆破材料的性能，了解有关爆破破岩机理，掌握爆破作业的安全技术知识，遵守煤矿安全规程、作业规程、操作规程，加强爆破安全管理，才能实现安全爆破，实现爆破工程安全化。,提 纲,一、爆破工程方面的法规二、爆破事故发生的原因及事故分类三、煤矿井下爆破拒爆的原因及预防四、煤矿炸药和爆破器材的安全问题五、井巷掘进爆破技术的理论与发展六、煤矿新型爆破技术,1956年5月25日国务院全体会议第二十九次会议通过国务院颁发了工人职伤亡事故报告规程；1957年，冶金工业部颁发了冶金矿山爆破安全规程；1982年，国务院颁发了矿山安全条例；1984年1月6日，国务院颁发了中华人民共和国爆炸物品管理条例;随后，国务院颁发了特种作业人员安全技术考核管理规则（GB5306-1985）、爆破安全规程（GB6722-1986）、大爆破安全规程（GB13349-1992）、拆除爆破安全规程（GB13533-1992）。,一、工程爆破方面的法规,1989年6月16日，劳动部、农业部、公安部、国家建材部联合颁发了乡镇露天矿场爆破安全规程（GA 53-93）。1993年4月18日、公安部颁发了中华人民共和国公共安全作业行业标准的爆破作业人员安全技术考核标准（GA53-1993）等技术标准、规程；2003年，新的爆破安全规程（GB6722-2003）颁布执行，该规程具有较强的技术型、规范性、前瞻性和可操作性，是爆破施工和安全管理的法律依据。,一、工程爆破方面的法规,煤矿井巷工程及煤炭开采，特别是乡镇煤矿基本上是采用钻眼爆破法生产的。即使国有重点煤矿，钻眼爆破法仍然是破碎岩石的主要手段。煤矿爆破普遍存在的问题是安全隐患多、事故多“建国以来,煤矿爆破方面的事故突出表现在两个方面：其一是放炮引起瓦斯、煤尘爆炸。据1949年1995年统计，我国国有重点煤矿一次死亡3人以上的361起重大瓦斯、煤尘爆炸的事故中，有108起是放炮引起的，约占30%，有的放炮还引起井下火灾事故。其二是放炮崩人，死亡人数占全国煤矿生产事故死亡总人数的31.35%。因此，搞好煤矿爆破事故的预防及治理越来越成为煤炭行业的突出问题。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,二、爆破事故发生的原因及事故分类,由上述事故的分类可知，影响爆破安全的因素多方面的，影响的程度是多层次的。从爆破器材的储存、运输到现场施工管理和现场监理等多个程序，都可能发生爆破事故。系统地研究爆破事故的原因、机理，制定必要的安全技术措施，指导现场施工是爆破界急需解决的。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,尽管爆破器材的安全性、爆破技术和爆破安全管理水平的不断提高，但爆破施工导致的伤亡事故还是经常发生，原因有：1、爆破应用领域和爆破规模的扩大。2、违反爆破安全规程。3、爆破技术人员和施工技术人员水平低。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,1、爆破作业人员的任职条件与职责 提高从业人员素质是防止安全事故的关键，统计资料表明有50%左右的安全事故都是由于从业人员素质低下，违章作业造成的，血的教训非常多。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破工程技术人员应持有安全作业证。其职责是：负责爆破工程的设计和总结，指导施工，检查质量；制定爆破安全技术措施，检查实施情况；负责制定盲炮处理的技术措施；并指导实施；参加爆破事故的调查和处理。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破班长应有爆破工程技术负责人或有三年以上爆破工作经验的爆破员担任，其职责是：领导爆破员进行爆破工作；监督爆破员切实遵守爆破安全规程和爆破器材的保管、使用、搬运制度；制止无安全作业证的人员进行爆破作业；检查爆破器材的现场使用情况和剩余爆破器材的及时退库情况。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破员的职责：保管所领取的爆破器材，不应遗失或转交他人，不应擅自销毁和挪作它用；按照爆破指令单和爆破设计规定进行爆破作业；严格遵守安全规程和安全操作细则；爆破后检查工作面，发现盲炮和其他不安全因素及时上报或处理；爆破结束后，将剩余的爆破器材如数及时交回爆破器材库。取得爆破作业员安全作业证的新爆破员，应在有经验的爆破员指导下实习3个月，方准独立进行爆破工作。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,做好放炮员的管理工作是煤矿爆破安全管理的主要内容。井下放炮工作必须由专职的放炮员担任。担任放炮员的条件：（1）：从事两年以上采掘工作；(2)：取得放炮员合格证。要取得放炮员合格证，必须经过不少于一个月的培训，并经考试合格。1991年某矿发生煤尘爆炸，死亡35人。经调查，全矿15名放炮员参加培训的时间最长不超过1天。只有经过培训，通过考试选拔，才能保证相对有素质有经验的人员担任爆破任务。放炮员的安全职责：严格执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”；遵守领退制度，保证爆破器材不丢失；遵守运送制度，保证沿途安全；遵守安全放炮各项操作规定，保证放炮过程安全；遵守处理放炮故障及特殊情况下放炮的规定和要求，防止放炮事故的发生。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,安全员应由经验丰富的爆破员或爆破工程技术人员担任，其职责是：负责本单位爆破器材购买、运输、储存和使用中的安全管理；督促爆破员、保管员、押运员及其他作业人员按照本规程和安全操作细则的要求进行作业，制止违章指挥和违章作业，纠正错误的操作方法；经常检查本单位爆破工作面，发现隐患及时上报或处理，工作面瓦斯超限时有权制止爆破作业；有权制止无安全爆破作业证的人员进行爆破工作；检查爆破器材的现场使用情况和剩余爆破器材的及时退库情况。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,2、爆破设计 爆破设计是安全管理的重要内容，设计错误或缺欠，不但影响爆破效果，而且会引发安全事故。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,3、爆破准备 开始施工前，应制定施工安全与施工现场管理的各项规章制度：爆破器材的保管、领取、运送、使用及安全作业规定；各级组织及工种的岗位责任制；爆破讯号、起爆、警戒、解除的规定；其他管理制度。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,4、爆破器材、起爆方法与起爆网路使用不合格爆破器材会酿成爆破事故；使用爆破器材不符合环境要求造成拒爆事故或引发其他事故。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,5、“一炮三检”和“三人连锁放炮制”,为什么要强调这两种制度？一是目前他们是爆破安全中行之有效的管理措施；二是要使人们理解它、记住它、更好地去落实、去执行。（煤矿安全规程）规定，在瓦斯矿井中放炮作业、放炮员、班组长、瓦斯检查员都必须在现场执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”。“一炮三检制”是在采掘工作面装药前、放炮前和放炮后，放炮员、班组长、瓦斯员都必须在现场，由瓦斯员抽查瓦斯，放炮地点附近20米以内风流中瓦斯浓度达到1%时，不准装药放炮；放炮后瓦斯浓度达到1%时，必须立即处理，并不准用电钻打眼。无数次瓦斯爆炸事故说明，不论是高瓦斯还是低瓦斯矿井的采掘工作面，绝不应忽视放炮前的瓦斯检查。执行“一炮三检”，正是防止放炮前瓦斯漏检，避免在瓦斯超限的条件下放炮的有力措施。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,“三人连锁放炮制”就是放炮员、班组长和瓦斯检查员三人必须同时自始至终参加放炮工作的全过程。放炮前放炮员将警戒牌交给班组长，由班组长派人警戒，下达放炮命令，并检查顶板与支架的情况，将自己携带的放炮命令牌交给瓦斯检验员。瓦检员经检查瓦斯、煤尘合格后，将自己携带的放炮牌交给放炮员。放炮员接到放炮牌后，才允许将放炮母线和连接线联结，检查网络正常，发出放炮信号，进行放炮。放炮后三牌各归原主。执行“三人连锁放炮制”可以防止放炮混乱，放炮警戒不严或警戒不落实造成放炮崩人事故；放炮前认真检查顶板与支架情况，可以避免因放炮而引起的冒顶事故。总之，只有提高与爆破有关人员的素质，做好安全管理工作，才能实现安全生产。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,5、爆破作业环境 爆破作业环境指实施爆破应满足的环境条件，不具备这些条件不能爆破或采取针对措施，能保证爆破作业安全后在实施爆破。爆破环境引起的爆炸事故 其他环境引发的爆炸事故,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破作业单元危险性评价表,拒爆的预防预防拒爆，首先应该对储存的爆破材料定期检验，爆破前选用合格的炸药和雷管以及其它起爆材料；在爆破施工过程中，要清理好炮眼中的积水；在装药和堵塞时，必须仔细进行，注意每一个环节，防止损坏起爆药包和折断雷管的起爆线路。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,雷管方面的原因 雷管是起爆元件,煤矿井下爆破作业,只能用电雷管,多以串联或串并联形式连接在爆破网路中,一发拒爆就有可能使炸药全部拒爆或部分拒爆。1)违反煤矿安全规程规定,选用了“三不同”雷管(不同厂家、不同品种、不同批次)或雷管的电阻值相差较大(0.3以上)。2)电雷管质量不合格,又未经质量性能检测。3)雷管起爆能力不够。4)电雷管受潮或因雷管密封不实防水失效、或过了雷管的有效贮存使用期限。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,起爆电源方面的原因 煤矿井下只能使用防爆型电容式发爆器。1)通过雷管的起爆电流值太小,或通电时间过短。2)发爆器内电池电压不足、充电时间过短,未达到规定的电压值便放电起爆。3)发爆器的输出功率不足、起爆能力不够。4)发爆器管理保养不当。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,电爆网路方面的原因 电爆网路有串联、并联、串并联和并串联,使用发爆器时为多采用串联,使用交流电时多采用并联、起爆雷管数量较多时可采用串并联或并串联。主要有爆破母线不合格,电阻过大;网路短路;错接或漏接;接头不牢、不洁净,有水或油腻等导致网路电阻增大,这些都能造成全部和部分雷管拒爆。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,预防拒爆的主要措施 针对以上拒爆产生原因的分析,可从以下几个方面预防拒爆的产生:1)优选爆破材料。2)加强雷管检测。3)正确地选用发炮器。4)进行爆破网路准爆电流的计算,注重电爆网路的连接质量。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,正确处理拒爆的方法 每次爆破作业完成后,都要认真检查现场是否有拒爆,如果发现拒爆,首先要科学地分析拒爆产生的原因,并根据原因有针对性地采取正确的方法及时处理。煤矿安全规程中有关拒爆的处理有如下规定:处理拒爆、残爆时,必须在班组长指导下进行,并应在当班处理完毕。如果当班未处理完毕,当班爆破工必须向下一班爆破工交接清楚。处理拒爆时,必须遵守下列规定:,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,1)由于连线不良造成的拒爆,可重新连线起爆。2)在距拒爆炮眼至少0.3处另打与拒爆炮眼平行的新炮眼,重新装药起爆。3)严禁用镐刨,或从炮眼中取出原放置的起爆药卷或从起爆药卷中拉出电雷管。不论有无残余炸药,都严禁在炮眼残底继续加深;严禁用打眼方法往外掏药;严禁用压风吹拒爆(或残爆)炮眼4)处理拒爆的炮眼爆炸后,爆破工必须详细检查炸落的煤、矸,收集未爆的电雷管。5)在拒爆处理完毕前,严禁在该地点进行同处理拒爆无关的工作。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,处理拒爆时,一定要慎之又慎,因处理不当而造成人员伤亡事故时有发生,据介绍,1987年7月28日,某矿一号井掘进四区在-100水平南翼工作面处理拒爆时,新打炮眼距拒爆炮眼仅0.1,且不与拒爆炮眼平行,以致钻钎钎头打在拒爆药上,引起爆炸,打眼工当场死亡。还有一例,1986年8月24日,某矿掘进二区2201运输机道掘进工作面在出完矸石后打眼时,忽然发现有一根200长的红色雷管脚线,用手去拉没能拉动,认定是拒爆,班长拿镐就刨,引起爆炸,班长和附近一名清矸工人当场死亡。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,4.1 常用工业炸药,四、煤矿炸药和爆破器材的安全问题,炸药爆炸可能引起瓦斯与煤尘爆炸的因素(1)爆生气体的直接作用，(2)爆炸空气冲击波的作用，(3)炽热固体颗粒的作用。煤矿许用炸药主要是指经国家检测机关按特定的试验条件检验合格，允许在井下有瓦斯、煤尘爆炸危险条件下进行爆破作业时的炸药。它对爆炸生成的有毒气体、炸药的威力、爆温、火焰长度及持续时间有严格规定。根据炸药的组成和性质。,4.2 煤矿安全许用炸药,煤矿许用炸药的特点：（1）能量要有一定的限制；（2）有较高的敏感度和较好的传爆能力；（3）爆生有毒气体少；（4）组分中不含有金属粉末。煤矿许用炸药的种类：（1）粉状硝铵类许用炸药；（2）许用含水炸药；（3）离子交换炸药；（4）被筒炸药；（5）当量炸药,4.2 煤矿安全许用炸药,选择炸药应考虑爆破介质及炸药性能两大类因素，其原则是：选择破碎单位岩石成本最低的炸药，且岩石的破碎和崩落能满足工程需要。为此，要不断加强对爆破理论和炸药在介质中能量转化过程及其分配规律的研究，充分了解岩石和炸药的性能及两者参数间的匹配关系，使炸药的能量在爆轰过程中有效地破碎与抛掷岩石，减少转化为无用功的能量。这就需要研究不同爆破方法的破岩机理，掌握能量传递过程与效应的规律性，弄清具体爆破工程的综合要求，这样才能较好的解决炸药品种的选择问题。,4.3、工程爆破中炸药的选择,炸药岩石阻抗匹配与爆炸作用岩石爆破效果受到多种因素的影响，而岩石与炸药性质是诸因素中最主要的因素，尤其是岩石性质直接影响着炸药能量在岩石中的传播和分配。炸药的特性波阻抗与被爆岩石的特性波阻抗的良好匹配是最佳爆破效果的重要条件之一，也是进行爆破作业优化设计首先要考虑的问题。所谓炸药与岩石的匹配，就是因为不同的炸药在同一岩石中或同一炸药在不同岩石中爆炸所激起的冲击波不同，则炸药爆炸能量转换成粉碎、破坏和抛掷岩石的能量各异，故对一定性质的岩石，应采用与之适应的特定爆速和爆热的炸药，才能取得最佳的破碎和抛掷效果，这就是炸药和岩石的匹配问题。,4.3、工程爆破中炸药的选择,4.4、装药的内部破坏作用机理,RK-空腔半径，RC-压碎圈半径；RP-裂隙圈半径；1-扩大空腔；2-压碎圈；3-裂隙圈；4-震动圈,4.4、装药的内部破坏作用机理,破裂区裂隙形成应力示意图,应力峰值的衰减,初始径向应力峰值，其值为：,应力波的作用应始于粉碎区形成之后，因此应用粉碎区边缘处的压应力峰值 取代公式中的,拉应力（绝对值）可通过压应力峰值 来表示,（3）压坏区 粉碎区外冲击波衰减成应力波后，压应力峰值虽不能造成岩石粉碎，但仍在一定范围内超过岩石的抗压强度而使岩石被压坏。为区别冲击波作用下的粉碎区，称应力波作用下的破坏区为压坏区。,（4）裂隙区 当应力波的径向压应力值低于岩石的抗压强度时，岩石不会被压坏，但仍能引起岩石质点的径向位移。由于岩石受到径向压应力压缩的同时在切向上受到拉应力拉伸作用，而岩石是脆性介质，其抗拉强度很低。因此，当切向拉应力值大于岩石的抗拉强度时，岩石即被拉断，由此产生了与压碎区相通的径向裂隙。,1、装药埋置系数,（a)装药上方形成的爆破漏斗(b)漏斗体积与装药埋置系数间的关系,4.5、装药的外部破坏作用机理,松动爆破和抛掷爆破,松动漏斗,抛掷漏斗,MAN-松动漏斗；MmA-松动锥；mAn-抛掷漏斗；man-可见漏斗；HC-可见深度。,1、爆破安全规程对爆破器材的储存（储存、收发与库房管理）都有规定2、爆破器材的运输3、爆破器材的检验与销毁,4.6、爆破器材的安全管理,4.7使用煤矿爆破器材，确保安全,正确地使用煤矿爆破器材，采用正确的爆破方法，杜绝煤矿井下爆破事故的发生尤为重要。（1）、煤矿爆破器材的选择 正确地选择煤矿爆破器材是做好煤矿安全爆破的关键条件。煤矿爆破器材分为煤矿许用起爆器材和煤矿许用炸药两大类。起爆器材的选择 一般煤矿井下起爆器材均采用电雷管，在有瓦斯、煤尘爆炸危险的采掘工作面必须采用最后一段延期时间不超过 130ms 的煤矿许用毫秒电雷管，禁止使用秒或半秒延期电雷管。因为在采掘工作面放炮地点附近 20m 风流中的瓦斯浓度达到 1%时，严禁放炮。经测定，在瓦斯矿井爆炸后 160ms 时，瓦斯浓度为 0.3%0.5%，260ms 时为 0.3%0.9%，360ms 时为 0.35%1.6%，而 130ms 仅为 360ms 的 1/3，所以，选用煤矿许用 15 段毫秒电雷管具有足够的安全系数。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,煤矿许用炸药的选择 由于矿井瓦斯等级的不同，对煤矿许用炸药的要求也不同。煤矿瓦斯等级高的要求使用安全等级高的煤矿许用炸药，安全等级低的炸药在爆破时容易引起瓦斯、煤尘爆炸。目前，国内煤矿许用炸药有一、二、三级，一、二级煤矿许用炸药只能用于低瓦斯矿井，而在高瓦斯、高煤尘（双突矿井）的煤矿井下必须采用三级或三级以上的煤矿许用炸药。目前，国内粉状炸药中很难达到三级，只有一、二级，含水炸药可达到三级或三级以上。所以，在高瓦斯矿井必须使用以煤矿许用三级水胶炸药或乳化炸药为代表的含水炸药。就目前的煤矿井下安全形势来说，建议煤矿井下全部使用含水炸药，因为水是很好的消焰剂，可以大大减少因炸药爆炸后的高温、高热气流对瓦斯、煤尘的冲击。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,（2）、正确的使用方法 电阻检查 电雷管发放前必须逐个测定其电阻，排除断路、短路、电阻特大或特小的电雷管，以防止因断路、短路或电阻差大而发生拒爆和丢炮。同一网络的电雷管电阻差不得超过 0.250.3，以防止串联丢炮。做炮头 用一根直径略大于电雷管直径的尖端木棍或竹棍在药卷顶部的封口处扎一圆孔，将电雷管顺着药卷中心线全部插入药卷中，然后用电雷管脚线将药卷缠住。不得用电雷管代替竹、木棍扎眼。电雷管必须由炸药的顶部装入，严禁将电雷管斜插在药卷的中部或捆在药卷上。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,装药 在装药前，用炮棍插入炮眼里检验炮眼的角度、深度、方向和炮眼内的情况。待装药的炮眼必须清除眼内的煤、岩粉，以防止炮眼堵塞，使药卷不密接或装不到眼底，影响炸药能量的爆炸传播，造成残爆、拒爆、爆燃或留下残眼。煤粉是可燃性物质，极易燃烧，火焰喷出孔外，有点燃瓦斯、煤尘的危险。装药时，用炮棍将装入眼口的药卷一个个轻轻推入炮眼，使药卷与眼底、药卷与药卷互相密接，不能用炮棍冲撞药卷、炮头，以免发生损坏药卷、捣破电雷管的脚线塑料皮或捣断脚线，尤其危险的是有可能捣响雷管，发生爆炸事故。高瓦斯矿井必须采用正向爆破。装药时不能装错毫秒电雷管的延期段数和跳段装药。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,封孔 装炮泥时，最初的两段应慢用力轻捣动，以后各段炮泥须依次用力逐一捣实。装水炮泥时，水炮泥外边剩余部分，应用粘土炮泥封实。严禁使用煤粉、块状物质或其他可燃性材料作炮泥。这些材料不是可塑性的，起不到炮泥的堵塞炮眼作用，达不到堵塞密实的要求，阻止不了爆生气体的外逸，容易造成“放空炮”，炸药爆炸时，将使燃烧的煤炭颗粒等可燃材料抛出，易引起瓦斯、煤尘爆炸。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,电雷管脚线末端扭结 装药后，必须把电雷管脚线末端悬空，严禁电雷管脚线、放炮母线同运输设备及采掘机械等导电体接触。严禁“盖药”正向起爆药卷以外的药卷为“盖药”。盖药不仅浪费炸药，影响爆破效果，而且容易产生残爆和爆燃，爆燃最容易引爆瓦斯和煤尘，对安全极为不利。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,装药量不宜过大 其一，装药量过大，爆炸瞬间在炮眼内产生大量的高温高压气态产物，是引爆瓦斯或煤尘的根源。其二，装药量大，爆破后的炮烟和有毒有害气体相应增加，容易熏人，也延长排烟时间，影响职工身体健康。其三，装药量大，破坏围岩的稳定和崩倒支架，造成工作面冒顶，造成人员伤亡。其四，装药量过大，会造成煤、岩过于粉碎，增加装煤、岩的困难，影响回采率，增加吨煤成本。放炮母线的要求 放炮母线应采用铜芯绝缘线，要有足够的长度，大于规定的距离。放炮前，放炮母线必须扭结成短路。母线接头不应过多，以免增加电阻、断线、漏电或短路故障。母线外皮破损时要及时包扎，以防漏电、短路或接触放电，发生意外事故。放炮母线使用后，要升井干燥，在井下要放在干燥安全地点，并定期作电阻和绝缘性测定。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,联线 联线前必须认真检查瓦斯浓度、顶板、两帮、工作面煤壁及支架情况，确认安全后方可进行。联线时，联线人员应把手擦干，将电雷管脚线接头裸露铁丝擦净，以免增加接头电阻和影响接头导通。接线时脚线不够长，可以用同规格的脚线连接，两根脚线须错开，并用胶布包好，防止脚线短路和漏电。联线接头须扭紧牢固，要悬空，不得与任何物体接触。联线方式采用串联接线，操作简单，不易漏接或误接，速度快，便于检查，通过网络的电流较小使用于放炮器放炮，使用安全。,4.7使用煤矿器材，确保爆破安全,放炮 放炮前必须检查瓦斯，在放炮地点附近 20m 以内风流中瓦斯浓度不得超过 1%。放炮要严格执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”，采用符合要求的放炮器进行放炮。放炮通电工作只能由爆破工一人完成。爆破工放炮前应用导通表或爆破电桥或欧姆表检查网络是否导通；若网络正常，爆破工须发出放炮警号，至少再等 5 s 方可放炮。放炮后工作 通电后炸药不响，爆破工必须先取下放炮钥匙，并将放炮母线从电源上摘下纽结成短路，再等至少15min 才能沿线路检查，查找原因。发现瞎炮，必须在班组长直接领导下进行处理。爆炸后，所有人员必须再等至少 15min 才能进入放炮地点，检查现场通风、瓦斯、煤尘、顶板、支架、瞎炮、残爆等情况，如有危险情况必须立即处理。确认正常后，由布置警戒的班组长撤除警戒，发布作业命令。,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,5.1 目前井巷掘进的状况,我国煤矿的岩巷掘进普遍使用钻爆法进行施工，掘进效率较低，月平均进尺在 6070 m，炮孔利用率一般为 70%80%，较差的在 50%左右，且有相当多浅孔爆破的炮孔利用率只有 70%左右。随着煤炭开采深度的增加，深部岩巷掘进钻爆理论与技术出现了一些新的问题，造成许多煤矿岩巷掘进效率不高，接续紧张。必须进行高应力条件下岩石爆破机理、岩巷掘进爆破参数优化、岩巷掘进爆破器材优化、提高炮孔利用率，以及改进生产工艺和优化劳动组织的研究工作，实现巷道掘进较优经济指标和循环进尺。,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,5.2 快速掘进的内容与目标,.研究工作对象的性质岩石（岩性，深度，断面）。.设计合适爆破参数。.挑选优良的掘进设备。.优化劳动组织。我们的目标是；打眼要少，装药要少，炮眼利用率要高，要符合掘进的配套机具。概括地讲“爆的进去，运的出来”,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,1）.岩体物理力学性能的影响;2）.掏槽爆破的影响;3）.炮孔深度的影响;4）.装药量和装药结构的影响5）.起爆方式的影响6）.巷道断面面积的影响,5.3、影响爆破效率因素,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,1）岩体的物理力学性能的影响 巷道掘进岩石的物理力学性能、结构和存在状况对爆破效率有很大影响。对于构造节理不甚发育、完整性较好、硬度高、可钻可爆性差、分布随机性大的岩巷，凿岩爆破工作较难，爆破效率更低。随着矿井开采深度增加，深部岩石受到高地应力的影响，更增加了爆破难度，而且常常会受到冲击地压和岩爆的影响。高围压作用的结果是脆性破坏岩石的极限强度随着围压的加大增长很快，近似线性互增。且岩石的破坏表现为由脆性破坏向延性破坏转变。,5.3、影响爆破效率因素,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,这种围压的作用在岩石爆破又有什么表现呢？研究表明：(1).初始压应力使得爆炸时产生的破碎区增大。(2).同时可看出相同时刻,在初始压应力条件下的反射拉伸波区要比自由边界条件下的反射拉伸波区范围小,这说明初始压应力使得反射拉伸波作用不明显,从而削弱了爆破时的抛掷作用。(3).虽然初始压应力使得破碎区增大,但削弱了爆破抛掷作用,在有初始压应力(2025)作用下的岩石爆破中,破碎范围要比无初始应力条件下的爆破破碎范围大,相应的扰动也增大,但抛掷效果要比无初始应力情况下相对差些。(4).这些现象与现场施工中深孔掏槽比较困难,而在周边眼爆破时又易超挖的实际现象是一致的。,5.3、影响爆破效率因素,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,解决办法：综合解决（掏槽方式，装药量等）。,5.3、影响爆破效率因素,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,4.3、影响爆破效率因素,2）.掏槽爆破的影响 掏槽爆破时，爆破破碎岩石的条件十分困难，且掏槽的好坏又很大程度上决定了其它炮孔的爆破效果，因此必须选择合理掏槽形式和装药量，使岩石完全破碎形成槽洞和达到较高的掏槽炮孔利用率。掏槽孔的位置一般在巷道中下部，根据巷道断面、岩石性质和其它地质构造条件，掏槽炮孔的排列形式归纳起来可分为两大类：倾斜炮孔掏槽和垂直炮孔掏槽。由于煤矿巷道断面较小，且多使用风动凿岩机钻孔，因此巷道掘进多采用倾斜炮孔掏槽（垂直楔形掏槽）。目前我国巷道掘进的掏槽方式及爆破参数基本上都是凭经验确定的，带有很大的随意性和盲目性，所选定的掏槽方式及爆破参数往往与合理的掏槽方式相去甚远。合理的掏槽方式及爆破参数首先应根据岩石物理力学性质和炸药爆炸性能进行理论计算，然后在实践中进行修正，使其尽量满足爆破原始条件的要求，达到提高炮孔利用率的目的。,5.3、影响爆破效率因素,3）.炮孔深度的影响 炮孔深度是确定掘进循环劳动量和工作组织的主要钻爆参数，通常根据任务要求或循环组织、岩石的坚固系数、炸药威力、巷道断面大小和凿岩机劳动生产率来确定。一般说来，炮孔加深可使每循环进尺增加，相对地减少辅助时间，爆破材料的单位消耗量也可降低。但随着炮孔深度增加，岩体对炮孔的夹制作用增加，凿岩速度会明显降低，爆破后槽腔深部破碎岩石不能被抛出，就会降低掏槽效果和全断面巷道炮孔利用率。,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,5.3、影响爆破效率因素,4）.装药量和装药结构的影响 影响岩巷掘进爆破效果的首要因素是掏槽效果的好坏。由于掏槽部位仅有一个自由面，爆破时不仅要把此部分岩石破碎而且要抛掷出来，因此需要消耗较多炸药能量。为了提高爆破效率，掏槽炮孔、辅助孔和底板炮孔以连续装药为主，尤其在坚固岩层中，为提高掏槽孔的装药量往往增大装药系数或增大炮孔的耦合系数；为实现光面爆破，可以增大周边炮孔不耦合系数或降低其装药系数。,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,5.3、影响爆破效率因素,5）.起爆方式的影响 由于煤矿钻爆作业环境的特殊性，为保证安全生产，爆破作业多采用正向起爆方式。实践表明，孔底起爆（反向起爆）可延长爆炸产物在孔内的作用时间，提高爆破能量利用率，大大降低爆破空气冲击波等爆炸有害效应。因此，在无瓦斯（或距离煤层较远）巷道掘进工作面可采用反向起爆，以提高爆破效率。,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,6）.巷道断面积的影响,（1）.小断面，巷道的卸压范围小，应力集中度高即夹制力大。（2）.自由面积减少影响爆破的拉伸破坏。（3）.断面积小，抛渣困难碎，岩石脱离岩体的时间加大影响自由面的形成。（4）.断面积小，相对掏槽面积增加炸药也就增加。反之则不然。举例；隧道比巷道好爆（断面大，压力小）解决方法：可适当提高槽眼位置,5.3、影响爆破效率因素,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,5.4 深部岩巷掘进用爆破材料和爆破参数的优化,1.炮孔直径和装药直径的选取（1）对于中硬以下岩石的较小掘进工作面，小直径钻眼速度较快，采用小循环进尺爆破效果比较明显。（2）较硬的岩巷掘进工作面建议采用大直径掏槽炮孔和小直径辅助炮孔、崩落孔和周边孔相结合。使炸药的分布更趋合理，爆破效率明显提高，而且达到了很好的光爆效果。（3）在钻孔机械化水平较高的掘进工作面，可以全部采用大直径装药炮孔进行爆破施工，这样可以相应地减少钻孔数目，但是全断面采用大孔径爆破时，要注意周边孔装药和堵塞结构的合理性，使之既达到光面爆破的效果，又提高巷道成型质量。,五、井巷掘进爆破技术的理论与发展,5.4 深部岩巷掘进用爆破材料和爆破参数的优化,2.爆破器材的选取 根据破岩理论，炸药的阻抗值愈接近岩石的波阻抗值，则爆炸能量的传递效率愈高，从而能更大限度地破碎岩石。由于坚硬致密的岩石一般波速高、密度大，需选用波阻抗值较大的炸药品种。严格按照煤矿安全规程中的有关规定进行施工。,5.4 深部岩巷掘进用爆破材料和爆破参数的优化,3.掏槽方式和掏槽爆破参数优化(1)掏槽方式的确定 在中硬岩石的巷道中掘进中采用双楔形掏槽方案时试验时，爆破后掘进工作面有“鼓肚子”现象，即上一循环掏槽处爆破后岩石外鼓，掏槽不到底，掏槽处的岩石虽然已经受到扰动破坏，但是没有被抛出。针对这一现象，试验采用中心孔加强往外抛矸，使掏槽后破坏的岩石尽可能地抛出，给后爆的炮孔提供一个更大的自由面，不至于有岩石“压死”情况发生。根据试验巷道的岩性和断面的大小，把原来 6孔垂直楔型掏槽改成 12 孔垂直楔型掏槽。可见，对于深部硬岩最好采用双掏槽方案，以克服周围岩体夹制力，更容易把槽眼部位岩石掏出来。,掏槽布置形式,一般为单楔形掏槽，也有平行双楔形掏槽。.掏槽间距大；.中心眼未超深；.未能合理发挥爆破漏斗的作用。效果：.炮眼利用率低；.出现鼓肚现象；.有效自由面不够。,5.4 深部岩巷掘进用爆破材料和爆破参数的优化,（2）起爆药包位置的设置近年来我国在深孔爆破中逐步采用反向起爆技术。实验表明，在有良好堵塞的情况下，即使在高瓦斯矿井中，反向起爆同正向起爆一样是安全可靠的。这是因为，采用反向起爆时，炸药产生的冲击波和爆生气体的能量多用于对炮孔壁的破坏，大大降低了爆生气体从炮孔中喷出的数量，从而减小了空气冲击波的强度，减小了炽热粒子自炮孔中的喷出的数量。我国最新版的煤矿安全规程已经取消了井下对于反向起爆的限制。由于实验所在场地的岩石具有一定的韧性和塑性，需增加爆破气体在炮孔内的作用时间，同时考虑到安全因素，试验只对部分炮孔采用反向起爆。,5.4 深部岩巷掘进用爆破材料和爆破参数的优化,（3）起爆顺序的安排成组药包爆破时，齐发爆破和延期爆破对岩石的作用过程是不同的。秒差延期爆破实际上是单发爆破的简单相加，毫秒微差挤压爆破是利用孔间微差迟发不断创造临空面，使岩石内的应力波与先期产生且残留在岩体内的应力波相迭加，从而提高爆破的能量利用率。为使掏槽彻底，先给其它药包提供一个自由面，试验时对掏槽炮孔用一段雷管起爆，中心炮孔用二段，其它炮孔的段数由内往外依次排下去。中心炮孔深度比掏槽眼深 100300mm，适当装入一定量延迟起爆的炸药，这样，掏槽炮孔起爆后，中心炮孔起到了后续抛碴的作用，能提高槽腔的成型质量及底部破岩能力，而且还可以扩大槽腔体积，有效破碎底部岩石，加深掏槽有效深度，加强抛碴作用。另外，中心炮孔还为后爆孔起到空孔的导向作用，有利于掏槽炮孔爆破时破碎岩石。但为了方便处理意外存在的“瞎炮”或“落炮”，底眼最好用正向起爆。,5.4 深部岩巷掘进用爆破材料和爆破参数的优化,光面爆破光面爆破机理 l 应力波叠加原理 l 应力波与爆生气体综合作用原理,5.5、井巷掘进光面爆破技术,常用术语装药系数 装药不偶合系数炮眼密集系数装药集中度炮眼利用率周边眼痕率单位炸药消耗量,5.5、井巷掘进光面爆破技术,装药结构l 偶合装药和不偶合装药l 正向装药和反向装药l 软垫层装药l 炮泥填堵,5.5、井巷掘进光面爆破技术,5.5、井巷掘进光面爆破技术,光面爆破参数 l 装药不偶合系数 l 炮眼间距 l 最小抵抗线 l 装药集中度 l 周边眼同段起爆,5.5、井巷掘进光面爆破技术,光面爆破参数,5.5、井巷掘进光面爆破技术,光面爆破装药结构l光爆专用药卷 l普通药卷软垫层l小直径药卷（或普通药卷）轴向间隔 软垫层作用：l缓冲和均布爆炸压力，减少孔壁岩石 破坏；l延长爆炸压力作用时间，提高能量利 用率。,5.5、井巷掘进光面爆破技术,光面爆破施工 l 钻眼要求：“准、直、平、齐”l 预留光爆层分次爆破 l 周边眼预裂爆破 低密度光面爆破专用炸药,5.5、井巷掘进光面爆破技术,爆破施工过程,装药前的准备工作炮眼装药前应认真做好准备工作。首先要对炮眼参数进行检查验收，测量炮眼位置、炮眼深度是否符合设计要求。然后对钻好的炮眼进行清碴和排水。可用长柄掏勺掏出眼内留有的岩碴，再用布条缠在掏勺上，将眼内的存水吸干。或用压气管通入眼底，利用压气将眼内的岩碴和水分吹出。,5.5、井巷掘进光面爆破技术,爆破施工过程,装药 待准备工作完毕并确认炮眼合格后，即可进行装药工作装药时一定要严格按照预先计算好的每个炮眼装药量装填。装药结构可以是连续装药，也可以是间隔装药，总的装药长度不宜超过眼深的23。在干燥的炮眼内装药时，可将药卷的包皮用小刀划开少许裂缝，装入炮眼后，在放入起爆药包之前，用木制炮棍压紧，以增加炮眼的装药密度。在有水或潮湿的炮眼中，不能采用这种装药方法，以免破裂的药包受潮。水很大时，应采取防水措施或改用能防水的炸药。,5.5、井巷掘进光面爆破技术,反向起爆：起爆药包靠近眼底，常放在眼底的第二药包位置并将雷管聚能穴朝向眼口，称为反向起爆。正向起爆：起爆药包放在靠近眼口的第一或第二个药包位置，雷管聚能穴朝向眼底，称为正向起爆。过去多用正向起爆，但国内外实践经验证明，反向起爆能提高炮眼利用率，减小岩石破碎块度，增大抛碴距离，降低炸药消耗量。这是因为，反向起爆时，爆轰波的传播方向和岩石向自由面运动的方向一致，这有利于在自由面形成反射拉伸应力波，从而提高了自由面附近岩石的破碎效果。同时，眼底起爆时，药包距自由面较远，爆轰气体不会立即从眼口冲出，因而爆炸能量得到了较充分的利用，增大了炮眼底部爆炸作用能力和作用时间。应该指出，反向起爆也有不足之处，如：雷管脚线长，装药不方便；在有水炮眼中起爆药包易受潮拒爆。,5.5、井巷掘进光面爆破技术,掏槽眼的正，反向起爆问题,5.5、井巷掘进光面爆破技术,堵塞有堵塞炮泥的爆破比不堵塞爆破经济效益有明显提高。炮眼装药后眼口末装药部分应该用堵塞物进行堵塞良好的堵塞可以提高炸药的爆轰性能，使炮眼内的炸药反应完全面产生较高的爆轰压力，还能阻止爆轰气体产物过早地从炮眼口冲出，提高焊炸能量的利用率。常用的堵塞材料有砂子、粘土、岩粉、尾矿砂等。而小直径炮眼则常用炮泥堵塞炮泥是用砂子和粘土混合配制而成的，其重量比为3：1，再加上20的水。混合均匀后再揉成直径稍小于炮眼直径的炮泥段。堵塞时将炮泥段送入炮眼，用炮棍适当加压捣实。炮眼堵塞长度可以是全部堵塞，也可以是部分堵塞，但堵塞过短则起不到堵塞作用，堵塞以不能被爆轰气体直接冲出眼口为宜。堵塞应是连续的，中间不要间断。,5.5、井巷掘进光面爆破技术,堵塞炮泥有以下几方面的意义:(1)良好的堵塞可以阻止爆炸气体过早地从炮孔冲出,延长了炮孔内高温高压气体的作用时间,从而提高有效破碎能量比率,更为重要的是封闭的高温高压气体能显著增强破碎岩块的抛掷作用。(2)良好的堵塞可以使爆破产生的空