采掘一个工作面的方法.pdf

在详细描述本发明之前，应理解本发明并不局限于根据附图详
细描述的应用，因为本发明还可以有其它的实施例并可按其它方式
实施。还需理解到，本文中所采用的术语是用于描述本发明而不具
有限制性意义。

参见图3，为了采掘一个在线200′至预定掘进线210处具有一
个自由面的工作面，或者以水平斜炮眼掏槽型式或者以垂直斜炮眼
掏槽型式围绕着工作面中心钻若干斜孔或V型孔21。然后，在一个
工作面中在由所述斜孔21包围的区域中钻若干平行掏槽孔20′。如
图16所示，平行掏槽孔20′由区域22a中的若干中心掏槽孔、区域
23a中的中间掏槽孔和区域24a中的外部掏槽孔组成。

如图3所示，在环绕所述掏槽孔20′和21的区域中钻若干平行
孔20。平行孔20由区域25a中的若干中心扩张孔、区域26a中的填
塞孔和区域27a中的轮廓孔组成，如图16所示。

在斜孔21和平行20和20′中装填一个电雷管。

在利用间接起爆时，所述平行掏槽孔20′中的爆破物从所述平
行掏槽孔的底线填至斜孔的底线。

按图3B′中数字所标示的起爆顺序对钻孔进行爆破，然后剥落
碎岩，由此完成对一个工作面的采掘循环，直至预定的掘进线210。

现在参考用于表示本发明的附图，如图9所示，随着爆破条件
的变化，例如：岩石硬度、掘进型式、爆破物类型等等，以水平斜炮眼
掏槽型式或垂直斜炮眼掏槽型式钻出适量的斜孔21。在本发明中，
可以根据掏槽孔的钻孔条件、工作面条件等采用V孔型斜孔、钻石
型斜孔、棱柱型斜孔、棱锥型斜孔等等。假如斜孔为V孔型，则这些
斜孔可以包括微型V型孔(Baby-V Holes)、主V孔和付V孔，这
些孔从工作面的内部一直排布至其外部。

根据爆破理论，爆破效率的增加与投影面积成正比，所以为了提
高爆破效率就必须增大斜孔的投影面积。如上所述，投影面积被限
定为一个孔投影到一个工作面上的面积。如图4和5所示，投影面
是随着斜孔的角度的增加而增加的。一个平行孔的投影面积等于其
横截面积。

本发明根据采掘条件决定斜孔的间隔和角度。例如，在孔的底
段斜孔的间隔为30-50cm较合适。虽然斜孔的钻孔角度或其顶底
端的位置是随着斜孔变化的，但是如图15和16所示，因为在区域
22a中在斜孔之下的岩石易于由中心掏槽孔下部的爆破物所爆破，
所以爆破效率没有降低。

但是在现有技术中，当孔底段的斜孔交叉或斜孔之间的间距增
加时，爆破效率降低。为了避免这些问题，就必须在孔底段以100cm
的间距精确地钻出斜孔。

在本发明中，即使在孔底处斜孔之间的间隔是30cm至50cm，
爆破效率也不会降低。这样，在本发明中就没有在孔底处斜孔之间
的间隔大约为10cm的要求。

围绕着工作面中心钻出适量的斜孔21，然后再在工作面上由所
述斜孔21所围绕的区域中钻若干平行掏槽孔20′。在本发明中，如
果可能的话最好围绕着工作面中心(即中心掏槽孔22)钻许多平行
掏槽孔20′。在区域22a中的中心掏槽孔22的间隔最好是200mm
至300mm。除去区域22a中的所述中心掏槽孔22之外，在区域23a
和24a中的平行掏槽孔23和24的间隔为100mm至500mm，最好
为400mm至500mm(参见图9，11和16)。

在本发明中当然可以根据掏槽孔钻进方向和工作条件等因素采
用四段式、三段式、螺旋型、双螺旋型等等型式的平行掏槽孔。

图9A、B、C和D分别表示在一个大型工作面中、大中型工作
面中、中小型工作面中和小型工作面中的平行掏槽孔的间隔和位置。

图10A、B和C分别为表示在一个大型工作面中、中型工作面
中和小型工作面中钻孔的钻进间隔以及型式的示意图。

参照图10，根据采掘条件确定除所述平行掏槽孔20′之外的平
行孔20之间的间隔，且如图10所示，外掏槽孔32和掏槽扩展孔31
之间的间隔最好为100mm至500mm。

如图11所示，在装药时，根据采掘条件确定斜孔21中的装药程
度。但在本发明中，斜孔21长度的80％都装填爆炸物，且同时为了
爆破斜孔21还装入一个即发电雷管。参见图12，在间接引爆或中间
引爆的情况下可在斜孔21中装入一个引爆器(起爆药包)。在以上
描述中，电雷管是一个在供电的同时没有时间差被引爆的雷管。在斜
孔21中的电雷管也可以是一只延时电雷管。

根据如图12所示的引爆剂的位置，可将电雷管的装填形式分
为间接引爆、中间引爆和直接引爆。如图12A所示，间接引爆是将引
爆剂装在孔底段；如图12B所示，中间引爆是将引爆剂装在孔底段
和工作面侧的孔口之间；而如图12C所示，直接引爆则是将引爆剂
装在工作面侧的孔口附近。

如图13所示，仅在中心切割孔22中从其底线至斜孔21底线
之间装入炸药，并装入用于间接起爆的延迟雷管。MS(毫秒)延迟电
雷管在此适用，这种雷管从引爆至爆炸的爆炸时间最短，在爆破斜孔
21后立即施加爆破压力，因而易于爆破除所述中心掏槽孔22之外
的其它平行掏槽孔。

在中间掏槽孔23和外部掏槽孔24中仅从孔底段至由斜孔21
形成的界线处也装填有间接引爆的延迟电雷管。随着距离从平行掏
槽孔向外延伸，上述延迟电雷管的类型排布是从那些短时爆破特性
的到具有长爆破时间的类型。

如图16所示，最好在区域25a中的掏槽扩张孔中、区域26a中
的填塞孔中以及区域27a中的轮廓孔中装填DS(分秒)延迟电雷
管。在上述描述中，随着从工作面中心向外延伸的距离，MS延迟电
雷管的排布顺序是从短爆炸时间的至长爆炸时间的。即使是在区域
25的掏槽扩张孔中、区域26a的填塞孔以及区域27a的轮廓孔中装
入MS(毫秒)延迟电雷管，在爆破效率方面也不会有大的变化。

参见图14，如已有普通爆破方法那样，在顶板填塞孔26′，壁填
塞孔26″，底板填塞孔26，顶板孔27′，壁孔27″和底板扩张孔27中
装入具有不同起爆指数的延迟电雷管。

通过下面根据图15所做的详细描述，可清楚地理解本发明的爆
破步骤。首先，用一个瞬时电雷管同时对斜孔21进行爆破(见图
15A)。由于在斜孔内的平行孔的未装填区作为自由面，所以区域21a
中的斜孔很容易被爆破。假如斜孔是包括微型V型孔、主V型孔和
付V型孔的V型的话，便按照从工作面内部至其外部分几步的顺序
对斜孔爆破。

在区域21a中的斜孔被爆破之后，立刻利用一个延迟电雷管最
好是MS雷管对区域22a中的中心掏槽孔进行爆破，由此形成具有
漏斗或凹坑形的第二自由面。这样，便可容易地利用斜孔的爆破压
力爆破区域22a中的平行中心掏槽孔(参见图15B)。在以上描述
中，装在中心掏槽孔22中的MS电雷管的爆炸时间(从起爆至爆
破)在0.01-0.05秒之间。这样，由于中心掏槽孔22是用MS电雷
管在斜孔爆破之后以毫秒的时间差内立即爆破的，所以两个爆破压
力是相互增加的。由此即使是孔底段也可被有效地爆破。其结果就
是如图15B所示的那样，可以容易地获得漏斗形的第二自由面。

接着，参见图15C，为了扩展第二自由面接着爆破区域23a中的
中间掏槽孔。

接下来再爆破区域24a中的外部掏槽孔，从而形成如图15D所
示的立方形的第二自由面。

图15A至15D为表示掏槽孔爆破过程的示意图。

如上所述，本发明的特征在于，首先两个自由面都是由爆破掏
槽孔得到的。一旦围绕着工作面中形成一个立方形的第二自由面，
由于如图17A所示的那样爆破压力直接作用于该自由面，所以即使
用少量的炸药也可以完全取得掏槽扩张孔25的爆破。但是，假如如
图17B所示的那样在一个自由面上进行爆破的话，就会有下列问
题：钻孔被爆破成凹坑形、炸药必须装填紧、空炮的可能性高。

参考图16E至G，利用MS或DS电雷管顺序爆破区域25a中
的掏槽扩张孔、区域26a中的填塞孔和区域27a中的轮廓孔。

根据本发明的实施例的用于采掘工作面的方法与现有方法相比
具有下列优点。下面以列表方式给出所进行的各种试验的结果。

              表I
^*用于大截面的全断面掘进放炮(采用14吋悬臂)

              表II
^*用于中型截面的全断面掘进放炮(采用14吋悬臂)

             表III
^*用于大截面的全断面掘进放炮(采用18吋悬臂)

          表IV
^*用于中型截面的全断面掘进放炮(采用18吋悬臂)

(1)钻孔易于实施且钻孔时间缩短。

(i)在平行空炮眼掏槽方法中，钻孔必须使得在释负炮眼周围的
导向钻孔的间隔为5至7cm。在斜炮眼掏槽中，斜孔的间隔在孔底
段上也必须大约为10cm。这样，以上的爆破方法需要复杂的钻孔技
术和机器。另一方面，根据本发明，斜孔间隔在孔底段超过30至
50cm。即使是斜孔的钻孔角度相互不同和/或斜孔没有排在一条直
线上，爆破结果仍表明爆破效率没有降低。

(ii)在斜炮眼掏槽方法中，必须在掏槽扩张孔中紧密地装填炸
药，因此需要若干炮眼。而在平行空炮眼掏槽法中，又必须钻若干大
直径的释负炮眼。另一方面，在本发明中因为不需要上述释负炮眼
所以钻孔时间减少。
(2)所需炸药量低。

(i)根据本发明，因为由V型孔围绕的若干平行掏槽孔的未装
药部分起自由面的作用，所以即便用少量的炸药也可以获得有效
的爆破。

(ii)在V型孔底部以下的平行掏槽孔的爆破由V型孔中的爆破
压力增加，从而有效地爆破V型孔底部之下的平行掏槽孔。这样在
爆破后将没有炮窝。

(iii)由中心掏槽孔使第二自由面呈立方体形。因而减少爆破周
围孔所需的炸药量。

(iv)爆破效率得以最大程度的改进，因而在采掘中所需的炸药
量要小于已有技术中的方法。
(3)爆破效率高。

(i)中心掏槽孔被全部挖出，不留炮窝，所以爆破效率高。

(ii)钻眼工作容易，并且即使是炮孔中出现交叉的情况也不会
改变爆破效率。

(iii)无论什么样的钻孔条件，均可获得有效的爆破，所以爆破
效率不变。
(4)因为工作面和周围的岩石的危险区很小，所以加固工作简单。

(i)由于有了平行孔，所以到达孔底段的深度是恒定的且爆破压
力朝向重力方向作用。这样工作面的危险区非常小。

(ii)因为在周围炮孔没有紧密装药的条件下获得有效的爆破，
所以周围岩石的危险区小。

(iii)由于中心掏槽孔以相互间毫秒级或分秒级的时间差顺序
爆破，所以减少了爆破压力。这样便明显地降低了爆破的振动。

(iv)因为岩石中的危险区小，所以限制了二次变形，因而使加固
工作(岩石锚固、喷射混凝土、混凝土衬层等)简化。
(5)因为破碎的岩石量小，所以防止了意外事故的危险。

(i)因为工作面和周围岩石的危险区小，所以破碎的岩石量少。
这样便减少了塌落的危险。

(ii)由于破碎的岩石量少，所以剥落时间(人力或机器)减少。

(ii)因为破碎的岩石量小且过限爆破低，所以工作面中的爆破
面良好。
(6)崩落的岩石的飞行距离短，所以对设备的危险降低。崩落物的大
小适宜，因而易于清送。

(i)崩落物的飞行距离短到可以在工作面附近安设通风管。这
样，由于爆破后易于通风，所以提高了工作效率。

(ii)由于空气管路，钻机水管和钻孔及加固工作的电控台等均
可设在工作面附近，所以可以有效地完成工作。这样也可以在适宜
的时间内完成加固工作。

(iii)由于崩落物的飞行距离短且按照V型孔中未装药孔将岩
石爆破成适宜的尺寸，所以易于清送崩落物。
(7)每个采掘循环的工作时间减少，因而可降低采掘成本。

(i)因为钻孔时间、清送崩落的时间、装填时间以及加固时间等
都缩短了，所以减少了每个采掘循环的工作时间。

(ii)因为每个采掘循环的工作时间、炸药成本、加固成本、清送
破碎岩石的时间以及清送崩落物的时间被减少了，所以降低了采掘
成本。

如上所述，在本发明中由于由斜孔围绕的平行掏槽孔的未装药
区起自由面的作用平行掏槽孔的孔底区装药并通过几步连续地爆破
工作面的中心区，所以可完全掏掉工作面的中心区域。

也就是说，在中心区中的未装药孔是分几步爆破的且在平行掏
槽孔底部中最终完成的爆破使工作面的中心区光滑地可控地爆破。

这样，既完美地形成第二完成自由面。也可从内向外分几步连
续地爆破工作面的外部区域。

因为上述原因，本发明是用于开采在隧道具有一个自由面的工
作面的新型集合爆破技术。

虽然已经结合一定的优选实施例详细地描述了本发明，但可以
由普通技术人员在本发明范围做出各种变型和变化。这样，所附权
利要求覆盖落入本发明实质精神和范围之内的所有变型和变化。