阅读说明：本技术 一种小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法 (Small-hole reinforced cracking explosive column and single-face annular joint-cutting explosive column combined cutting method ) 是由 汪海波 王梦想 吕闹 雷小磊 马守龙 徐颖 刘曙杰 宗琦 吴捷豪 程兵 丁锋 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法,包括以下步骤：1)钻孔；2)装药：所述中心掏槽孔使用分段装药结构和小孔加强致裂药柱,所述中心掏槽孔底部装填二段小孔加强致裂药柱,紧接着装填400-500mm长度的炮泥,然后再装填一段小孔加强致裂药柱,最后用炮泥进行封堵,所述楔形掏槽孔内装填二段单面环向切缝药柱,并用炮泥封堵,所述辅助孔内装填三段普通炸药,并用炮泥封堵,所述崩落孔内装填四段普通炸药,并用炮泥封堵,所述周边孔内装填五段普通炸药,并用炮泥封堵；3)爆破。本发明能够增大掏槽腔体体积,增加自由面,降低围岩夹制作用,提高炮孔利用率和炸药能量利用率。(The invention discloses a combined cutting method of a small-hole reinforced cracking explosive column and a single-face annular joint-cutting explosive column, which comprises the following steps: 1) drilling; 2) charging: the central cut hole is provided with a segmented charging structure and small hole reinforcing cracking explosive columns, the bottom of the central cut hole is filled with two sections of small hole reinforcing cracking explosive columns, then stemming with the length of 400-plus 500mm is filled, then a section of small hole reinforcing cracking explosive column is filled, finally plugging is carried out by using the stemming, two sections of single-face annular cutting cracking explosive columns are filled in the wedge-shaped cut hole and plugged by using the stemming, three sections of common explosives are filled in the auxiliary holes and plugged by using the stemming, four sections of common explosives are filled in the caving holes and plugged by using the stemming, five sections of common explosives are filled in the peripheral holes and plugged by using the stemming; 3) and (6) blasting. The invention can increase the volume of the cut cavity, increase the free surface, reduce the surrounding rock clamping effect and improve the utilization rate of blast holes and the energy utilization rate of explosive.)

一种小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法

技术领域

本发明涉及爆破技术领域，特别是涉及一种小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法。

背景技术

巷道爆破掘进中掏槽是决定整体破岩效果及循环进尺大小的关键。合理的掏槽方法有利于岩体爆破成腔，为后续爆破提供良好自由面，以达到良好的爆破效果。随着浅部矿产资源的枯竭，矿产资源开发逐步走向深部，不可避免地遭遇地应力。在深部硬岩巷道中进行掏槽爆破时面临的困难主要有：一是传统的装药结构破坏范围有限：硬岩本身难以致裂，且深部地应力又会抑制岩石爆破致裂；二是自由面单一：仅有工作面作为自由面，无法提供充足的膨胀空间也是造成掏槽效果较差的主要原因；三是夹制作用：硬岩本身的夹制作用就比较大，且随着开采深度增加，地应力更是使得围岩的夹制作用显著增加。这几方面原因使得在深部硬岩巷道掏槽爆破时难以取得较大的掏槽腔体，进而造成后续爆破过程中的炮眼利用率和炸药能量利用率都比较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法，以解决上述现有技术存在的问题，本发明能够增大掏槽腔体体积，增加自由面，降低围岩夹制作用，提高炮孔利用率和炸药能量利用率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法，包括钻孔、装药和爆破；

所述钻孔至少在巷道断面钻出中心掏槽孔、楔形掏槽孔；

所述中心掏槽孔使用分段装药结构和小孔加强致裂药柱；

所述楔形掏槽孔内装填二段单面环向切缝药柱，并用炮泥封堵。

进一步地，所述分段装药结构是指所述中心掏槽孔底部装填二段小孔加强致裂药柱，紧接着装填400-500mm长度的炮泥，然后再装填一段小孔加强致裂药柱，最后用炮泥进行封堵。

进一步地，所述小孔加强致裂药柱包括致裂管和致裂管工业炸药，所述致裂管沿着轴向每隔1-1.5倍致裂管内径设有一圈小孔，每圈均匀设有4-8个小孔，所述小孔直径为3-5mm，所述致裂管内部装填致裂管工业炸药。

进一步地，所述单面环向切缝药柱包括切缝管和切缝管工业炸药，所述切缝管沿着轴向每隔2-3倍切缝管内径的距离切割出一条环向切缝，所述环向切缝宽度为3-6mm，所述环向切缝的角度为120-180°，所述切缝管内部装填切缝管工业炸药。

进一步地，所述单面环向切缝药柱的环向切缝对准所要破坏的掏槽区域岩体。

进一步地，所述钻孔还在巷道断面钻出辅助孔、崩落孔和周边孔，所述中心掏槽孔位于巷道断面中间区域，所述楔形掏槽孔位于中心掏槽孔左右两侧，所述辅助孔位于楔形掏槽孔外侧，所述崩落孔位于辅助孔外侧，所述周边孔位于巷道断面轮廓。

进一步地，所述装药具体过程：

中心掏槽孔：所述中心掏槽孔使用分段装药结构和小孔加强致裂药柱，所述中心掏槽孔底部装填二段小孔加强致裂药柱，紧接着装填400-500mm长度的炮泥，然后再装填一段小孔加强致裂药柱，最后用炮泥进行封堵；

楔形掏槽孔：所述楔形掏槽孔内装填二段单面环向切缝药柱，并用炮泥封堵；

辅助孔：所述辅助孔内装填三段普通炸药，并用炮泥封堵；

崩落孔：所述崩落孔内装填四段普通炸药，并用炮泥封堵；

周边孔：所述周边孔内装填五段普通炸药，并用炮泥封堵。

进一步地，所述爆破采用毫秒延期起爆方式。

进一步地，所述爆破按照以下起爆段别依次起爆：

一段爆破：引爆所述中心掏槽孔内的一段小孔加强致裂药柱；

二段爆破：同时引爆所述中心掏槽孔内的二段小孔加强致裂药柱和所述楔形掏槽孔内的单面环向切缝药柱；

三段爆破：引爆所述辅助孔内的普通炸药；

四段爆破：引爆所述崩落孔内的普通炸药；

五段爆破：引爆所述周边孔内的普通炸药。

本发明公开了以下技术效果：

1)本发明在中心掏槽孔采用孔内分段装药结构，一段小孔加强致裂药柱爆破后可以为二段小孔加强致裂药柱和楔形掏槽孔爆破增加自由面，增大了岩体破碎后的膨胀空间，减小了围岩夹制作用，分段装药本身可以降低爆破振动，且掏槽孔爆破时炸药能量可以向工作面和内部两方向释放，进一步减小了爆破震动。

2)本发明在中心掏槽孔采用小孔加强致裂药柱，在致裂管上设置小孔，炸药爆炸能量会向小孔处集中，从而加强小孔位置的爆炸载荷并降低无小孔位置的爆炸载荷，且小孔位置处的能量释放时间会优先于无小孔位置，进而导致小孔位置处载荷作用于孔壁的时间会优先于无小孔位置，这种载荷的大小差异及作用时间差异，使得小孔位置处的初始裂隙发育程度显著高于其他位置，发育程度较高的初始裂隙会引导大量爆生气体进入，在爆生气体的气楔效应下初始裂隙得到进一步扩展，相比于普通装药时的爆炸能量多用于形成粉碎区，采用小孔加强致裂药柱可以增大破坏范围，加强槽腔岩体破坏程度，减小了围岩夹制作用，使得楔形掏槽孔爆破时候能够增大掏槽腔体体积，从而为后续爆破形成良好的临空面，减小后续爆破时岩体的夹制作用，提高了炮孔利用率和炸药能量利用率。

3)本发明中楔形掏槽孔采用单面环向切缝聚能药柱爆破，由于环向切缝对爆炸能量具有导向作用，爆炸能量向环向切缝处集中并优先从切缝处释放，基于此特点，当环向切缝对准槽腔时可以对槽腔内部的岩体初步切割以形成初始裂隙，随着爆轰产物的膨胀，初始裂隙在爆轰气体产物的气楔作用下继续扩展，从而进一步破坏槽腔岩体，同时背切缝侧由于切缝管的约束作用，使爆炸能量更多地作用于切缝方向岩体，改善槽腔的破碎效果，减少岩石的大块率，槽腔岩体破碎效果好，利于岩体的向外抛掷，能够为后续爆破形成良好的临空面，减小后续爆破时岩体的夹制作用，提高了炮孔利用率和掘进进尺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明各类炮孔布置示意图；

图2为图1中的中心掏槽孔和楔形掏槽孔示意图；

图3为图2中的中心掏槽孔和楔形掏槽孔装药示意图；

图4为本发明小孔加强致裂药柱示意图；

图5为本发明单面环向切缝药柱示意图；

图6为本发明单面环向切缝药柱在切缝处的横向剖面图；

图中：1、中心掏槽孔，2、楔形掏槽孔，3、辅助孔，4、崩落孔，5、周边孔，6、巷道断面，7、小孔加强致裂药柱，7-1、致裂管，7-2、小孔，7-3、致裂管工业炸药，8、炮泥，9、单面环向切缝药柱，9-1、切缝管，9-2、环向切缝，9-3、切缝管工业炸药。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

参照图1-6，本发明实施例提供了一种小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法，包括以下步骤：

1)钻孔：在巷道断面钻出中心掏槽孔1、楔形掏槽孔2、辅助孔3、崩落孔4和周边孔5，所述中心掏槽孔1位于巷道断面6中间区域，所述楔形掏槽孔2位于中心掏槽孔1左右两侧，所述辅助孔3位于楔形掏槽孔2外侧，所述崩落孔4位于辅助孔3外侧，所述周边孔5位于巷道断面6轮廓；

2)装药：

中心掏槽孔：所述中心掏槽孔1使用分段装药结构和小孔加强致裂药柱7，所述中心掏槽孔1底部装填二段小孔加强致裂药柱7，紧接着装填400-500mm长度的炮泥8，然后再装填一段小孔加强致裂药柱7，最后用炮泥进行封堵；

楔形掏槽孔：所述楔形掏槽孔2内装填二段单面环向切缝药柱9，并用炮泥封堵；

辅助孔：所述辅助孔3内装填三段普通炸药，并用炮泥封堵；

崩落孔：所述崩落孔4内装填四段普通炸药，并用炮泥封堵；

周边孔：所述周边孔5内装填五段普通炸药，并用炮泥封堵；

3)爆破：

采用毫秒延期起爆方式，按照以下起爆段别依次起爆：

一段爆破：引爆所述中心掏槽孔1内的一段小孔加强致裂药柱8；

二段爆破：同时引爆所述中心掏槽孔1内的二段小孔加强致裂药柱8和所述楔形掏槽孔2内的单面环向切缝药柱9；

三段爆破：引爆所述辅助孔3内的普通炸药；

四段爆破：引爆所述崩落孔4内的普通炸药；

五段爆破：引爆所述周边孔5内的普通炸药。

根据本发明实施例，所述步骤2)中所述小孔加强致裂药柱7包括致裂管7-1和致裂管工业炸药7-3，所述致裂管7-1沿着轴向每隔1-1.5倍致裂管7-1内径设有一圈小孔7-2，每圈均匀设有4-8个小孔7-2，所述小孔7-2直径为3-5mm，所述致裂管7-1内部装填致裂管工业炸药7-3。

根据本发明实施例，所述步骤2)中所述单面环向切缝药柱9包括切缝管9-1和切缝管工业炸药9-3，所述切缝管9-1沿着轴向每隔2-3倍切缝管9-1内径的距离切割出一条环向切缝9-2，所述环向切缝9-2宽度为3-6mm，所述环向切缝9-2的角度为120-180°，所述切缝管9-1内部装填切缝管工业炸药9-3。

根据本发明实施例，所述单面环向切缝药柱9的环向切缝9-2对准所要破坏的掏槽区域岩体。

实施例1

在深部地下-800m坚硬砂岩巷道采用小孔加强致裂药柱和单面环向切缝药柱联合掏槽方法，包括以下步骤：

1)钻孔：采用液压钻车，2.6m长的凿岩钎杆，直径42mm的钎头，在巷道断面6钻出中心掏槽孔1、楔形掏槽孔2、辅助孔3、崩落孔4和周边孔5，所述中心掏槽孔1位于巷道断面6中间区域，所述楔形掏槽孔2位于中心掏槽孔1左右两侧，所述辅助孔3位于楔形掏槽孔2外侧，所述崩落孔4位于辅助孔外侧3，所述周边孔5位于巷道断面6轮廓，中心掏槽孔1深度和楔形掏槽孔2深度为2.5m，其它炮孔深度2.3m，所有炮孔钻好以后紧接着进行吹孔作业，将炮孔内的岩渣、泥水清理干净，保证能够连续装药到孔底；

2)装药：

中心掏槽孔：制备小孔加强致裂药柱7，优选内径35mm、外径40mm的PVC管作为致裂管7-1，使用PVC管成本低且易于加工，致裂管工业炸药7-3优选直径35mm、长度330mm、单卷质量330g三级煤矿许用水胶炸药，在瓦斯赋存煤矿必须使用三级煤矿许用水胶炸药，将两根长度330mm的致裂管7-1沿着轴向每隔35mm设置一圈小孔7-2，每圈均匀设有6个小孔7-2，所述小孔7-2直径为4mm，致裂管7-1内部装填直径35mm、长度330mm的致裂管工业炸药7-3，制得小孔加强致裂药柱7，并分别在两个小孔加强致裂药柱7内安装一段电雷管和二段电雷管，在中心掏槽孔底部装填二段小孔加强致裂药柱7，接着继续装填400mm长度的炮泥8，然后装填一段小孔加强致裂药柱7，最后再用炮泥进行封堵，封堵长度不低于500mm；

楔形掏槽孔：制备单面环向切缝药柱9，优选内径35mm、外径40mm的PVC管作为切缝管9-1，使用PVC管成本低且易于加工，切缝管工业炸药9-3优选直径35mm、长度330mm、单卷质量330g三级煤矿许用水胶炸药，在瓦斯赋存煤矿必须使用三级煤矿许用水胶炸药，将长度330mm的切缝管9-1沿着轴向每隔35mm切割出一条环向切缝9-2，环向切缝9-2的宽度为4mm，环向切缝9-2的角度θ＝150°，切缝管9-1内部装填直径35mm、长度330mm的切缝管工业炸药9-3，制得单面环向切缝药柱9，并分别在单面环向切缝药柱9内安装二段电雷管，在楔形掏槽孔2内部装填二段小孔加强致裂药柱9，并用炮泥封堵；

辅助孔：装填普通炸药，同时分别装填三段电雷管，并用炮泥封堵，封堵长度不低于500mm；

崩落孔：装填普通炸药，同时分别装填四段电雷管，并用炮泥封堵，封堵长度不低于500mm；

周边孔：装填普通炸药，同时分别装填五段电雷管，并用炮泥封堵，封堵长度不低于500mm；

3)爆破：采用毫秒延期起爆方式，一段爆破引爆所述中心掏槽孔1内的一段小孔加强致裂药柱8，二段爆破同时引爆所述中心掏槽孔1内的二段小孔加强致裂药柱8和所述楔形掏槽孔2内的单面环向切缝药柱9，三段爆破引爆所述辅助孔3内的普通炸药，四段爆破引爆所述崩落孔4内的普通炸药，五段爆破引爆所述周边孔5内的普通炸药。

工作原理：本发明在中心掏槽孔采用孔内分段装药结构，一段小孔加强致裂药柱爆破后可以为二段小孔加强致裂药柱和楔形掏槽孔爆破增加自由面，增大了岩体破碎后的膨胀空间，减小了围岩夹制作用，分段装药本身可以降低爆破振动，且掏槽孔爆破时炸药能量可以向工作面和内部两方向释放，进一步减小了爆破震动；本发明在中心掏槽孔采用小孔加强致裂药柱，在致裂管上设置小孔，炸药爆炸能量会向小孔处集中，从而加强小孔位置的爆炸载荷并降低无小孔位置的爆炸载荷，且小孔位置处的能量释放时间会优先于无小孔位置，进而导致小孔位置处载荷作用于孔壁的时间会优先于无小孔位置，这种载荷的大小差异及作用时间差异，使得小孔位置处的初始裂隙发育程度显著高于其他位置，发育程度较高的初始裂隙会引导大量爆生气体进入，在爆生气体的气楔效应下初始裂隙得到进一步扩展，相比于普通装药时的爆炸能量多用于形成粉碎区，采用小孔加强致裂药柱可以增大破坏范围，加强槽腔岩体破坏程度，减小了围岩夹制作用，使得楔形掏槽孔爆破时候能够增大掏槽腔体体积，从而为后续爆破形成良好的临空面，减小后续爆破时岩体的夹制作用，提高了炮孔利用率和炸药能量利用率；本发明中楔形掏槽孔采用单面环向切缝聚能药柱爆破，由于环向切缝对爆炸能量具有导向作用，爆炸能量向环向切缝处集中并优先从切缝处释放，基于此特点，当环向切缝对准槽腔时可以对槽腔内部的岩体初步切割以形成初始裂隙，随着爆轰产物的膨胀，初始裂隙在爆轰气体产物的气楔作用下继续扩展，从而进一步破坏槽腔岩体，同时背切缝侧由于切缝管的约束作用，使爆炸能量更多地作用于切缝方向岩体，改善槽腔的破碎效果，减少岩石的大块率，槽腔岩体破碎效果好，利于岩体的向外抛掷，能够为后续爆破形成良好的临空面，减小后续爆破时岩体的夹制作用，提高了炮孔利用率和掘进进尺。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。