巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法
【专利摘要】本发明公开了一种巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法，第一组装一台两用钻车，该钻车即可钻32mm的小直径普通钻孔，又能钻具有直径100mm以上的大直径钻孔；第二按巷道爆破设计方法设计炮眼布置图、炮眼参数设计表和爆破预期效果表；其中：掏槽眼设计为大直径空孔掏槽爆破方式；第三按照设计的炮眼布置图，用两用钻车同时打32mm的普通钻孔的和直径100mm以上的大直径钻孔；第四向钻孔中装填炸药，连接爆破网络；第五发爆器起爆，达到设计的爆破进尺。由于采用专用钻车使中心大钻孔和普通钻孔同时进行作业，使人们长期期望的大孔直眼掏槽快速爆破方法得到实现，具有钻孔少、装药少、爆破效率高优点。
【专利说明】巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及巷道爆破施工技术。
【背景技术】
[0002] 钻爆法在很长时间内，仍然是煤矿巷道掘进施工的主要方法。煤矿巷道工程中主 要以8-23m 2的中、小断面巷道为主。掘进施工中以2-3米的中深孔爆破为主，中深孔爆破的 关键是掏槽方式的选择。根据研宄，中深孔爆破最好掏槽方式是直眼掏槽，直眼掏槽时需要 留有不装药的空孔来提高爆破自由面。目前的直眼掏槽的炮眼爆破图如图4所示。由于目 前的钻机是32mm的小直径钻孔设计的，所以小直径空孔形成的自由面和爆破碎胀空间小， 需要密集地钻若干小直径钻孔，影响施工速度，而且爆破效率低。
[0003] 经研宄人员对空孔效应和岩石破碎机理的研宄，说明大直径空孔直眼掏槽爆破是 一种有效的方法。但由于目前没有专门的大直径钻孔设备，所以还无法普遍实施。有的单 独采用IOOmm以上的大直径潜孔钻机进行分次钻孔，但不能与普通钻孔同时进行作业，影 响钻孔施工速度，而且来回调用两种钻车或钻机十分麻烦。
[0004] 普通钻车一般是在钻车底盘上安装有1-2个钻臂，钻臂上布置有普通导轨式钻 机，普通导轨式钻机可钻32_的小直径普通钻孔，在巷道掘进施工中普遍采用。
[0005] 现有的潜孔钻机多采用气动冲击器，气动冲击器又称风动冲击器或风动潜孔锤。 气动冲击器直接与硬质合金柱齿钻头连接以冲击方式碎岩，以压缩空气为动力介质，利用 压缩空气的能量产生连续冲击载荷。至目前还没有将气动冲击器用于普通钻车的例子。
【发明内容】
[0006] 为解决巷道快速爆破的问题，本发明提出一种巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方 法。
[0007] 一种巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法，其特征在于；
[0008] 第一步，首先组装一台两用钻车，该钻车即可钻32mm的小直径普通钻孔，又能钻 具有直径IOOmm以上的大直径钻孔；组装时，在现有普通钻车上增加一套大直径钻孔装置； 大直径钻孔装置的构造是：
[0009] 在钻车底盘的一侧固定一个升降架，升降架上安装有钻机导轨，钻机导轨上安装 有旋转冲击装置和推进机构；
[0010] 所述的升降架由一个平行四连杆机构和导轨升降油缸组成，导轨升降油缸斜置安 装在平行四连杆机构的升降臂和钻车底盘之间，导轨升降油缸伸缩时使平行四连杆机构的 升降臂带动钻机导轨下降或升起，从而调整凿孔作业高度；为了保证钻机导轨的稳定性，在 钻车底盘上固定上固定有前立架和后立架，使钻机导轨在立架内上下滑动；
[0011] 所述的旋转冲击装置是一个即带动钻杆旋转又实现钎头冲击的装置，由旋转器、 中空钎杆、夹紧器和气动冲击器所组成；上述的旋转器的构造是，包括一个齿轮减速箱和旋 转马达，齿轮减速箱的主动齿轮与旋转马达实现传动，齿轮减速箱的被动齿轮安装在一个 空心轴上，要求空心轴的内径与中空钎杆外径相匹配；所述中空钎杆从空心轴中穿过，并由 夹紧器将中空钎杆和空心轴夹紧在一起，使空心轴带动中空钎杆一起旋转；所述的气动冲 击器安装在中空钎杆前端，从中空钎杆后端向气动冲击器供气，气动冲击器的前端安装有 直径大于IOOmm以上的冲击旋转式钎头；旋转冲击装置与钻机导轨的安装结构是，在钻机 导轨上设有一个可左右滑动的托板，将齿轮减速箱的底座安装在托板上；
[0012] 所述的推进机构是一个链轮链条机构；链轮链条机构是在钻机导轨的后端安装有 推进马达带动的齿轮减速箱，齿轮减速箱的输出轴设有主动链轮，钻机导轨后端设有回转 链轮，将链条两端分别从回转链轮和主动链轮缠绕后固定在托板上，推进马达运转时链条 牵动托板上的旋转冲击装置在导轨上做往复运动，完成前进后退动作；
[0013] 上述的旋转马达和推进马达为风动马达或液压式马达；为了根据不同岩性来调整 钻孔速度，在风动马达的进风管路或液压式马达的进油路上安装有节流调速阀；当使用风 动马达时，风动马达和气动冲击器可共用一个高压风源；当使用液压马达时，需另设立液压 源；
[0014] 为了保证链条的张紧度，上述的链轮链条机构设有链条张紧器；
[0015] 第二步，按巷道爆破设计方法设计巷道断面爆破图表，爆破图表至少包括炮眼布 置图、炮眼参数设计表和爆破预期效果表；其中：
[0016] 炮眼布置图表的辅助眼、二圈眼、底眼、周边眼按传统设计，掏槽眼设计为大直径 空孔掏槽爆破方式，即在巷道断面中间或接近中间位置布置1 一3个直径IOOmm以上的不装 药的大直径直眼空孔，在大直径直眼空孔周围I. 4-1. 5m直径的周圈范围内布置8个普通直 径32_的小直径装药孔；大直径直眼空孔的深度应大于小直径装药孔深度300_ ;并在每 个大直径直眼空孔的孔底安装I. 5Kg炸药；
[0017] 起爆顺序设计为，首先起爆大直径直眼空孔周围的8个小直径掏槽眼，再起大直 径直眼空孔底部炸药，然后从掏槽眼周圈向外依次起爆辅助眼、二圈眼，最后起爆底眼和周 边眼；
[0018] 第三步，按照设计的炮眼布置图，在巷道断面上布置炮孔位置，将两用钻车安置在 工作面迎头，在打32_的普通钻孔的同时，操作大直径钻孔装置，同时钻出直径IOOmm以上 的大直径钻孔；
[0019] 第四步，撤出两用钻车，按照设计的爆破参数表向钻孔中装填炸药，并按照爆破顺 序安装上延期段发雷管，连接爆破网络；
[0020] 第五步，启动发爆器起爆；起爆后，装药小直径掏槽孔先以中心空孔作为自由面进 行爆破，中心空孔底部炸药再爆破，形成直径I. 4-1. 5m的槽腔，为辅助孔形成两个自由面 创造条件，二圈眼、底眼和周边眼起爆依次爆破后，达到设计的爆破进尺。
[0021] 本发明的积极效果如下：
[0022] 一、由于采用组装的专用钻车施工中心大钻孔，而且使中心大钻孔和普通钻孔同 时进行作业，提高钻孔施工速度，使人们长期期望的大孔直眼掏槽快速爆破方法得到实现。
[0023] 二、将大直径钻孔深度加深300mm的深度，再在加深处预埋药包，使后续普通炮眼 无底阻崩落，使炮眼利用率达到100 %，解决了钻爆掘进时掏槽难、炮眼利用低的的关键问 题，使大直径空孔直眼掏槽的优势得到了发挥。
[0024] 三、大直径钻孔装置采用冲击加旋转的钻孔方式，即可适应硬岩，又可适应软岩， 钻两个直径IOOmm以上的空孔可爆出一个直径一米以上的掏槽空间，可节省10个以上的普 通直径的掏槽孔和辅助孔，它具有钻孔少、装药少、爆破效率高优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是实施例的整车主视图；
[0026] 图2是实施例的俯视图
[0027] 图3是第二套钻孔装置的主视图；
[0028] 图4是现有炮眼布置图；
[0029] 图5是本发明炮眼布置图。
[0030] 图例说明，1-冲击旋转式钎头，2-冲击器，3-中空钻杆，4-钻具旋转马达，5-空心 轴，6-减速箱，7-夹紧器，8-回头链轮，9-后立架，10-钻孔器托板，11-钻机导轨，12-导轨 升降油缸，13-平行四连杆机构，14-前立架，15-滑轮16-链条，17-主动链轮，18-钻孔器推 进马达。
【具体实施方式】
[0031] 一种大孔直眼掏槽快速爆破方法，如下：
[0032] 一、组装一台专用两用钻车，两用钻车如图1、图2所示，该钻车即可钻32mm的小直 径普通钻孔，又能钻具有直径IOOmm以上的大直径钻孔；组装时，在现有普通钻车19上增加 一套大直径钻孔装置20 ;大直径钻孔装置20的构造是：
[0033] 在普通钻车19底盘上固定一个升降架，升降架上安装有钻机导轨11，钻机导轨上 11安装有旋转冲击装置和推进机构；
[0034] 所述的升降架由一个平行四连杆机构13和导轨升降油缸12组成，导轨升降油缸 12斜置安装在平行四连杆机构的升降臂和钻车底盘之间，导轨升降油缸12伸缩时使平行 四连杆机构13的升降臂带动钻机导轨11下降或升起，从而调整凿孔作业高度；为了保证钻 机导轨的稳定性，在钻车底盘上固定上固定有前立架14和后立架9,使钻机导轨11在立架 内上下滑动；
[0035] 如图3所示，所述的大直径钻孔装置20,是在一个升降架上安装有大直径爆破钻 孔器；大直径爆破钻孔器的结构是，在钻机导轨11上安装有旋转冲击装置和推进机构；
[0036] 所述的旋转冲击装置是一个即带动钻杆旋转又实现钎头冲击的装置，由旋转器、 中空钎杆3、夹紧器7和气动冲击器2所组成；上述的旋转器的构造是，包括一个齿轮减速 箱6和钻具旋转马达4,齿轮减速箱6的主动齿轮与旋转马达4实现传动，齿轮减速箱6的 被动齿轮安装在一个空心轴5上，要求空心轴5的内径与中空钎杆3外径相匹配；所述中空 钎杆3从空心轴5中穿过，并由夹紧器7将中空钎杆3和空心轴5夹紧在一起，使空心轴5 带动中空纤杆3 -起旋转；所述的气动冲击器2安装在中空纤杆3如端，从中空纤杆3后端 向气动冲击器供气，气动冲击器2的前端安装有直径大于IOOmm以上的冲击旋转式钎头1 ; 旋转冲击装置与钻机导轨11的安装结构是，在钻机导轨11上设有一个可左右滑动的钻孔 器托板10,将齿轮减速箱6的底座安装在钻孔器托板10上；
[0037] 所述的推进机构是一个链轮链条机构；链轮链条机构是在钻机导轨11的前端安 装有钻孔器推进马达18带动的齿轮减速箱，齿轮减速箱的输出轴设有主动链轮17,钻机导 轨11后端设有回头链轮8,将链条16两端分别从回头链轮8和主动链轮17缠绕后固定在 钻孔器托板10上，钻孔器推进马达18运转时链条16牵动钻孔器托板10上的旋转冲击装 置在钻机导轨11上做往复运动，完成前进后退动作；
[0038] 上述的钻孔器推进马达18马达和钻具旋转马达4为风动马达或液压式马达；
[0039] 为了根据不同岩性来调整钻孔速度，在风动马达的进风管路或液压式马达的进油 路上安装有节流调速阀；当使用风动马达时，风动马达和气动冲击器2可共用一个高压风 源；当使用液压马达时，需另设立液压源；
[0040] 为了保证链条16的张紧度，上述的链轮链条机构设有链条张紧器；
[0041] 二、按巷道爆破设计方法设计巷道断面爆破图表，爆破图表至少包括炮眼布置图、 炮眼参数设计表和爆破预期效果表；其中：
[0042] 炮眼布置图表的辅助眼、二圈眼、底眼、周边眼按传统设计，掏槽眼设计为大直径 空孔掏槽爆破方式，即在巷道断面中间或接近中间位置布置1 一3个直径IOOmm以上的不装 药的大直径直眼空孔，在大直径直眼空孔周围I. 4-1. 5m直径的周圈范围内布置8个普通直 径32_的小直径装药孔；大直径直眼空孔的深度应大于小直径装药孔深度300_ ;并在每 个大直径直眼空孔的孔底安装I. 5Kg炸药；
[0043] 起爆顺序设计为，首先起爆大直径直眼空孔周围的8个小直径掏槽眼，再起大直 径直眼空孔底部炸药，然后从掏槽眼周圈向外依次起爆辅助眼、二圈眼，最后起爆底眼和周 边眼；
[0044] 三、按照设计的炮眼布置图，在巷道断面上布置炮孔位置，将两用钻车安置在工作 面迎头，在打32_的普通钻孔的同时，操作大直径钻孔装置，同时钻出直径IOOmm以上的大 直径钻孔；
[0045] 四、撤出两用钻车，按照设计的爆破参数表向钻孔中装填炸药，并按照爆破顺序安 装上延期段发雷管，连接爆破网络；
[0046] 五、启动发爆器起爆；起爆后，装药小直径掏槽孔先以中心空孔作为自由面进行爆 破，中心空孔底部炸药再爆破，形成直径I. 4-1. 5m的槽腔，为辅助孔形成两个自由面创造 条件，二圈眼、底眼和周边眼起爆依次爆破后，达到设计的爆破进尺。
[0047] 下面再根据某煤矿巷道爆破掘进现场的情况，说明本发明巷道断面爆破图表设计 的一个实施例。
[0048] 某煤矿拱形巷道掘进断面净高3600mm，其中腰线至拱顶2000mm，腰线以下 1600mm ;巷道断面面积S = 12. 68m2;岩性为粉砂岩，普氏系数为6?8,密度为2500kg/m3， 实测岩石内应力波速度约为3800m/s，表面锐利波速度为2000m/s ;采用煤矿许用二级水胶 炸药，其爆力为240mL，爆速为2500m/s，Pe= 1020kg/m3,药卷直径27mm、长度400mm，质量 为300g/个。
[0049] 如按照传统直眼掏槽爆破设计，炮眼直径全部采用d = 32mm时，炮眼深度I1 = 2. 2m时，参照《井巷设计与施工》（中国矿业大学出版社，董方庭）教材设计，爆破图表如 下：
[0050] 爆破参数说明表1-1
[0051]
【权利要求】
1. 一种巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法，其特征在于； 第一步、首先组装一台两用钻车，该钻车即可钻32mm的小直径普通钻孔，又能钻具有 直径100mm以上的大直径钻孔；组装时，在现有普通钻车上增加一套大直径钻孔装置；大直 径钻孔装置的构造是： 在钻车底盘上固定一个升降架，升降架上安装有钻机导轨，钻机导轨上安装有旋转冲 击装置和推进机构； 所述的升降架由一个平行四连杆机构和导轨升降油缸组成，导轨升降油缸斜置安装在 平行四连杆机构的升降臂和钻车底盘之间，导轨升降油缸伸缩时使平行四连杆机构的升降 臂带动钻机导轨下降或升起，从而调整凿孔作业高度；为了保证钻机导轨的稳定性，在钻车 底盘上固定上固定有前立架和后立架，使钻机导轨在立架内上下滑动； 所述的旋转冲击装置是一个即带动钻杆旋转又实现钎头冲击的装置，由旋转器、中空 钎杆、夹紧器和气动冲击器所组成；上述的旋转器的构造是，包括一个齿轮减速箱和旋转马 达，齿轮减速箱的主动齿轮与旋转马达实现传动，齿轮减速箱的被动齿轮安装在一个空心 轴上，要求空心轴的内径与中空钎杆外径相匹配；所述中空钎杆从空心轴中穿过，并由夹紧 器将中空钎杆和空心轴夹紧在一起，使空心轴带动中空钎杆一起旋转；所述的气动冲击器 安装在中空钎杆前端，从中空钎杆后端向气动冲击器供气，气动冲击器的前端安装有直径 大于100mm以上的冲击旋转式钎头；旋转冲击装置与钻机导轨的安装结构是，在钻机导轨 上设有一个可左右滑动的托板，将齿轮减速箱的底座安装在托板上； 所述的推进机构是一个链轮链条机构；链轮链条机构是在钻机导轨的后端安装有推进 马达带动的齿轮减速箱，齿轮减速箱的输出轴设有主动链轮，钻机导轨后端设有回转链轮， 将链条两端分别从回转链轮和主动链轮缠绕后固定在托板上，推进马达运转时链条牵动托 板上的旋转冲击装置在导轨上做往复运动，完成前进后退动作； 第二步、按巷道爆破设计方法设计巷道断面爆破图表，爆破图表至少包括炮眼布置图、 炮眼参数设计表和爆破预期效果表；其中： 炮眼布置图表的辅助眼、二圈眼、底眼、周边眼按传统设计，掏槽眼设计为大直径空孔 掏槽爆破方式，即在巷道断面中间或接近中间位置布置1一3个直径100mm以上的不装药 的大直径直眼空孔，在大直径直眼空孔周围1. 4-1. 5m直径的周圈范围内布置8个普通直径 32_的小直径装药孔；大直径直眼空孔的深度应大于小直径装药孔深度300_ ;并在每个 大直径直眼空孔的孔底安装1. 5Kg炸药； 起爆顺序设计为，首先起爆大直径直眼空孔周围的8个小直径掏槽眼，再起大直径直 眼空孔底部炸药，然后从掏槽眼周圈向外依次起爆辅助眼、二圈眼，最后起爆底眼和周边 眼； 第三步、按照设计的炮眼布置图，在巷道断面上布置炮孔位置，将两用钻车安置在工作 面迎头，在打32_的普通钻孔的同时，操作大直径钻孔装置，同时钻出直径100mm以上的大 直径钻孔； 第四步、撤出两用钻车，按照设计的爆破参数表向钻孔中装填炸药，并按照爆破顺序安 装上延期段发雷管，连接爆破网络； 第五步、启动发爆器起爆；起爆后，装药小直径掏槽孔先以中心空孔作为自由面进行爆 破，中心空孔底部炸药再爆破，形成直径1. 4-1. 5m的槽腔，为辅助孔形成两个自由面创造 条件，二圈眼、底眼和周边眼起爆依次爆破后，达到设计的爆破进尺。
2. 如权利要求1所述的巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法，其特征在于，第一步中的 两用钻车用的旋转马达和推进马达为风动马达，在风动马达的进风管路上安装有节流调速 阀；风动马达和气动冲击器共用一个高压风源。
3. 如权利要求1所述的巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法，其特征在于，第一步中的 两用钻车用的旋转马达和推进马达为液压式马达；在液压式马达的进油路上安装有节流调 速阀。
4. 如权利要求1所述的巷道大空孔直眼掏槽快速爆破方法，其特征在于，第一步中的 两用钻车的链轮链条机构设有链条张紧器。
【文档编号】E21B19/084GK104457460SQ201410640248
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】赵锦桥, 李廷春, 鲍伟, 赵建, 孙文进, 高文乐, 修湖 申请人:山东科技大学