本发明涉及岩石巷道爆破技术领域，尤其涉及一种岩石巷道深孔分阶分段高效掏槽爆破方法。
背景技术：
随着国家现代化建设的飞速发展，对能源资源的需求日益显著。大量的岩土工程项目正在展开，其中的土石方工程由于体量大，需要的破坏能量较大，一般工程上采用爆破的方式进行作业，采掘工业是国民经济的基础，爆破是采掘业中重要的工艺环节，是破碎岩石的主要手段，在今后相当长的时间内，仍将占主导地位。为了安全高效开挖岩体，必须重视爆破技术的研究。
在岩石巷道(隧道)掘进过程中，速度的关键在于掏槽，掏槽孔布置恰当，得到的掏槽腔体积大，形成的新的自由面大，有利于提高炮眼利用率，使得炸药能量得到充分利用。在施工过程中，由于巷道(隧道)爆破掘进是单自由面，岩体的夹制作用大，导致掏槽腔体积小，使得后续爆炸的炮孔能量利用率减小，炮眼利用率低。尤其是深孔掏槽爆破施工时，伴随着一次起爆药量大，对围岩的损伤破坏严重，因此，如何在满足快速施工目标的同时减弱掏槽爆破的震动对围岩的破坏性影响，是本发明要解决的问题。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何在满足快速施工目标的同时减弱掏槽爆破的震动对围岩的破坏性影响。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种岩石巷道深孔分阶分段高效掏槽爆破方法，包括以下步骤：
s1、打孔；在掏槽区打出：中心掏槽孔、第一阶掏槽孔、第二阶掏槽孔、辅助炮孔和周边炮孔，所述中心掏槽孔位于掏槽区中部，第一阶掏槽孔位于所述中心掏槽孔的左右两侧，第二阶掏槽孔位于所述中心掏槽孔和第一阶掏槽孔所在区域的左右两侧；周边炮孔沿掏槽区的边缘设置，辅助炮孔位于所述周边炮孔所围成区域的内侧、且位于所述中心掏槽孔、第一阶掏槽孔、第二阶掏槽孔所在区域外侧；
s2、装药；分别向所述中心掏槽孔、第一阶掏槽孔、第二阶掏槽孔、辅助炮孔和周边炮孔填装炸药，所述第一阶掏槽孔内均装有一段炸药和二段炸药，所述二段炸药位于孔底；
s3、爆破；采用毫秒延期起爆方式，依次进行下列爆破过程以完成全断面一次爆破：
一段爆破：引爆第一阶掏槽孔的一段炸药；
二段爆破：同时引爆中心掏槽孔内的炸药、第一阶掏槽孔的二段炸药、以及第二阶掏槽孔内的炸药；
三段爆破：引爆辅助炮孔内的炸药；
四段爆破：引爆周边炮孔内的炸药。
其中，所述中心掏槽孔垂直于岩石巷道的自由面。
其中，在岩石巷道的自由面上，相邻所述中心掏槽孔的间距为0.6～0.8m，相邻所述第一阶掏槽孔的间距为0.4～0.6m；相邻所述第二阶掏槽孔的间距为0.4～0.6m；所述中心掏槽孔与第一阶掏槽孔之间的间隔为0.6～0.8m；所述第一阶掏槽孔与第二阶掏槽孔之间的间隔为0.6～0.8m。
其中，所述中心掏槽孔、第一阶掏槽孔、第二阶掏槽孔、辅助炮孔和周边炮孔的深度均大于3.5m，直径均大于50mm。
其中，所述中心掏槽孔的深度大于所述第一阶掏槽孔或第二阶掏槽孔的深度。
其中，在所述步骤s2中，所述第一阶掏槽孔装药步骤具体如下：
s21、将二段雷管插入炸药内，放入第一阶掏槽孔的孔底，继续装药，形成二段炸药；
s22、进行炮泥封堵，封堵长度不小于0.5m；
s23、将一段雷管插入炸药内，放入第一阶掏槽孔中，继续装药，形成一段炸药；
s24、进行炮泥封堵，将炮泥捣实。
其中，所述一段炸药的长度与二段炸药的长度之比为1～1.3。
其中，所述第二阶掏槽孔的装药长度大于堵塞长度。
其中，所述中心掏槽孔的装药长度小于堵塞长度。
其中，在所述步骤s3中，所述三段爆破分两次进行，具体为：采用毫秒延期起爆方式，先同时引爆靠近所述中心掏槽孔、第一阶掏槽孔、第二阶掏槽孔的多个辅助炮孔，然后引爆其余辅助炮孔。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明采用孔内分段、孔间分阶、各阶段采用毫秒延期起爆的方法，增大了掏槽腔体积，扩大了单次爆破的自由面，提高了爆破效率；爆炸形成的能量可以从朝向自由面和向内两个方向上进行释放，爆炸引起的震动效果大大减弱。
附图说明
图1为本发明实施例的掏槽孔与炮孔在巷道自由面上的布置图；
图2为图1中各掏槽孔的布置图；
图3为图2中各掏槽孔的装药示意图；
图4为本发明实施例的第一阶掏槽孔的装药结构图；
图中：1、中心掏槽孔；2、第一阶掏槽孔；3、第二阶掏槽孔；4、炸药；41、一段炸药；42、二段炸药；5、自由面；6、炮泥；7、炮泥；8、引线；9、引线；10、辅助炮孔；11、辅助炮孔；12、周边炮孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种岩石巷道深孔分阶分段高效掏槽爆破方法，包括以下步骤：
s1、打孔；在掏槽区打出：中心掏槽孔1、第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3、辅助炮孔和周边炮孔12，所述中心掏槽孔1位于掏槽区中部，第一阶掏槽孔2位于所述中心掏槽孔1的左右两侧，第二阶掏槽孔3位于所述中心掏槽孔1和第一阶掏槽孔2所在区域的左右两侧；周边炮孔12沿掏槽区的边缘设置，辅助炮孔位于所述周边炮孔12所围成区域的内侧、且位于所述中心掏槽孔1、第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3所在区域外侧；
具体来说，就是根据岩石巷道(隧道)断面大小，规划掏槽区的范围，采用人工、风锤、液压钻车等打眼方式，在掏槽区打孔；首先在掏槽区中部选定中心掏槽孔1的位置，在该位置处打出中心掏槽孔1，当中心掏槽孔1为多个时，优选将所有中心掏槽孔1沿竖直方向分布；类似的，在中心掏槽孔1所在区域的左右两侧分别打出第一阶掏槽孔2，然后继续在外侧打出第二阶掏槽孔3，中心掏槽孔1与第一阶掏槽孔2位于两组第二阶掏槽孔3之间；沿着掏槽区的边沿打出周边炮孔12，然后在周边炮孔12围成区域内侧的其他区域，按照爆破需要打若干个辅助炮孔。中心掏槽孔1位于两组第一阶掏槽孔2之间，这样就形成了以两组第一阶掏槽孔2为中心，第二阶掏槽孔3、辅助炮孔、周边炮孔12逐渐向外扩散的分布结构。
s2、装药；分别向所述中心掏槽孔1、第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3、辅助炮孔和周边炮孔12填装炸药4，所述第一阶掏槽孔2内均装有一段炸药41和二段炸药42，所述二段炸药42位于孔底；
具体来说，就是根据爆破要求，将炸药4、雷管、引线98等埋入，并将其封堵，完成炸药4装填，一般采用黄炮泥进行封堵，雷管一般采用脚线长度5m的毫秒延期电雷管，炸药4类别为煤矿许用型炸药4，药卷直径42mm；其中，第一阶掏槽孔2装填有两处炸药4，包括位于孔底的二段炸药42和位于孔的中部或靠近开口处的一段炸药41，其余掏槽孔或炮孔都只装填一处炸药4；第一阶掏槽孔2装填两处炸药4可以实现两次爆破，提升了炮孔利用率。
s3、爆破；采用毫秒延期起爆方式，依次进行下列爆破过程以完成全断面一次爆破：
一段爆破：引爆第一阶掏槽孔2的一段炸药41；
具体来说，先引爆第一阶掏槽孔2外侧的一段炸药41，在中心掏槽孔1两侧先炸掉两处，两处同时起爆但爆炸点分离，单词爆炸去掉的岩石土方较多；剩余炸药4爆炸时，在朝向自由面5和向内两个方向上的阻力大大减小，爆破效果更好，爆破岩石土方量更多；爆炸形成的能量得到进一步释放，爆炸引起的震动效果大大减弱。
二段爆破：同时引爆中心掏槽孔1内的炸药4、第一阶掏槽孔2的二段炸药42、以及第二阶掏槽孔3内的炸药4；
具体来说，就一段爆破形成的两处凹陷来说，第一阶掏槽孔2的二段炸药42位于凹陷的前方，中心掏槽孔1和第二阶掏槽孔3内的炸药4位于凹陷的外侧；换句话说，就是以一段爆破形成的两个凹陷为基准，引爆与之在空间上处于相邻位置的炸药4，在向外和向前两个方向同时进行爆破，增大爆破面。
三段爆破：引爆辅助炮孔内的炸药4；
具体来说，就是在二段爆破形成爆炸区域的基础上，继续引爆周围的、除周边炮孔12以外的所有辅助炮孔，进一步扩大爆炸区域。
四段爆破：引爆周边炮孔12内的炸药4。
具体来说，就是将处于掏槽区边缘的左右炸药4同时引爆，完成最后一步的爆破，形成新的自由面；前述步骤爆破出的岩石土方量就是单次爆破得到的掏槽腔体积。本发明采用孔内分段、孔间分阶、各阶段采用毫秒延期起爆的方法，增大了掏槽腔体积，扩大了单次爆破的自由面面积，提高了爆破效率；爆炸形成的能量可以从朝向自由面5和向内两个方向上进行释放，爆炸引起的震动效果大大减弱。
优选的，所述中心掏槽孔1垂直于岩石巷道的自由面5。中心掏槽孔1垂直于岩石巷道的自由面5，二段爆破时，可以将一段爆破形成的两个凹陷彻底打通，形成一个较大的、完整的爆炸区域；同时垂直设置可以增大爆破区域向前推进的距离，提升爆破效率；二段爆破形成的爆炸区域处于掏槽区中部，三段爆破各处受到的阻力分布较均匀，爆破效果好。第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3的布置角度可以垂直自由面5，也可以与自由面5呈一定夹角，即如图3所示，也可以将第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3设置成孔底向中心掏槽孔1偏转一定角度的结构，以获得最佳的爆破效果。
优选的，在岩石巷道的自由面5上，相邻所述中心掏槽孔1的间距为0.6～0.8m，相邻所述第一阶掏槽孔2的间距为0.4～0.6m；相邻所述第二阶掏槽孔3的间距为0.4～0.6m；所述中心掏槽孔1与第一阶掏槽孔2之间的间隔为0.6～0.8m；所述第一阶掏槽孔2与第二阶掏槽孔3之间的间隔为0.6～0.8m。以上参数范围可以获得较好的爆破效果，爆破时可根据实际工况选择合适的参数。
优选的，所述中心掏槽孔1、第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3、辅助炮孔和周边炮孔12的深度均大于3.5m，直径均大于50mm。掏槽孔、炮孔的尺寸与巷道岩石、雷管规格、装药量等息息相关，因此本方案只限定了能够获得较好爆破效果的尺寸下限值，具体操作时可根据不同工况确定具体尺寸。
优选的，如图3所示，所述中心掏槽孔1的深度大于所述第一阶掏槽孔2或第二阶掏槽孔3的深度。这样在二段爆破时，可以获得更深的爆破结果，加快巷道爆破的推进速度，提升爆破效率。
优选的，在所述步骤s2中，所述第一阶掏槽孔2装药步骤具体如下：
s21、将二段雷管插入炸药4内，放入第一阶掏槽孔2的孔底，继续装药，形成二段炸药42；
s22、进行炮泥6封堵，封堵长度不小于0.5m；
此处限定炮泥6的封堵长度是为了保证一段炸药41爆炸时不会影响到二段炸药42，不免出现爆破事故。封堵前应将二段雷管的引线9布置好。
s23、将一段雷管插入炸药4内，放入第一阶掏槽孔2中，继续装药，形成一段炸药41；
s24、进行炮泥7封堵，将炮泥7捣实。可以用竹竿或木棍进行捣实操作。封堵前应将一段雷管的引线8布置好。
优选的，所述一段炸药41的长度与二段炸药42的长度之比为1～1.3。一段炸药41的长度大于或等于二段炸药42的长度，以便在一段爆破时获得更大的爆破范围，为后续爆破打好基础，从而获得最大的掏槽腔体积。
优选的，所述第二阶掏槽孔3的装药长度大于堵塞长度。第二阶掏槽孔3爆炸时，其内侧已经形成爆破凹陷，爆破阻力大大减小，因此可以减小的封堵长度，增大装药量，获得更好的爆破效果。
优选的，所述中心掏槽孔1的装药长度小于堵塞长度。
由于一段炸药41爆炸已经在自由面5上除去了一些岩石土方，二段炸药42位又于中心掏槽孔1的两侧，二段爆破时二段炸药42已经能获得不错的爆破效果，中心掏槽孔1内的炸药4只要能实现两处爆破凹陷的连通即可，因此只需要在孔底设置一小段炸药4即可；在保证爆破效果的前提下尽量减少炸药4的用量，提升炸药4利用率。
优选的，在所述步骤s3中，所述三段爆破分两次进行，具体为：采用毫秒延期起爆方式，先同时引爆靠近所述中心掏槽孔1、第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3的多个辅助炮孔10，然后引爆其余辅助炮孔11。
如图1所示，先引爆靠近中心掏槽孔1、第一阶掏槽孔2、第二阶掏槽孔3的多个辅助炮孔10，将内侧岩石土方炸掉，然后继续向外引爆靠近周边炮孔12的其余辅助炮孔11，形成逐层向外的爆破方向，从而尽可能减少爆破阻力，提升爆破效率，减小爆破震动。这样就形成了五段爆破，一般应将煤矿岩石巷道中雷管总段别控制在五段以内，以控制单次爆破的成本。
优选的，所述步骤s1还包括以下步骤：打孔后测量孔深，孔深合格后进行吹孔操作。测量孔深以判断是否需要调整深度，保证打孔的质量；吹孔则是为了确保炮孔内无石子等杂质，避免影响后续的装药操作。
综上所述，本发明提供一种适用于岩石巷道深孔高效掏槽爆破方法，采用孔内分段、孔间分阶的方法，即在掏槽区布置中心直眼掏槽孔，在中心孔左右两侧布置第一阶掏槽孔2，在第一阶掏槽孔2左右两侧布置第二阶掏槽孔3，然后布置辅助炮孔以及周边炮孔12；在第一阶掏槽孔2中布置一段炸药41和二段炸药42；在中心掏槽孔1、第二阶掏槽孔3和其余炮孔中进行普通装药；按照第一阶掏槽孔2一段炸药41——中心掏槽孔1、第一阶掏槽孔2二段炸药42、第二阶掏槽孔3——辅助炮孔——周边炮孔12的起爆顺序，采用毫秒延期起爆方式起爆，完成全断面一次爆破。能够增大掏槽腔体积，扩大自由面，提高爆破效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。