1.掏槽眼的作用与掏槽方式
掏槽眼的作用是在开挖面的适当部位先掏出一个小型槽口,为后爆的扩大眼增加更多的临空面,以提高爆破效率。掏槽眼的布置就是选择掏槽方式、确定掏槽部位及其技术参数。
掏槽方式可分为斜眼掏槽和直眼掏槽两大类,实际使用时又有多种形式。
槽口尺寸要与掏槽方式、循环进尺及一次开挖断面大小相协调。斜眼掏槽槽口尺寸为4~16 m2,直眼掏槽槽口尺寸为1.0~1.2 m2。
掏槽眼本身只有一个临空面(尤其是直眼掏槽),且受周围岩体的挟制作用,故常采用较大的炸药单耗K值、较大的炮眼密度M值和较大的装药系数α值,才能利用爆炸冲击波及爆炸产物做功,将石渣抛出槽口,保证槽口形成有效的临空面。一般而言,斜眼掏槽的K值比全断面平均K值略高,直眼掏槽的K值为10~20 kg/m3。
为保证掏槽眼能有效地将石渣抛出槽口,在实际爆破设计和应用时,应使掏槽眼比设计掘进进尺(L)深10~15 cm,可根据实际情况调整,并在掏槽眼孔底连续装药。为保证掏槽眼完全起爆,可采用孔底反向连续装药或双雷管起爆。
2.斜眼掏槽
斜眼掏槽主要适合用于一次开挖断面较大的隧道爆破掏槽。
(1)优点。
①斜眼掏槽无须像直眼掏槽那样形成粉碎性破岩,而是充分利用第一临空面(开挖面)的临空作用,易将石渣抛出,炸药单耗较低,掏槽效果好。
②斜眼掏槽还可以按岩体的实际情况,较灵活地选择掏槽斜眼的布置形式和调整掏槽斜眼倾斜角度。
③上一循环掏槽在开挖面上形成的凹陷破碎区位于下一循环槽口中部,而下一循环掏槽斜眼的孔口位于其外侧,基本不影响下一循环掏槽斜眼的开眼和钻进。
(2)缺点。
①在一次开挖断面较小时,钻眼作业受坑道断面的限制较小,不便于使用大型液压凿岩台车钻眼,只宜选用小型凿岩机。
②在采用人工风钻打眼时,开眼位置和钻眼方向不易控制。
③不便于多台钻机同时钻眼。所以,斜眼掏槽深孔爆破比较适合在一次开挖断面较大、单掘进进尺较大时使用。(www.daowen.com)
有研究资料显示,西南铁路东秦岭隧道(铁路双线,Ⅱ级围岩,S=52 m2)进口3个工区,分别采用液压凿岩台车钻眼、直眼掏槽进行深孔爆破(L=4.5 m),以及风动凿岩机钻眼、楔形掏槽进行深孔爆破。在岩体抗爆破性基本相同和掘进进尺相等的条件下,直眼掏槽全断面开挖,布置炮眼173个,炮眼密度为2.03个/m2,炸药单耗为1.50 kg/m3,炮眼利用率为75%~85%;而楔形掏槽全断面开挖,布置炮眼133个,炮眼密度为1.56个/m2,炸药单耗为0.78 kg/m3,炮眼利用率为80%~90%。其中,楔形掏槽炮眼26个,槽口尺寸为口宽4 m、底宽2 m、高3.15 m,炸药单耗为0.98 kg/m3,比直眼掏槽的K值要小得多。
一些施工单位盲目地将直眼掏槽应用于大断面开挖深孔爆破,致使炸药单耗偏高。楔形掏槽在大断面开挖深孔爆破中的成功应用,较好地解决了炸药单耗偏高的问题,减少了炸药材料消耗。而且采用楔形掏槽,炮眼个数减少、炮眼利用率提高,从而降低了钻眼机械使用费和施工成本,减少了对围岩的爆破振动,增加了施工安全度。可以预见,斜眼掏槽尤其是楔形掏槽爆破技术,将在隧道大断面开挖深孔爆破施工中得到更多的应用。
3.直眼掏槽
直眼掏槽主要适合用于一次开挖断面较小的隧道爆破掏槽。
(1)优点。
①钻眼作业不受断面尺寸的限制,可以选用大型液压凿岩台车钻眼。
②开眼位置和钻眼方向精度较高。即使是人工风钻打眼,开眼位置和钻眼方向也易于控制。
③便于多台钻机同时钻眼。
(2)缺点。
①直眼掏槽对第一临空面(开挖面)的利用不够充分,必须布置较密集的掏槽眼,采用较高的炸药单耗,才能对槽口内的岩体造成粉碎性破坏,保证形成有效的槽口,必要时还需要钻设大直径空眼作为辅助临空面。
②爆破后槽口处底部(开挖面上)形成一个凹陷破碎区,不便于下一循环掏槽眼的开眼和钻进。所以,直眼掏槽深孔爆破适合在一次开挖断面较小、单掘进进尺较小(S/L值较小)时使用。
(3)中间大直径空眼的作用。
重型凿岩机的投入使用,使得钻大直径(D>100 mm)孔眼并不困难。直眼掏槽多在掏槽眼的中间钻设数量不等的大直径空眼(D=102 mm),其作用相当于为掏槽眼提供临空面。实践证明,钻设大直径空眼,直眼掏槽可以取得良好的掏槽效果。
直眼掏槽的效果与空眼数目、空眼直径及空眼与装药眼的间距等因素密切相关。在中硬和坚硬岩层中,当设计循环进尺在3m以下时,采用1个大直径空眼,掏槽的效果较好;当L为3~3.5 m时,采用2个大直径空眼,掏槽的效果最佳;当L为3.5~5.15 m时,采用3个或4个大直径空眼,掏槽的效果最好。
在硬岩爆破中,当空眼与装药眼间距大于空眼直径的2倍(W>2D)时,爆破后岩体仅产生塑性变形,而不能真正的破碎;当W=(1.0~1.5)D时,效果最好,为破碎抛掷掏槽;当装药眼间距太小时,爆炸作用有时会将相邻炮眼中的炸药(主要指粉状硝铵炸药)挤实,使之因密实度过高而发生拒爆。为了保证掏槽炮眼爆炸后岩渣有足够的膨胀空间,一般要求空眼体积为掏槽槽口体积的2%~10%。
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