炮孔爆破
炮眼爆破法也叫浅孔爆破法，即指炮孔孔径Φ≤50mm，孔深L≤5m的爆破法。到目前为止，此法仍应用普遍。
这种爆破法的优点是：机械设备简单，移动使用灵活方便，操作比较简单易学易掌握，在没有机械设备的条件下，可用手工凿岩爆破。其缺点是：机械化程度不高，工人劳动强度大，劳动生产率低，爆破作业频繁，大大地增加爆破安全管理工作量。
一、井巷掘进中的炮眼爆破
炮眼爆破法是目前井巷掘进中的主要施工方法，特别是在中等以上硬度的岩层中，是唯一经济有效的施工方法。
钻眼爆破是井巷掘进中的主要工序，其他工序都要围绕它进行安排。
(一)炮眼排列
井巷掘进中的炮眼排列按其作用不同分为掏槽眼、辅助眼、崩落眼和周边眼，如图4—4。掏槽眼用于爆破创造出新的自由面，为整个巷道的爆破提供有利条件；辅助眼用来进一步扩大掏槽眼形成的自由面；崩落眼是破碎岩石的主要炮眼；周边眼又称轮廓眼，主要用途是使爆破后的巷道断面、形状和方向符合设计要求。巷道中的周边眼按其所在位置又分为顶眼、帮眼和底眼。
图4—4 各类炮眼位置及其作用范围示意图
a—掏槽；b—扩槽；c—形成巷道规格断面
1—顶眼；2—帮眼；3—底眼
掏槽眼应比其他炮眼超深150～200mm，装药量增加15％～20％。
根据巷道断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼中分为倾斜掏槽、垂直掏槽和混合掏槽三大类。
1．倾斜掏槽
倾斜掏槽是各炮眼与巷道中线和工作面水平方向成一角度。
(1)单向掏槽(单斜掏槽) 掏槽排列成一行并朝一个方向倾斜。主要用于中硬以下和较软岩层，特别是当工作面有不同岩层的条件，炮眼布置在软弱岩层，可布1～2排炮孔，如图4—5。
图4—5 单向掏槽
a—顶部掏槽；b—底部掏槽；c—侧向掏槽；d—扇形掏槽
(2)锥形掏槽 各掏槽眼以相等或近似相等的角度向工作面中心轴线倾斜，眼底趋于集中但不能贯通，爆破后形成锥形槽，见图4—6。眼数、眼深和眼距根据断面大小及岩石软硬而定，眼数一般为3～6个，多为4个，眼口左右间距一般为0．8～1．2m；上下间距为0．6～1．0m，与工作面夹角为55°～70°，眼底间距为0．1～0．2m，眼深应小于巷道高或宽的1／2，各槽眼同时起爆。为了加深掏槽深度和循环进度，可采用分段锥形掏槽。
图4—6 锥形掏槽
a—三角锥形；b—正角锥形；c—圆锥形
(3)楔形掏槽 楔形掏槽和锥形掏槽一样，根据眼底集中装药，爆破成抛掷漏斗的原理，集中装药在眼底成一条直线。它通常由两排对称的相向倾斜炮孔组成，爆破后形成楔形槽。楔形掏槽可分为垂直楔形和水平楔形两种(图4—7)。
图4—7 楔形掏槽
a—垂直楔形掏槽；b—水平楔形掏槽
垂直楔形掏槽，两对水平方向槽眼眼口间距为1．0～1．4m，眼底间距为0．2～0．3m。但对于坚硬岩石，眼底距离不得大于0．2m，装药深度系数一般为0．7，断面大于4m2，炮眼以2～3对用得最多，每对眼间距约0．25～0．6m，眼数为4～6个，槽眼角度一般为60°～70°，眼深一般为巷道宽度的1／4。
倾斜眼掏槽的优点是：掏槽眼数量较少，掏槽体积大，将岩石抛出，有利于其他炮眼的爆破。缺点是：掏槽眼深度受巷道断面的限制，因而影响到每个掘进循环的进尺；岩石抛出距离较远，影响装岩效率。
2．垂直掏槽
所有掏槽眼相互平行，且均垂直于工作面。掏槽眼分空眼和装药眼，空眼为装药眼提供自由面和补偿空间。这种掏槽法，布置方式简单，槽眼深度不受巷道断面限制，便于进行深眼爆破。垂直眼掏槽又分缝形、桶形和螺旋掏槽。
(1)缝形掏槽(直线掏槽) 也叫龟裂掏槽，如图4—8a，掏槽眼直线布置，各炮眼相距0．1～0．2m，空眼与装药眼相间布置，适用于中硬以上岩石。
(2)桶形掏槽 桶形掏槽的体积较大，有利于辅助眼的爆破。利用毫秒雷管分工段起爆，距离小的一对先起爆，距离大的一对后起爆。装药深度系数为0．7～0．8。空眼直径可与装药眼相同或采用直径为75～100mm大直径，以便增大人工自由面，如图4—8b。
图4—8 龟裂掏槽和桶形掏槽
a—龟裂掏槽；b—桶形掏槽
(3)螺旋掏槽 螺旋掏槽的特点是装药眼到空眼距离依次递增，由近及远依次起爆，所以能充分利用自由面的作用扩大掏槽效果(如图4—9)，如炮眼直径为d，则眼距(与中心孔的距离)分别为L1＝(1～1．8)d，L2＝(2～3．5)d，L3＝(3～4．5)d，L4＝(4～5．5)d，遇坚硬难爆的岩石可增加1～2个空眼。空眼可比装药眼长20～30cm，并在眼底装少量炸药(200～500g)，紧接掏槽眼后起爆，以利抛碴。
图4—9 螺旋掏槽原理示意图
a—小直径空眼；b—大直径空眼
垂直掏槽与倾斜掏槽相比，其优点是：眼深不受巷道断面限制，可进行较深炮眼的爆破加大一个循环的进尺；掏槽体积里外较一致，相邻炮孔的最小抵抗线处处相同，爆落的岩块均匀；爆破时岩块不会抛掷过远，爆堆集中在工作面附近，有利于装岩。缺点是：掏槽眼数较多，掏槽体积小，装药眼和空眼的间距不能太大且需相互平行，要求有较高的凿岩技术。
3．混合掏槽
是指两种以上的掏槽方法混合使用。在断面较大、岩石较硬的巷道中，为了弥补直眼掏槽的不足，采用垂直眼和倾斜眼混合掏槽，如图4—10。倾斜眼布置在垂直眼外侧，斜眼与工作面夹角为75°～85°，眼底与垂直眼相距约0．2m，斜眼装药系数为0．4～0．5，垂直眼装药系数为0．7左右。
图4—10 混合掏槽
a－桶形与锥形；b－复式楔形
(二)爆破参数
爆破参数包括孔径Φ、孔深L、孔距d、炸药单耗g、炮孔数目N等。
1．孔径Φ
它的大小直接影响到炮孔数量、凿岩速度、孔深及炸药单耗、孔装药量以及岩石破碎块度等。
随着孔径的增大，炮孔数量就减少，孔深可加大，孔装药量加大，爆破块度加大，单耗也有所增加，凿岩速度下降。巷道掘进中，一般取孔径Φ＝36～43mm，对于巷道断面S≤4m2时，可采用Φ＝25～30mm的小直径炮孔，采用压气装药或高威力炸药，可获得良好的爆破效果。
2．炮孔深度L
孔深指炮孔底部到工作面的垂直距离，而炮孔长度即是沿炮孔方向的实际长度。
炮孔的深度，不仅影响到每个掘进循环的工作量和完成工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度。它是决定掘进循环的主要因素。孔深增大，直接影响到循环进尺、爆破同等体积的循环次数减少，因而减少了装药、警戒、放炮及爆破后的通风时间，从而提高了工作效率。但当巷道断面小，岩石坚硬，夹制作用大，炸药威力受限制等因素的影响，限制了炮孔深度。对于巷道掘进，常用的孔深为L＝1．5～2．5m。在竖井掘进中，孔深与井筒直径D有如下关系：
L＝(0．3～0．5)D (m)
3．炸药单耗g
炸药单耗取决于断面积S的大小、岩石性质、孔径Φ的大小、孔深上等因素。对于断面小，岩石坚硬时，单耗大，最大的可达10kg／m3。当g值取偏小时，爆破后断面达不到设计要求的规格，岩石破碎不均匀，掘进尺寸较小，炮孔利用率低，工作效率低。g取偏高时，不仅浪费炸药，而且会崩坏围岩，破坏围岩的稳定性，岩碴抛散远，爆堆不集中，影响清碴效率，甚至会破坏支护和设备。因此对g值大小应认真把握，经几次试炮后，选取合理单耗。掘进炸药单耗，可参考表4—2。
表4—2 掘进爆破炸药单耗(kg／m3)
有了g值，便可计算一个掘进循环所需的炸药量Q。
Q＝g·S·L·η (kg)
式中：S——掘进断面积，m2；
L——平均炮孔深度，m；
η——炮孔利用率，一般为0．8～0．95。
4．炮孔数量N
炮孔数量取决于掘进断面积、岩石性质、炸药性能以及炮孔直径。炮孔数N可用下式计算：
N＝gS/r·η
式中：g——炸药单耗，kg／m3；
S——掘进断面积，m2；
r——每米长度炸药量，kg／m；
η——炮孔装药系数(装药长度／炮孔长度)。
当N偏小时，将造成大块增加、巷道周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况。相反，当N偏大，孔数过多，将使凿岩工作量增加。因此应据实际情况，选取合理孔数。
(三)巷道掘进中爆破作业的安全要求
1．用爆破法贯通巷道，应有准确的测量图，每班都要在图上填明进度。两工作面相距15m时，地质测量人员应事先下达通知，此后只准从一个工作面向前掘进，并应在双方通向工作面的安全地点派出警戒。双方工作面的人员全部撤至安全地点后，才准起爆。
2．间距小于20m的两条平行巷道中的一条巷道工作面需放炮时，相邻工作面的人员必须撤至安全地点。
3．独头巷道掘进工作面爆破时，必须保持工作面与新鲜风流巷道的畅通。爆破后，人员进入工作面之前，必须用水喷洒爆堆，并进行充分通风。
4．在有煤尘或瓦斯的环境中掘进巷道，装药起爆前和爆破后，必须检查距爆破地点20m以内风流中沼气浓度，当沼气浓度达到或超过1％时，禁止装药爆破。在此环境中爆破，必须使用煤矿安全炸药，并禁止用火雷管起爆。使用毫秒电雷管时，总延期时间不得超过130ms，且不能跳段使用。禁止使用秒或半秒延期雷管。
5，煤矿井下爆破必须用防爆式起爆器，除竖井爆破外，一律不准用动力电源作起爆电源。
6．煤矿井下爆破，炮眼装药量和填塞质量必须符合下列规定：炮眼深度不得小于0．65m；在岩层内爆破，当炮眼深度在0．9m以下时，装药长度不得超过炮眼深度的1／2，炮眼深度大于0．9m时，装药长度不得超过炮眼深度的2／3，剩余部分都应用填塞物填满；在煤层里爆破，填塞长度至少应为炮眼深度的1／2。
在钾矿、石油和石蜡矿中爆破，也与煤矿一样，存在着有爆炸危险的气体，要预防爆破作业引起的瓦斯、氢气、油蒸汽爆炸。
二、地下矿小台阶炮孔爆破
它与井巷掘进相比有以下特点：有两个以上自由面；爆破面积和爆破量较大。对爆破的要求是：爆破作业安全；每米炮眼的崩矿量大；大块少，二次破碎量小，材料消耗少。
(一)炮眼排列
炮眼方向有两种：即向上眼和水平眼，见图4—11，炮眼排列有平行排列，其布眼方式是方形或矩形布置；另一种为交错排列，布眼方式为梅花形。后一种排列，在实际中应用较广泛，其爆炸能量在岩石中分布较均匀，爆后块度也较均匀。
图4—11 炮眼方向
(二)爆破参数
孔径Φ：一般取Φ＝38～42mm；孔深L，它与矿体和围岩性质及矿体厚度有关，地下落矿常取L＝1．5～2．5m，也有的达L＝3～4m。
最小抵抗线ω和孔距a：当ω与a取大值时，会使大块率增加，取小值时，又会出现过粉碎，不仅增加打眼工作量，而且给易氧化、粘结、自燃的矿石及装运工作带来困难。一般为：
ω＝(25～30)Φ d＝(1．0～1．5)ω
炸药单耗g：炸药单耗与岩石性质、炸药性能、炮孔直径、采幅宽度等因素有关，一般说，采幅愈窄，眼深愈大，则炸药单耗大。井下崩矿爆破炸药单耗可参考如下数据：
岩石坚固系数f <8 8～10 10～15
炸药单耗(kg／m3) 0．26～1．0 1．0～1．6 1．6～2．6
一次爆破总药量Q按体积公式计算：
Q＝g·ABL (kg)
式中：L——平均炮眼深度，m；
g——炸药单耗，kg／m3；
A——采幅宽度，m；
B——一次崩矿总长度，m。
(三)浅孔崩矿的安全要求
为了保证爆破作业的安全进行，必须按爆破安全规程有关事项操作：
1．装药前应全面检查顶板和暴露的矿体，如有浮石需及时处理。
2．爆破工作面附近的各人行通道，爆破时应设立标志和警戒，如爆破药量大，应按空气冲击波安全距离警戒。
3．严格执行爆破说明书的凿岩、装药、填塞、起爆顺序等规定，爆破网路要预先检查。对电起爆法在起爆网路通过的地点，应测量杂散电流。如杂散电流大于爆破安全规定时，必须采取措施。
4．在有严重冲击地压的煤层中爆破时，人员必须撤离到100m以外，爆破后进入工作面的时间不得小于30min，以免冒顶片帮造成事故。
5．在高温或具有自燃性的矿床爆破时，必须采取措施防止早爆。对于电雷管当温度高达80℃以上时，桥丝可能脱落。
三、露天小台阶炮孔爆破
对于爆破厚度在5m以内的地基平整爆破，公路、铁路、水利建设等露天爆破，浅孔小台阶爆破常广泛应用。
(一)炮孔排列
一般有单排和多排两类，其布眼形式，对于多排爆破，炮眼可布成平行眼和交错眼，与地下小台阶爆破的布眼形式相似。其炮眼参数见图4—12和小台阶炮眼见图4—13。
图4—12 露天小台阶炮眼爆破
H—台阶高度；L—眼深；h—超深；l1—装药长度；l2—堵塞长度；W底—底盘抵抗线
图4—13 小台阶炮眼图
1—垂直炮眼；2—斜炮眼
(二)爆破参数
1．孔径Φ和孔深L
一般为Φ≤50mm，L≤5m。
2．底盘抵抗线 W底
W底＝(0．4～1．0)H
式中：H——台阶高度，m。
当硬岩时，H较大，取小值，否则反之。
3．孔超深h
h＝(0．1～0．15)H
4．孔距a
d＝(1．0～2．0)W底
d＝((0．5～1．0)L
5．单耗g
与岩石性质、炸药特性有关，对于2号岩石炸药，g＝0．2～0．6kg／m3
孔装药量Q孔
Q孔＝g·L·d·ω，对于多排，Q孔＝g·L·a·b
式中：ω——最小抵抗线，m；
b——排距，m；
其余符号同上。
四、炮眼爆破施工
1．装药前的准备工作
检查炮孔，包括孔位、孔深等都要进行观察、验收；孔内有无塌孔、积水、堵塞等，若有问题都应进行处理。
2．装药与堵塞
按预先设计雷管的段数、孔装药量、装药结构、起爆药包位置、堵塞长度等进行装药堵塞。装药过程中应认真细致，保证装药和堵塞质量，保护电雷管脚线或导爆管等不受破坏。
3．联线、警戒、起爆
按设计进行联线，确保联线质量。在爆区四周的主要道口设置警戒。起爆前所有人员撤至安全线外，在爆破安全半径外设置视觉信号——红旗，警戒时，设置听觉信号——警报或锣声或口哨声等。起爆时应设置预备信号、起爆信号和解除信号。起爆信号应由爆破负责人发布，必须在所有人员撤至安全半径外方可发布起爆信号；起爆后，经一定时间，确认爆区无危险情况时，由爆破负责人发出解除信号。发布解除信号后，人员方可进入爆区。
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