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第九章 爆破工
第一节 炸药的基础知识
一、炸药与爆炸的基本概念
1.炸药
炸药是在一定条件下能够发生快速化学反应、放出能量、生成气体产物、显示爆炸效应的化合物或混合物。
2.爆炸
爆炸是物质系统一种极其迅速的物理或化学变化。在变化过程中，瞬间放出其内含能量，并借助于系统内原有气体或爆炸生成的气体的膨胀，对系统周围介质做功，使之发生巨大的破坏效应，同时可能伴随声、光、热效应。爆炸可分为：化学爆炸、物理爆炸和核爆炸。炸药爆炸属于化学爆炸。
3.炸药爆炸的形式
炸药爆炸的形式有三种：爆炸、爆轰和燃烧。
(1)爆炸：是指炸药以每秒数百米至数千米可变速度进行的爆炸反应过程。变速爆炸又叫非稳定性爆炸。
(2)爆轰：是指炸药以每秒数十米不变的速度进行的爆炸反应过程。恒速爆炸又叫稳定性爆炸。
(3)燃烧：是指炸药以每秒数十毫米至数米的速度进行快速燃烧的过程。燃烧速度一般为每秒数毫米至数厘米，但最大可达每秒数百米，只产生微弱的声响，没有产生冲击波。
这3种爆炸形式在一定条件下是可以相互转化的。
4.炸药爆炸的基本特征
(1)反应的放热性。炸药爆炸反应都属于放热反应，爆炸过程中放出的大量热是对周围介质做功的能量。
(2)生成大量的气体。气体介质把炸药爆炸放出的大量热转化为机械功，对周围介质做功。
(3)化学反应和传播的快速性。炸药爆炸反应时间只需要几微秒至几十微秒；炸药爆炸传播的速度可达每秒数千米。
炸药爆炸的基本特征也是任何化学爆炸必须同时具备的3个条件，通常称其为爆炸的三要素。
5.炸药的氧平衡
是用来表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的关系。炸药的氧平衡可分为：正氧平衡、负氧平衡和零氧平衡。煤矿中常用的炸药为负氧平衡和零氧平衡。
二、炸药的组成与分类
1.炸药的组成
炸药的主要元素是C、H、0、N。炸药爆炸的过程就是C、H原子氧化的过程。氧化时所需的氧并不取自周围空气，而是炸药本身就含有的，这是炸药与燃料的重要区别之一。另外，炸药具有燃料所没有的高能密度，单位体积放出的热量远比燃料多得多。
2.炸药的分类
炸药的分类方法很多，常见的分类方法如下：
(1)按炸药的组成可分为：单质炸药和混合炸药。
单质炸药：是各组成元素以一定的化学结构存在于同一分子中的炸药。
混合炸药：是由两种以上分子组成的混合物。它可以根据对炸药性能的要求调配不同的组分。工业炸药多为混合炸药。
(2)按炸药的用途可分为：起爆药、猛炸药和发射药(火药)3种。
起爆药的特点是，在很小的外界能量(如加热、火焰、摩擦、机械能冲击等)作用下就能爆炸，因此，常用做雷管的起爆药。起爆药有雷汞、叠氮化铅和二硝基重氮酚等。由于二硝基重氮酚的原料来源广，生产工艺简单、安全，成本低，而且具有良好的起爆性能，因此，广泛应用。
猛炸药的特点是：对外能的敏感程度比起爆药低，但爆炸威力大，主要用于起爆器材的加强药和改善炸药性能的附加成分。
发射药的特点是：能稳定燃烧并产生一定的推力。在工业上，主要用做起爆器材，如用黑火药做导火索药芯。
三、煤矿常用炸药
(一)煤矿常用炸药的种类
1.矿用炸药的分类
矿用炸药的分类见表9-1。
2.煤矿许用炸药的分类
煤矿许用炸药的分类见表9-2。
煤矿许用炸药按其组分分为：硝铵类、铵梯类、硝化甘油类、水胶类和乳化类。
3.矿许用炸药中各成分的作用或特点
(1)硝酸铵：含氧丰富，物理状态好，来源丰富，价格低，安全性好，是制造混合炸药的主要原料。
(2)梯恩梯(TNT)：三硝基甲苯，有机化合物，黄色片状结晶，一般含量为10％～17％，用6～8号工业雷管起爆。
(3)木粉：锯末，作松散剂，其作用是防止炸药结块。
(4)食盐：氯化钠，主要作消焰剂。主要作用是快速吸热，缓慢放热，降低爆温，消除火焰。
(5)石蜡、沥青：作防潮剂，占6％～14％。
(二)煤矿许用炸药的特点
1.煤矿对炸药的要求
(1)爆温要低，不能超过瓦斯的燃点，一般低于750℃。
(2)作用时间短，不能超过瓦斯爆炸的感应时间，一般短于3秒。
(3)化学氧平衡接近于零，偏差不大于0.55。
2.《煤矿安全规程》对煤矿炸药的规定
井下爆破作业，必须使用煤矿许用炸药和煤矿许用雷管。煤矿许用炸药的选用应遵照下列规定：
(1)低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。
(2)低瓦斯矿井的煤层掘进工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。
(3)高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。有煤(岩)与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。
严禁使用黑火药和冻结或半冻结的硝铵甘油炸药。同一工作面不得使用两种不同品种的炸药。
采掘工作面，必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用的毫秒延期电雷管。使用煤矿许用的毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130毫秒。不同厂家生产的或不同品种的电雷管，不得掺混使用。不得使用导爆管或普通导爆索，严禁使用火雷管。
表9-1 矿用炸药分类
矿
用
炸
药
硝酸铵炸药
铵梯炸药
岩石铵梯炸药
煤矿铵梯炸药
廉价炸药
铵油炸药
铵沥腊炸药
铵松炸药
粉状高威力炸药
铵梯黑炸药
铵梯铝炸药
含水炸药
浆状炸药

水胶炸药

乳化炸药

硝化甘油类胶质炸药
普通胶质炸药

难冻胶质炸药

表9-2 煤矿许用炸药
煤矿许用炸药
井下矿用炸药
岩石炸药
露天炸药
矿许用炸药
3.煤矿许用炸药的安全等级
煤矿许用炸药的安全等级共分为5个等级，每个等级的炸药又分3个号，1号威力最大，3号威力最小。
第二节 起爆技术与起爆器材
炸药的起爆方法有电力起爆法和非电力起爆法两种，煤矿井下只能使用电力起爆法。
一、电力起爆技术
(一)瞬发电雷管
通入足够的电流，能在瞬间立即起爆的电雷管为瞬发电雷管，其构造如图9—1所示。

图9—1 瞬发电雷管
1—副起爆药(头遍药)；2—雷管壳；3—副起爆药(二遍药)；
4—正起爆药；5—桥丝；6—硫磺；7—脚线
常用的瞬发电雷管为8号，其装药量与8号火雷管相同，所不同的是管内装有点火装置。点火装置为直插式，引发过程是由电流通过桥丝产生电阻热，瞬间点燃正起爆药，继而引爆副起爆药。正起爆药一经点燃，即使电流中断也能爆炸，瞬发电雷管由通电到爆炸的时间间隔一般不超过10ms，无延期过程。
《煤矿安全规程》规定“不同厂家生产的或不同品种的电雷管不得掺混使用”，因不同厂家不同批号的电雷管使用的桥丝材质或直径不同，如果通以相同的电流，可能出现一种桥丝已经烧断、而另一种桥丝尚未达到点火温度的现象，从而造成部分电雷管拒爆。
瞬发电雷管可分为普通型和煤矿许用型两种。前者可用于无瓦斯工作面，后者可用于高瓦斯煤矿或有瓦斯煤尘爆炸危险的采掘工作面以及有煤与瓦斯突出危险的工作面。
煤矿许用型瞬发电雷管与普通瞬发电雷管结构基本相同。它之所以具有较高的安全性，主要是在副起爆药(猛炸药)中加入了一定量的消焰剂。消焰剂通常采用氯化钾，可以起降低爆温、消焰和隔离瓦斯与爆炸火焰接触的作用，从而有效地预防瓦斯爆炸。
瞬发电雷管在巷道掘进中只能用于全断面分次爆破。
(二)秒延期电雷管
通入足够的电流后，以1秒、半秒间隔时间延期爆炸的电雷管分别为秒、半秒延期电雷管。它和瞬发电雷管的区别是在引火头和加强帽之间增加了一段导火索作为延期引爆元件，改变导火索的长短就可以得到各个段的不同延期时间。同时，为排出导火索燃烧时的气体而不影响导火索的燃速，在雷管壳上设有气孔，秒延期电雷管的结构如图9—2所示。

图9—2 秒延期岩石电雷管
1—脚线；2—硫磺；3—引火药头；4—正起爆药；
5—副起爆药(二遍药)；6—副起爆药(头遍药)；7—雷壳管；
8—加强帽；9—导火索(延期引爆元件)；l0—出气孔
秒延期电雷管为非煤矿许用电雷管，只能用于无瓦斯的岩巷掘进工作面。《煤矿安全规程》规定：在采掘工作面，必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。能用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不超过130ms。秒延期电雷管和半秒延期电雷管各段的间隔时间长达1s或0.5s，当前段雷管爆炸后，瓦斯浓度达到1％以上，后段雷管爆炸时，就很容易引燃瓦斯，而且秒或半秒延期电雷管内的延期药燃烧时，要从电雷管排气孔中喷出火焰和高温气体，也成为引燃瓦斯的危险因素。因此，秒或半秒延期电雷管不能用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面。
(三)毫秒延期电雷管
通入足够的电流，以若干毫秒间隔时间延期爆炸的电雷管为毫秒延期电雷管，简称毫秒电雷管。
毫秒延期电雷管为普通型和煤矿许用型两种。国产普通型毫秒电雷管共20段，结构如图9—3所示。各段延期时间及脚线颜色标志见表9—3。

图9—3 毫秒延期岩石电雷管
1—脚线；2—硫磺；3—引火药头；4—正起爆药；5—副起爆药(二遍药)；
6—副起爆药(头遍药)；7—雷壳管；8—内铜管；9—延期引爆药
普通型毫秒电雷管由于金属管壳、加强帽、聚乙烯绝缘脚线包皮等在雷管爆炸时产生灼热碎片和残渣、延期药燃烧时喷出的高温颗粒残渣、副起爆药爆炸时产生的高温火焰等原因，仍有引爆瓦斯的可能性。
煤矿许用型毫秒电雷管是在猛炸药中加入消焰剂，还将延期药装入铅延期体的5个细管中并加厚管壁，从而使上述不安全因素得到有效解决。结构如图9—4所示。
煤矿许用型毫秒电雷管可用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面，高瓦斯矿井，煤与瓦斯突出矿井。《煤矿安全规程》规定：使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms(即1～5段)。因为经测定在高瓦斯矿井炸药爆炸后160ms，瓦
表9—3 国产毫秒延期电雷管延期时间与标志

图9—4 煤矿许用毫秒延期电雷管
1—脚线；2—铜管壳；3—引火药头；4—铅延期体；5—正起爆药；6—副起爆药
斯浓度达0.3％～0.5％，260 ms时为0.3％～0.95％，360ms时为0.35％～1.6％，局部地点瓦斯浓度将更高，而130ms仅有360ms的三分之一多一点，瓦斯的涌出浓度比瓦斯的爆炸下限少83％～86％，因而有足够的安全系数，而且煤矿许用毫秒延期电雷管不存在从排气孔中喷出火焰和高温气体的问题。因而，煤矿许用毫秒电雷管可用于井下有瓦斯煤尘爆炸危险的工作面。
(四)抗杂散电流雷管
抗杂散电流雷管又可分为无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管和低阻桥丝式抗杂散电流毫秒电雷管。
1.无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管
雷管结构如图9—5所示，其特点是取消了桥丝而在引火药中加入乙炔、石墨、炭黑等导电物质，做成有导电性的引火头，这种引火头的电阻不是固定值，当外加电压小于额定电压时其电阻值较大，通过电流小，不足以引燃引火药。当外加电源高于额定值时，其电阻下降，导致通过电流变大，发热量增加，直到可以点燃引火药。无桥丝电雷管可保证在5V电压作用下5min不发火。这种雷管不能用动力电源和一般起爆器起爆，要用专门设计的GM—2000型高能脉冲起爆器起爆。不能用一般的电爆网路计算方法进行设计计算，网路导通时不易发现漏联等问题。

图9—5 无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管示意图
1—脚线；2—封口；3—纸垫；4—管壳；5—引火头：6—延期装置；
7—加强帽；8—点火药；9—正起爆药；l0—副起爆药(黑索金)；11—钝化黑索金
2.低阻桥丝式抗杂散电流毫秒电雷管
其结构与普通毫秒电雷管相同，只是用电阻很小的紫铜丝作为桥丝，有较好的抗杂散电流的能力。
二、发爆器及其检测器
《煤矿安全规程》规定：井下放炮都必须使用发爆器，开凿或延深通达地面的井筒时，无瓦斯的井底工作面中可使用其他电源起爆，但电压不得超过380V，并必须有电力起爆接线盒。电力起爆接线盒所用的电源、线路连接的方法、开关的构造、装设的地点等都应编制设计，报矿总工程师批准。发爆器或起爆接线盒都必须采用矿用防爆型(矿用增安型除外)。
(一)晶体管电容式发爆器
发爆器是用来供给电爆网路上的电雷管起爆电能的器具，又称起爆器或放炮器。电容式发爆器有防爆型和非防爆型两种，煤矿井下只准使用防爆型发爆器，它具有体积小，重量轻，外壳防爆，供电时间能控制在6ms以内。6ms后即使网路炸断，裸露线路相碰，也不会产生火花，因受发爆器能力限制，多用于串联网路。
电容式发爆器部件小，结构严密，而且由于井下条件和环境所限，往往因使用检查、保管和维护不当而造成部件损坏，改变或失去起爆和防爆能力，影响安全使用，所以必须做到经常检查、合理使用和妥善保管。
1.检查
下井前领取发爆器时，应检查发爆器外壳、固定螺丝、接线柱和防尘小盖等部件是否完整，毫秒开关是否灵活，发现有破损或发爆能力不足时，应立即更换。入井前要对氖气灯泡做一次试验性检查，如氖气灯泡在发爆器充电时间少于规定时间时闪亮，表明发爆器正常；如充电时间大于规定时间时闪亮，应更换电池。氖气灯泡不亮时，应立即更换。
若使用时间过长，应检查它能否在3ms～6ms内输出足够的电能和自动切断电源，停止供电。
电容式发爆器应定期检查，检查时用新电池做电源，测量输出电流和主电容充电电压以及充电时间。若测量的数值低于额定值，为不合格，应进行大修。
2.使用
使用电容式发爆器时，必须按下列程序和要求操作：
(1)使用前，应先检查氖气灯泡在规定时间内是否发亮，如在规定时间内发亮，则证明发爆能力正常。然后方可准备与放炮母线连接。
(2)爆破工在接到组长发出的放炮命令，并收到瓦斯检查员交来的放炮牌以后，确认人员已全部撤离，并发出规定的放炮信号后，方可解开母线接头接到发爆器的接线柱上，以免发生早爆伤人。
(3)将发爆器与母线连接好后，将开关钥匙接入毫秒开关内，按逆时针方向，转至充电位置，待氖气灯亮后，立即按顺时针方向转至放电位置。如不立即转至放电位置，不但浪费电力，而且由于主电容端电压连续上升，可能引起发爆器内部元件损坏。在放炮后，开关停在“放电”位置上，拔出钥匙由自己保管好，并解下母线，扭成短路挂好。每次放炮后，应及时将防尘小盖盖好，防止煤尘或潮气侵入。
3.保管
发爆器必须由爆破工妥善保管，上下井随身携带，班班升井检查。在井下要挂在支架上或放在木箱里，不要放在潮湿或淋水地点，以免受潮。
《煤矿安全规程》规定：“发爆器的把手、钥匙或电力起爆接线盒的钥匙，必须由爆破工随身携带，严禁转交别人。不到爆破通电时，不得将把手或钥匙插入发爆器或电力起爆接线盒内，爆破后，必须立即将把手或钥匙拔出，摘掉母线并扭结成短路”。
发爆器发生故障，应及时送到井上由专人修理，不得在井下拆开修理，更不得撞击、敲打，发爆器充电时间超过规定，必须及时在地面更换电池；长期不用的发爆器，必须取出电池。
严禁将两个接线柱联线短路打火花检查有无残余电荷和用发爆器检查母线导通，因为它不仅容易击穿电容及其他元件，更容易引起瓦斯煤尘爆炸。
(二)MFBB型发爆器
MFBB型发爆器是在保留MFB系列发爆器的一切功能，并改进FBB型的基础上研制而成的。它消除了MFB系列电容式发爆器在安全上存在的问题。其特点表现在当母线产生虚接、断路和短路等故障时，发爆器即不能充电，从而避免发生爆前火花、丢炮和由于电源连线不良等造成瞎炮；向网路输送的电能与负载相适应，从而避免了大马拉小车引起的高温火花和丢炮等不安全因素；采用了快速接线端子及弹簧压紧结构，接线简单可靠，端子保持清洁，减少了接触电阻，而且不能用接线端子短路作母线打火导通试验，从而可防止因发爆器火花引起的瓦斯燃烧和爆炸事故；通电时间为4ms，比MFB系列发爆器的6ms，更能可靠地防止爆后火花。
MFBB型发爆器由MFB-100型隔爆网路安全闭锁式发爆器、本质安全型爆破测试器、本质安全型爆破用警示器、爆破母线及母线缠绕绞车包箱、本质安全发爆器测量仪组成。
MFBB—100型发爆器适用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面，供引爆串联电雷管用。适用工作环境为海拔1000m以下，相对湿度为≤95±3％，温度为-20℃～+40℃。其技术特征见表9—4。
表9—4 MFBB—100型发爆器技术特征
项 目
内 容
起爆能力/发
电压峰值/V
100
1800
输出引燃冲量/A2·ms
≥8.7
供电时间/ms
≤4
附加功能
控制模块具有无级自动换挡、
恒输出冲量及网路闭锁等功能
充电时间/s
≤20
电源
4.5(R一20型干电池3节串联)
外形尺寸/mm
220×l53×54
质量/kg
≤2
本质安全型爆破测试器(即矿用数字式欧姆表)，是用来测量爆破网路连接情况的数字式仪表，能测出具体数值，取代只能测导通和断路的光电导通表。通过测试，可以了解接触电阻的数值，测试无误后再进行爆破，可确保爆破工作质量，增加安全程度，避免拒爆、瞎炮和丢炮现象，避免发生火花引燃瓦斯。
如测得数值大于或小于规定范围，则说明有断路或短路现象，需要用测试器查找网路中的故障点。
查找故障时，首先将母线一端短路，测另一端母线电阻值，如电阻值在10Ω以上，则说明母线存在接触电阻，即母线有断路、短路或接头有锈蚀处，应检查故障点；如母线完好，再用测试器测量整个串联电雷管的网路，如确认整个串联电雷管网路有故障，就要将整个网路分成几组，再逐个分组进行测量直到查出故障并排除后，再用闭锁式发爆器起爆，可一次起爆成功。
本质安全型爆破用警戒器，适用于井下采煤或掘进巷道，代替拉线、红灯和用人放警戒办法。该警戒器用语言和声音告知人们“前方放炮请您止步”。在井下放炮时，在通往放炮地点的警戒位置安设，起到警戒作用，警戒器可连续放置达4h，警戒器分为语言灯光式和警声灯光式两种。
三、网路检测仪器
(一)导通表
导通表又名测炮器，它是专门用来测量电雷管、放炮母线或电爆网路是否导通的仪表。
常用光电导通表如图9—6所示。

图9—6 光电导通表
(a)—外貌；(b)—线路示意图；1—硒光电池或硅光电池；2—检流计；3—金属片
光电导通表内部电源为硒光电池或硅光电池，在矿灯或其他光线照射下，最高可产生0.5V电压，无光线照射时，不产生电压。使用时，先用矿灯照射电池，同时使被测物件的两端分别与导通表的两个金属片相碰，回路接通，检流表指针转动，表明被测物件导通，无断路；若指针不动表明被测物件不导通，有断路。光电导通表结构简单，体积小，操作方便，导通电流只有几十微安，可确保电雷管导通量的绝对安全，但使用后必须避光保存，以免浪费电池。
(二)爆破线路电桥
爆破线路电桥是用来检查和测量电雷管及电爆网路的通断和电阻的仪表。目前使用的多是205—1型，其外型如图9—7所示。
用爆破线路电桥检测时，先把电雷管脚线或电爆网路的母线接在电桥的两个接线柱上，使转换开关指向“雷管”或“网路”，再用手压下按钮，同时旋转分划盘，若检流表的指针不动，则说明电雷管或网路不通；若检查指针摆动，则说明电雷管或网路导通；当检流表指针居中时，即可松开按钮，此时指针所指分划盘上的读数，即为被测的电雷管或电爆网路的电阻值。这种电桥测量电阻的范围是0.2Ω～50Ω，其工作电流远小于电雷管的安全电流。

图9—7 205—l型爆破线路电桥外形
1—转换开关；2—调整钮；3—检流表；4—电池室
5—外壳；6—分划盘；7—接线柱；8—按钮
第三节 井巷掘进爆破技术
一、概述
钻眼爆破法是目前井巷施工中的主要施工方法，特别是在中等以上硬度的岩层中，是惟一的经济有效的施工方法，其缺点是各工序不连续，机械化作业线配套设备多，组织管理复杂。
钻眼爆破是井巷掘进施工中的主要工序，其他工序都要围绕它进行有序安排。掘进爆破的主要任务是在保证安全的条件下，高速度、高质量地将岩体按规定的断面爆破下来，并尽可能不破坏井筒或巷道围岩。为此，需要在工作面上合理布置一定数量的炮眼，并装填适量的炸药，然后进行爆破。
井巷钻眼爆破掘进时，通常将炮眼分为4种，即掏槽眼、辅助眼、崩落眼和周边眼。掏槽眼用于爆破出新的自由面，为整个巷道爆破提供有利的条件；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，经掏槽眼、辅助眼爆破后，崩落眼就有了大致平行于炮眼的自由面，故能在该自由面方向上形成较大体积的破碎漏斗；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。
二、钻眼爆破参数
井巷掘进过程中，确定合理的爆破参数，是保证爆破效果，加快掘进速度和确保施工安全的重要前提。井巷掘进中主要的爆破参数有单位炸药消耗量，炮眼直径，炮眼深度，炮眼数目等。对于这些参数的确定，国内外有多种计算方法，但由于影响爆破效果的因素很多，计算数据不一定符合实际情况，通常可采用工程类比法或通过实地试验来确定具体情况下的爆破参数。
1.单位炸药消耗量的确定
单位炸药消耗量是指爆破1m3原岩所需的炸药重量，通常用q来表示，单位为kg/m3。单位炸药消耗量随炸药性能、岩石性质、井巷断面以及爆破参数等因素的不同而不同。该值的大小对爆破效果、凿岩和装岩的工作量、炮眼利用率以及巷道成形和围岩稳定性等均有较大影响。单位炸药消耗量较小时，会造成欠挖，爆后断面往往达不到设计要求；单位炸药消耗量较大时，不仅浪费炸药，而且还可能因过剩能量造成围岩破坏超挖、损坏支护和设备。因此，如果q值选用不当，将导致掘进工程技术经济指标降低，影响工程进度。
单位炸药消耗量确定以后，再乘以巷道断面积和每次爆破的进尺即可得到每循环应使用的炸药消耗总量：
Q=ηqSL，kg
式中 S—井巷掘进断面积，m2；
L—平均炮眼深度，m；
η—炮眼利用率，一般为80％～95％。
上式求得的q和Q值是平均值。具体到每个炮眼的装药量应根据炮眼的作用来确定，一般情况下，掏槽眼装药量最大，周边眼装药量最小。
2.炮眼直径的选用
炮眼直径对凿岩速度、眼数、单位炸药消耗量和巷道成形等都有影响。炮眼直径和相应药卷直径的增大，使炸药能量相对地集中，可提高爆速和炸药稳定性。但是，炮眼直径过大时，凿岩速度明显下降，并影响岩石的破碎质量、巷道成形和围岩的稳定性。因此，必须根据凿岩设备和工具、炸药性能以及掘进的其他具体条件予以综合分析，合理地选择炮眼直径。
大断面岩巷掘进时，若采用凿岩台车和高效率凿岩机，可采用38mm～45mm的大直径药卷来进行爆破，以提高爆破利用率和降低爆破材料的消耗。另一方面，在断面较小、岩石坚硬的小断面巷道和使用高威力炸药时，应用25mm～30mm小直径药卷也可取得较好的爆破效果。
3.炮眼数目的确定
炮眼数目主要根据巷道断面、岩石性质和炸药性能等确定。炮眼数过少，将造成大块矸石过多，不利于高效率装岩；炮眼数过多，则增加凿岩工作量。
通常，岩石越坚硬，需要的炮眼就越多。由于多打炮眼将导致工时和成本的增加，因此在保证合格的爆破效果的前提下应尽可能地减少眼数。
4.炮眼深度的确定
炮眼深度和炮眼长度不同，它是指炮眼底到工作面的垂直距离。炮眼深度决定每班循环次数和进尺。为了实现快速掘进，在提高掘进机械化程度和改善劳动组织的前提下，应力求加大眼深和增加循环次数。加大眼深可提高工时利用率，即增加了凿岩和装岩所占工时的百分率，降低了装药、爆破、通风和准备所占工时的百分率。实际施工时，应选用浅眼多循环，还是深眼少循环，应根据施工技术条件、工程地质条件、劳动组织配备和安全要求确定。
三、掏槽爆破
掏槽眼爆破(简称掏槽爆破)的效果是关系到巷道全断面爆破能否取得预想效果的关键环节，其目的是为全断面爆破提供新的自由面。由于掏槽眼受围岩夹制作用，一般掏槽眼的爆破效果在80％左右，因而掏槽眼的深度要比其他炮眼深200mm～300mm。常用的掏槽方法有斜眼掏槽，直眼掏槽和混合掏槽。
(一)斜眼掏槽
斜眼掏槽时各炮眼与巷道中线和工作面水平方向成一角度。其优点是：掏槽体积较大，能将掏槽内的岩石全部抛出，形成有效的自由面，掏槽效果容易保证，眼位容易掌握。其缺点是：斜眼掏槽深度受巷道宽度限制，不适用于深孔爆破，多台钻机作业时，互相干扰。若角度和装药量掌握不好，往往影响爆破效果，容易崩倒支架和崩坏设备；抛掷距离较大，爆破分散，不利于清道和装车等。在现有技术装备和掘进断面大于4m2的各类巷道，2m以内浅眼爆破应用比较普遍，在装备凿岩台车的大断面巷道中，斜眼掏槽已逐渐被直眼掏槽和混合掏槽所取代。
目前常用的斜眼掏槽方式有单斜掏槽、扇形掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽。其中楔形掏槽使用范围比较广泛，适用于各类岩石及中等以上断面。
1.单斜掏槽
适用于中硬及较软的岩层。当岩石中有松软的夹层和层理、节理与裂缝结构时，各掏槽眼应尽量垂直地穿过层理、节理和裂缝，并处于巷道中心线上，可避免夹钎或崩倒支架。眼数一般为l～3个，眼距为0.3m～0.6m，与工作面的平面夹角为50°～75°，眼深为0.8m～1.5m，装药满度系数(装药长度与炮眼长度比值)为0.5左右，炮眼布置如图9—8所示。

图9—8 单斜掏槽炮眼布置
2.扇形掏槽
适用于软岩层中有弱面可利用的巷道。它是一排布置在较软的煤岩层中的炮眼，向同一方面倾斜，与工作面的平面夹角一个比一个大(为45°～90°)，形成扇形。掏槽眼的方向可随软岩层的位置选定。眼数根据断面大小和岩石的硬度选定，一般为3～5个，眼距为0.3m～0.6m，眼深为1.3m～2.0m，装药满度系数为0.5左右，各槽眼利用多段延期电雷管依次起爆，如图9—9所示。
3.锥形掏槽
在只有一个自由面的坚硬岩层或均质岩层中爆破时，采用锥形掏槽，即将几个掏槽炮眼的眼底，集中在一点附近，实行集中装药，一齐起爆，如图9—10所示。
锥形掏槽可分为三眼或四眼锥形掏槽，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0.8m～1.2m，上下间距为0.6m～1.0m，与工作面夹角为55°～70°，眼底间距为0.1m～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。
锥形掏槽因槽眼方向不易掌握，钻眼工作不方便，眼深受到限制，在目前巷道掘进中已很少使用。

图9—9 扇形掏槽炮眼布置
注：l、2、…、6为掏槽跟数目

图9—10 锥形掏槽炮眼布置
(a)—三眼锥形掏槽；(b)—四眼锥形掏槽
注：l、2、3、4为掏槽数目
4.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。槽眼为对称布置，分水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽，如图9—11所示。
垂直楔形掏槽每对水平方向槽眼眼口间距为1.0m～1.4m，眼底间距为0.2m～0.3m，但对于坚硬难爆的岩石，眼底距离不超过0.2m。装药深度系数一般为0.7。槽眼排距(每对槽眼垂直距离)、眼数及槽眼角度根据岩石软硬决定，排距一般为0.3m～0.5m，眼数一般为4～6个，槽眼角度一般为60°～70°，槽眼深度一般为巷道宽度的 l/4。垂直楔形掏槽因受巷道宽度限制，深度较浅，如欲加深，可采用复式楔形掏槽，由内楔和外楔组成，由内向外分段起爆。

图9—11 楔形掏槽炮眼布置
a—垂直楔形掏槽；b—水平楔形掏槽
注：l、2、…、6为掏槽数目
楔形掏槽由于钻眼技术比锥形简单，易于掌握，故适用于任何岩石，因此，在岩巷掘进中使用较广泛。
(二)直眼掏槽
直眼掏槽是指所有掏槽眼的方向均垂直于巷道工作面。槽眼距离较小，并且严格保持平行。通常情况下要留有不装药的空眼，作为槽眼爆破时的自由面和破碎岩石的膨胀空间。
槽眼垂直工作面，布置方式简单，槽眼的深度不受巷道断面限制，便于进行深眼爆破。其优点是：槽眼相互平行，便于实现多台钻机平行作业和采用凿岩台车作业；岩石块度均匀，抛掷距离较近，爆堆集中，便于清道装岩；不易崩坏支架和设备。其缺点是：对槽眼的间距、钻眼质量和装药等要求严格，不易掌握，所需槽眼数目和炸药消耗量偏多，掏槽体积小，掏槽效果不如斜眼掏槽。
直眼掏槽多用于中硬岩层、断面较小的巷道和中深孔爆破中，特别是立井井筒施工中。但有空眼的直眼掏槽不宜在有瓦斯和煤尘爆炸危险的巷道中使用，因空眼内可能渗出或积聚瓦斯，易引燃或引爆瓦斯。
常使用的直眼掏槽方式有直线掏槽、菱形掏槽、角柱掏槽、五星掏槽和螺旋掏槽等。
1.直线掏槽
各个炮眼相距0.1m～0.2m，适用于整体性好的韧性岩石和较小的巷道断面，炮眼布置如图9—12所示。
2.菱形掏槽
菱形掏槽利用毫秒电雷管分两段起爆，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，如图9—13所示。
3.角柱掏槽法
角柱掏槽法用于中硬岩层中。掏槽眼一般用两段毫秒电雷管起爆，如图9—14所示。

图9—12 直线掏槽法炮眼布置
O—空眼；1、2、3—装药眼

图9—13 菱形掏槽法炮眼布置
(a)—普通岩石菱形掏槽；(b)—坚硬岩石菱形掏槽
O—空眼；1、2、3、4—装药眼

图9—14 角柱掏槽法炮眼布置
O—空眼；1、2、3、4—装药眼
4.五星掏槽法
五星掏槽法适用于井下各种条件，掏槽效果比较可靠，中深孔爆破时，可采用4号岩石铵锑炸药或高威力炸药。用毫秒电雷管起爆时，起爆顺序为：1号眼为1段，2～5号眼为2段，装药深度系数为0.7～0.8，如图9—15所示。

图9—15 五星掏槽法炮眼布置
a—空眼间距；b—掏槽装药眼间距
O—空眼：l、2、…、5—装药眼
5.螺旋掏槽
螺旋掏槽适用于中硬以上岩石，是较好的直眼掏槽方式之一。它以中空眼为中心，周边布置四个掏槽眼，逐个加大距离，形成螺旋。在1、2、3号眼连线中间各加一个空眼，作为自由面以防炸药压死，如图9—16所示。

图9—16 螺旋掏槽法炮眼布置
O—空眼；1、2、3、……—装药眼，按顺序起爆；d—炮眼直径
(三)混合式掏槽
在断面较大、岩石较硬的巷道中，为了弥补直眼掏槽的不足，采用直眼与斜眼混合掏槽。斜眼作垂直楔状布置，布置在直眼外侧，斜眼与工作面的夹角为75°～85°，眼底与直眼相距约0.2m，斜眼装药满度系数为0.4～0.5，直眼装药满度系数为0.7左右，如图9—l7所示。

图9—17 混合式掏槽
(a)—菱形直眼混合掏槽；(b)—三角柱直眼混合掏槽
1、2、3—起爆顺序
四、毫秒爆破
毫秒爆破又叫微差爆破，是一种延期爆破，延期间隔时间是几毫秒到几十毫秒。由于前后相邻段药包爆炸时间间隔极短，致使各药包爆炸产生的能量场相互产生影响，而产生一系列良好的效果。
(一)毫秒爆破作用原理
毫秒爆破虽然在国内外应用了多年，但由于矿岩性质复杂，爆破作用时间极短，因而至今尚未总结出一个能够准确指导生产实践的毫秒爆破理论。综合国内外的研究资料，毫秒爆破的基本原理如下：
1.应力增强作用
炸药在岩体中爆炸后，周围的岩石产生变形、位移，处于应力状态中。毫秒爆破时，先起爆的药包在岩体中形成的应力状态还未消失之前，后起爆的药包又在岩体中形成新的应力状态，两个应力叠加使应力增强，因而改善破碎效果。
2.增加自由面作用
先起爆的炮孔爆破，使其附近的岩石产生径向裂隙。径向裂隙发展到一定程度时，后起爆的炮孔再起爆，则这些径向裂隙就成为新的自由面。自由面的增加，有利于后起爆炮孔的破碎作用，爆破的破碎范围就可增大，因而，增大了孔间距和每米炮孔崩矿量，减少了炸药消耗量。
3.岩块间的相互挤压碰撞作用
先爆的岩块在未落下之前，与后爆的岩块相互挤压碰撞。这样可充分地利用能量，使岩块进一步破碎，因而提高爆破质量，易于控制爆堆，减小飞石距离。
4.减弱地震作用
只要选择恰当的毫秒时间间隔，使先后起爆的地震波相互作用，产生干扰，可以使地震消弱，这样可减弱地震波对临近巷道的影响。
(二)毫秒爆破参数
采用毫秒爆破时，其爆破效果除与装药起爆方式和起爆顺序有关外，还决定于所采用的爆破参数。毫秒爆破参数确定方法与一般爆破相同。但在相同爆破参数条件下，毫秒爆破能减小岩石破碎块度。反之，若保持岩石块度不变，采用毫秒爆破时，可增大炮眼间距10％～20％，或增大装药的最小抵抗。
毫秒爆破的另一个重要参数是延期间隔时间。确定合理的毫秒间隔时间和准确地控制它，是关系到毫秒爆破应用成功与否的关键。由于对毫秒爆破破碎矿岩的机理仍无定论，因而，对毫秒间隔时间确定的原则和计算方法仍不统一。在实际爆破工作中，合理的毫秒间隔时间应能得到良好的爆破破碎效果和最大限度地降震。
(三)毫秒爆破的优点
1.可减弱爆破地震效应和空气冲击波的影响，减小飞石距离。
2.可增大一次爆破量，减少爆破次数，提高大型设备的利用率。
3.爆落的矸石块度均匀，大块率低。
4.爆堆形状整齐，爆堆比较集中，有利于提高装岩效率。
5.可以在有瓦斯煤尘爆炸危险的工作面使用，实现全断面一次起爆，缩短爆破和通风时间，提高掘进速度，并有利于工人健康。
(四)毫秒爆破的安全性
在有瓦斯煤尘爆炸危险的地点进行爆破时，以瞬发爆破最安全，但在这种情况下，全断面只能分次放炮。爆破次数越多对巷道掘进进度影响越大，爆破次数越少对爆破效果和震动作用影响越大。采用秒延期爆破时，因延期时间较长，在爆破过程中从煤岩体内泄出的瓦斯有可能达到爆炸界限，因而，不能在有瓦斯爆炸危险的地点使用。
毫秒爆破则克服了瞬发爆破的缺点。同时，只要对总延期时间加以控制，就不会发生秒延期爆炸存在的危险。
《煤矿安全规程》规定：在采掘工作面，使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。采用毫秒爆破时，必须严格按照规程规定进行装药放炮和检查瓦斯。
五、光面爆破
光面爆破，就是控制爆破的作用范围和方向，使爆破后的岩面光滑平整，防止岩面开裂，减少超、欠挖和支护的工作量，增加岩壁的稳定性，减少爆破的振动作用，进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术。
(一)光面爆破机理
光面爆破是沿开挖轮廓线布置间距较小的平行炮孔，在这些光面炮孔中进行药量减少的不耦合装药，然后同时起爆，