超深孔一次或分段爆破成井技術(shù)應(yīng)用

超深孔一次（分段）爆炸成井技術(shù)是根據(jù)每個鼓室的截面大小，從上到下挖孔（或從下到上挖掘孔），然后從下到上完全破碎成井。爆炸完成后，上部支撐，下部滾動，下部支撐。相對于其它施工方法,具有安全、工期短、費用低、投入勞動力少等優(yōu)點,是目前比較先進的筒狀硐室施工方法。目前,制約超深孔一次爆破成井技術(shù)推廣使用的主要因素有:①施工質(zhì)量要求高,鉆孔、裝藥、聯(lián)線等工序的高精度施工,才能保證爆破后壁面規(guī)整、矸石塊度均勻等;②爆破施工難度比較大,特別是炮孔下端的封堵、周邊眼及空孔拋擲彈的裝藥等,要求采取特殊的施工方法并制作特殊的施工工具,才能保證順利施工;③為了減小對硐室上下巷道的影響,除鉆孔外,其余工序必須在短時間內(nèi)完成,各工序必須緊密銜接,特別是同時進行的排矸與支護工序。關(guān)于一次成井技術(shù)的研究成果,多數(shù)集中在爆破技術(shù)方面,很少涉及施工工藝。多次施工實踐證明,施工工藝才是制約該技術(shù)推廣的主要瓶頸。因此,為保證一次成井的施工速度和質(zhì)量,需要深入研究切實可行的一次成井施工工藝,包括各作業(yè)工序施工順序的優(yōu)化、各施工工序的施工方法、施工工具及其制作方法、施工管理及安全體制等。1井施工技術(shù)和安全管理措施超深孔一次爆破成井過程包括鉆孔、裝藥爆破和排矸支護3個環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)都有獨特的施工工藝。1.1爆孔,嚴(yán)格控制鉆孔偏轉(zhuǎn)合理地選擇鉆孔機械影響成井的成本,施工工藝的可行性則影響成井的成敗。目前,可選擇的成井鉆孔機械有井下潛孔鉆機、地質(zhì)或探水鉆機,這些機械可在上、下部巷道全深度鉆出全部成井炮孔。TXU—75型鉆機技術(shù)特征如表1所示。超深孔爆破法對鉆孔的要求:一是開孔定位準(zhǔn)確;二是鉆孔偏斜率小。鉆孔偏斜率是深孔爆破成形的關(guān)鍵,要求不大于1%。但是由于爆孔長且直徑大,很容易造成偏斜。防止鉆孔偏斜及糾偏的主要措施有:(1)徹底清除浮渣后,在矸石倉上口澆筑1層20cm厚的混凝土底盤或用風(fēng)鎬找平,在其上面定出炮孔的位置并鉆孔,鉆進時要做到“平”、“直”、“準(zhǔn)”、“齊”,鉆孔臨近全深時,減壓鉆進。(2)安裝導(dǎo)向管能有效減小由于鉆桿晃動造成的鉆孔偏斜。(3)鉆進時,采用重錘法測斜。鉆進每3m測斜一次,鉆孔完成后還應(yīng)進行鉆孔測斜,繪制實測圖,偏斜時可采用以下方法進行處理:①反向回轉(zhuǎn)鉆進糾偏法:當(dāng)鉆孔方位沿鉆頭回轉(zhuǎn)方向偏斜時(如右旋),以反轉(zhuǎn)(左旋)鉆進糾正。②擴孔糾偏法:加大一級鉆具,從較直的孔段向下打掃,將偏的孔段通過擴壁糾直。③回填老孔糾斜法:一般在老孔孔底偏斜段灌注水泥,待凝固后,選用長、粗、重的鉆具,并配無內(nèi)出刃的金屬鉆頭,輕壓慢轉(zhuǎn)并反復(fù)掃孔,恢復(fù)順直的新孔達(dá)到0.5m以上,開始正常鉆進,之后每鉆進3m進行一次測斜。④如果鉆孔打歪、交叉、超偏,充填后重新補孔。1.2包裝爆炸法(1)為骨材料打開溝眼和輔助眼睛的涂層結(jié)構(gòu)上述炮眼一般根據(jù)鉆孔直徑和設(shè)計裝藥量定做藥卷,如若采用小藥卷,一般采用捆綁下放,每個分段除封堵合計長度外,連續(xù)裝藥。正常裝藥量2倍由于周邊眼的裝藥藥卷太細(xì),為了防止藥卷彎曲,必須把藥卷綁扎在?2mm左右的粗繩上,外敷導(dǎo)爆索后形成藥串,安裝雷管后,裝入?60mm左右塑料管內(nèi)。為保證頂?shù)撞砍浞终ㄩ_,加大頂?shù)?.5～1.0m范圍內(nèi)的裝藥量,其藥量為正常裝藥量的2倍。形成完整的藥包后,提塑料管徐徐送入相應(yīng)的孔內(nèi),利用藥串上的粗繩懸吊在孔外。爆破筒、雷管的安裝為防止其它炮孔擠死空孔裝藥,特制做鋼管拋擲爆破筒,安置在每個分段的中心空孔。鋼管拋擲爆破筒的制作:爆破筒規(guī)格?89×600mm,壁厚4mm。為了將爆破筒固定在設(shè)計位置,在鋼管上裝置4個翼爪(傘肋),翼爪用厚2mm,寬20mm,長100mm的鋼板制作,尾部削成尖狀,使用彈性材料焊接在爆破筒腰部,與爆破筒保證有15°～20°張角。裝填前應(yīng)檢查鋼管封底是否嚴(yán)密,然后裝入高猛度炸藥。為使起爆可靠,爆破筒裝設(shè)2個雷管,裝雷管時,周圍必須有炸藥包裹,安設(shè)深度等于爆破筒全長的1/3。放入雷管后,將雷管腳線引出,纏在爆破筒上,以免牽動或拔出雷管。在炸藥上敷放數(shù)層硬紙板,再用環(huán)氧樹脂澆注密封。安置時,利用鐵絲懸吊鋼管拋擲爆破筒,從孔底向上提升,利用翼爪將其卡在每個分段中心空孔的指定位置。(2)木錨封孔木錨制作為了準(zhǔn)確得到和對照鉆孔的上下位置,鉆孔一般能打透的要打透,爆破時就涉及封堵方法的問題。炮孔下口封堵技術(shù)見圖1。將中間鉆有小孔的特制木楔用鐵絲穿過,環(huán)形鉛絲連接鐵絲和繩子。封堵時,用繩子慢慢將特制木楔放到孔底。當(dāng)木楔放至并超出孔底口時,木楔大頭自動翻轉(zhuǎn),然后將木楔上提,拉斷鉛絲,使其與下部孔口卡緊。由上部孔口把炮土徐徐倒入孔內(nèi),用木錘夯實,即完成下部封孔。炮孔上口封堵時,將炮泥倒入孔內(nèi),用木錘夯實即可。上部封堵長度一般大于下部封堵長度。木楔制作方法如圖2所示,采用直徑為D的一段圓木,沿ab線截開。尺寸規(guī)定為:①圓木直徑D:d/2<D<2d/3,d為炮孔直徑;②圓木長度H:H>2d;③ab線的位置:B≈1/3H;④鐵絲位置:H/2處,要求鐵絲為硬鐵絲,不易彎曲。(3)爆炸安全技術(shù)措施爆破振動安全半徑爆破振動安全半徑的確定R1=Q1/31/(VK)1/α(1)R1=Q11/3/(VΚ)1/α(1)式中:V為巷道允許振速,有良好支護者取V=30cm/s;R1為爆破振動安全半徑,m;Q1為最大一段齊爆藥量,kg;K為與傳遞巖體有關(guān)的常數(shù);α為衰減系數(shù)。預(yù)防爆破振動的措施主要包括:采用微差爆破技術(shù),減小一次最大齊爆藥量;周邊孔采用不偶合緩沖裝藥結(jié)構(gòu);預(yù)先加固巷道的薄弱部位。ch4安全距離爆破后將產(chǎn)生大量有毒氣體,按規(guī)定空氣中CO濃度<0.15%,CO2濃度<0.5%;CH4濃度<1%;NO2<0.0024%。有毒氣體的安全距離Rg:Rg=KgQ??√(2)Rg=ΚgQ(2)式中:Q為總裝藥量,t;Kg為系數(shù)。為確保安全,防止意外事故發(fā)生,通風(fēng)0.5h后,方可由3個安全檢查人員戴好氧氣呼吸器,進入工作地點確認(rèn)。導(dǎo)爆索、藥包、爆破a)裝藥前,必須對爆破器材進行嚴(yán)格檢驗,要對入庫的爆破材料做各項測試,并在地表進行爆破網(wǎng)路模擬試驗。b)雷管要按設(shè)計的段別備齊,并逐一對號核實,排序;加工起爆藥包要用木錐穿孔插入雷管,并用膠布固定;導(dǎo)爆索與藥包要用膠布捆緊;導(dǎo)爆索與雷管的段別標(biāo)記要留在孔外,以備聯(lián)線時檢查。c)為使每個藥包準(zhǔn)確起爆,選擇毫秒延期電起爆系統(tǒng),合理間隔雷管時差,每個藥包設(shè)置1～2個同段雷管,采用大串聯(lián)電起爆網(wǎng)路。為了克服水對爆破網(wǎng)路的影響,每個聯(lián)結(jié)頭必須用防水絕緣膠布包裹密實。d)裝藥時要用手捏住導(dǎo)爆索,防止裝藥過程中將導(dǎo)爆索擠斷;導(dǎo)爆索連接的同段起爆炮孔,要以三角聯(lián)接法連在一起,其搭接長度不小于200mm。e)裝藥前首先要確定爆破深度,特別是第2段及以上分段爆破時,要確保藥柱在同一高度。f)封堵一定要完全,確保爆炸應(yīng)力波和爆生氣體充分發(fā)揮作用。g)做好預(yù)防拒爆、早爆和雜散電流的工作。1.3排水和蓄水超深孔一次爆破成井技術(shù)的優(yōu)越性之一就是排矸與支護同時進行,即充分利用筒狀硐室內(nèi)矸石高度,作為工作平臺進行支護,隨排矸隨支護。(1)方法主要有2種出矸方法。干條鋼板和---環(huán)爆破前,在矸石倉下部巷道預(yù)計落渣位置,安置若干條鋼板或鎖鏈,連接牽引鋼絲繩。爆破后,需要矸石下落時,沿傾斜巷道向下合理拉動鋼板或鎖鏈,控制矸石倉內(nèi)的矸石下落高度。支護完成后集中出渣。出量及vx值支護時,根據(jù)支護最有利操作高度決定每次出矸量,隨支護,隨出矸。每次出矸量Vx等于矸石倉存留矸石高度下落1m的出矸量V0乘以最有利支護操作高度Ll。Vx=πR2Ll(3)Vx=πR2Ll(3)式中:R為筒狀硐室半徑。為了縮短建設(shè)工期,建議采用分次出矸法。(2)石倉上口安設(shè)防護設(shè)施根據(jù)設(shè)計先掛好矸石倉中心線→檢查施工范圍的頂板情況→安裝穩(wěn)車、接風(fēng)筒、固定扒裝機、接風(fēng)水管路→清理矸石倉上口浮矸等雜物→上口安設(shè)防護柵欄→倉體支護、出矸→安裝吊盤、封蓋矸石倉上口→倉體支護與出矸循環(huán)進行→鋪設(shè)下縮口工字鋼、下倉口預(yù)埋件→支設(shè)盒子板→澆注下縮口→回撤吊盤、盒子板→清理施工地點的衛(wèi)生。(3)石倉下口支護①經(jīng)全斷面一次深孔爆破成形后,由上至下逐米進行支護,一段支護完成后從矸石倉下口集中排出爆破后的浮矸,隨支護隨排矸。②支護時矸石倉內(nèi)施工人員可站吊盤上施工;也可先將矸石整平,鋪設(shè)木板、掛安全帶后進行支護作業(yè),安全帶固定于矸石倉壁面或矸石倉上口牢固位置。③矸石倉施工一定深度后,利用I20型號左右的工字鋼、大木板、舊皮帶等物料封閉倉口,留出行人口及風(fēng)筒口等,其他輸料管、壓風(fēng)管、水管等均固定在倉口封口盤上。④矸石倉下口安設(shè)30B型號左右扒裝機裝車。以上述超深孔一次爆破成井施工工藝為指導(dǎo),在華豐礦-750煤矸分離矸石倉完成了爆破施工任務(wù)。2超深孔一次爆炸方案2.1現(xiàn)場施工條件華豐礦-750煤矸分離矸石倉的掘進目的是為完善礦井原煤生產(chǎn)中矸石分離的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。矸石倉上部為-750m水平煤倉上繞道,下部為-750m卸載站通道?，F(xiàn)場施工條件為:①矸石倉規(guī)格。垂直凈高度為10.5m,掘進直徑為5.6m,荒斷面積為24.6m2。②地質(zhì)條件。該矸石倉處于煤6至一灰之間的煤巖層內(nèi),所穿巖石以中、細(xì)砂巖為主。根據(jù)已揭露附近巷道水文、地質(zhì)條件,該矸石倉地質(zhì)條件簡單,不會出現(xiàn)大量涌水現(xiàn)象。③炸藥主要指標(biāo)。使用煤礦許用二級水膠炸藥。其規(guī)格:質(zhì)量為100g/個,直徑為27mm,長度為100mm。④現(xiàn)場鉆孔直徑為:空孔127mm,其余75mm。2.2爆炸方案采用一次成井爆破技術(shù),即全深度一次鉆孔,分段裝藥,延期起爆,爆破后隨支護隨出矸。(1)輔助拋渣作用為保證爆破效果,充分利用拋渣孔的自由面作用和輔助拋渣作用,掏槽方式采用由中心拋渣孔和4個裂槽孔組成的含拋渣孔的菱形掏槽方式,裂槽孔距拋渣孔距離分別為300mm和400mm。(2)ms為5m、25m、25m、25m、25m、25m、25m、25m、0.采用先兩端后中間光面爆破技術(shù),電雷管段數(shù)為10段,延期時間分別為0ms、25ms、50ms、75ms、110ms、150ms、200ms、250ms、310ms和380ms。為使每個藥包準(zhǔn)確起爆,每個藥包設(shè)置2個同段并聯(lián)雷管,然后再進行大串聯(lián)。(3)爆炸參數(shù)設(shè)計石倉成井分段應(yīng)用利文斯頓爆破原理和掏槽爆破理論,同時考慮施工質(zhì)量和補償空間要求,矸石倉采用一次鉆孔三分段裝藥爆破成井技術(shù),分段高度為:第1、2分段2.5m,第3分段5.5m。檢波孔的單位藥劑消耗量基于巖石爆破理論,并考慮補償空間的要求,確定輔助孔和周邊孔的炮孔間距及抵抗線;掏槽孔的單位炸藥消耗量由修正的蘭格福斯公式確定。炮孔布置及炸藥消耗量如圖3、表2、表3和表4所示。(4)循環(huán)進尺的測定支護工序采用“三七”制(一天分4個班次,3個班7h,檢修班3h)組織生產(chǎn),每班一個循環(huán),循環(huán)進尺1.0m。支護工序正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表如表5所述。2.3施工方法原因通過對施工過程和矸石倉成型、矸石塊度等評價指標(biāo)的分析,得出:(1)矸石倉成型較好,爆破矸石塊度適中,原因在于,施工過程中以上述鉆孔、裝藥聯(lián)線等施工方法為指導(dǎo),提高了施工質(zhì)量。(2)裝藥速度和質(zhì)量明顯提高,原因在于提出的掏槽眼、空孔、輔助眼及周邊眼裝藥方法和炮孔下端木楔封堵方法,解決了超深孔裝藥難的問題。(3)對上下巷道使用的影響時間短,原因在于采用排矸與支護相銜接的施工方法,提高了施工速度。3超深孔一次爆破成井技術(shù)(1)提出了鉆孔防偏斜及糾偏措施,并總結(jié)了裝藥注意事項,提高了鉆孔和裝藥施工質(zhì)量,從而提高了爆破