立井掘进冻结砾石层爆破技术初步研究.pdf

◎试验研究◎ 立井掘进冻结砾石层爆破技术初步研究 11 立井掘进冻结砾石层爆破技术初步研究 曹光保 1 徐华生2 傅菊根1 1 安徽理工大学，安徽省淮南市，23001；淮南矿业集团丁集煤矿，安徽省淮南市 23001 摘 要 在立井冻结砾石层段施工中，采用伞形钻架配备重型导轨式凿岩机钻眼，优选抗冻性能良好的岩石乳化 炸药并采用塑料管整体装药结构，优化爆破参数，孔内半秒延期非电雷管，孔外电雷管起爆。结果证明与人工 挖掘相比，爆破掘进速度提高两倍以上，冻土破碎均匀、抓岩生产率高，取得了良好的效果。有效地解决了工程 实践中实际问题。 关键词 立井 冻结砾石层 乳化炸药 非电雷管 中图分类号 TD 262.6 文献标识码 A Study of Blasting Techniques of Frozen Gravel Stratum in Vertical Well Tunneling Cao Guangbao1 Xu Huasheng2 Fu Jugen1 1 Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui，232001 2 Huainan Mining Croup Co.，Huainan Anhui，232001 Abstract In the construction of frozen gravel stratum in vertical well，the umbrella drilling cramp allocating a guided heavy-duty jack drills are adopted to drill borehole，selecting emulsified stone-explosives with good frost resisting property and using plastic tube for integral charge，optimizing the detonation parameters，making use of inner non-electric detonators of half second delay and priming the electric detonators out of the hole．The results showed that the speed of tunneling compared with man excavating the frozen soil was improved more than twice times，and the broken frozen soil are uni with higher productivity of grabbing the broken soil，so this blasting techniques can solve the physical problems of engineering practice effectively． Key words vertical well；frozen gravel stratum；emulsion explosive；non-electric detonator 1 工程概况 冻结法凿井是立井通过不稳定表土层的最有效施工方法之一， 特别对于深厚表土， 淮南矿业集团丁 时间间隔的选取原则是（1）间隔时间内流量累计必须大于传感器的分辨率；（2）间隔时间必须与生 产线实际相适应，并考虑流量控制相对于采集信号的滞后性，既满足实时在线计量的要求，又避免控制 指令频度高而出现反复调节变频器的情况。实践中采用的时间间隔为 1 min，供料累计重量变化理论值 为 0.06 kg。而在 1 min 时间间隔内，系统不具备对流量的实时在线计量功能，这个时间间隔不影响生 产线监控整体的实时性。 实际应用表明称重式计量供料系统运行稳定可靠，计量相对误差小于 0.5。流量控制的滞后性 小，基本可在数据处理中忽略，完全适应生产线实际要求。 4 结束语 乳化炸药微机监控的全连续生产线技术应用方兴未艾， 但各生产线的自动监控范围存在差异。 称重 式计量器准确度高、可靠性好，并有很好的耐久性。在每一次计量周期，微机控制系统根据计量重量的 变化会立刻修正供料系统的输出重量以符合理想值。 上述设计实现了乳化炸药全连续生产中促进剂的实 时在线计量和供料自动控制，测量和控制具有很好的精度及整体可靠性，性能价格比高，适合乳化炸药 连续生产线监控系统采用。 12 煤 矿 爆 破 2006年第3期总第74期 集煤矿主井、副井和风井三个井筒就是采用此种方法。冻结深度 560～580m，其中表土段 540～560 m。 在井筒垂深 490～520 m 左右有 25～30 m 的砾石粘土层，砾石有大有小，较多粒径在 100～300 mm 之 间，致密坚硬，强度高，其间间隙大。充填物主要是粘土，与砾石胶结性差。冻土段采用风镐、风铲等 破土，进入砾石层后此种掘进方法速度太慢，一个段高（2.5 m）循环时间需 70 多个小时。也曾设计并 尝试采用普通气退式凿岩机钻眼，但钻眼过程中冰融化，粘土包裹钎头，堵塞出气孔，易卡钻，钻眼速 度低，且由于长时间低温状态（实测井帮温度在－18℃～－20℃） ，凿岩机也易冻实不工作。为了加快 掘进速度，经过多方技术论证，决定采用伞形钻架配备重型导轨式凿岩机钻眼，优选抗冻性能良好的岩 石乳化炸药，优化爆破参数，孔内采用网路连接简单的非电半秒延期雷管，孔外电雷管起爆。在风井冻 结砾石层掘进爆破的初步研究结果表明冻结砾石层掘进速度大幅度提高，冻结管安全完好，取得了良 好技术经济的效果。 2 爆破准备 2.1 钻眼机具和爆破器材 普通的气退式凿岩机打眼，卡钻情况严重，而遇到砾石时，煤电钻由无法钻进。因此设计采用伞型 钻架配备 YGZ－70 重型凿岩机，其特点是频率高、冲击功率大、扭矩大，机械拔钎能力强，钻眼速度 快，卡钻概率小，工人劳动强度低。采用 B25 mm4200 mm 钎杆，直径 55 mm 的十字形钎头。 乳化炸药不仅抗水性能强，爆炸威力高，而且抗冻性能好，因此选用了乳化炸药，规格φ35 mm 180 mm200 g。为降低爆破震动对冻结管和冻结壁的影响，在无沼气（实测沼气浓度为零）情况下， 孔内采用起爆可靠度较高的段间半秒延期非电导爆雷管， ，孔外电雷管闭合网路，地面动力电源起爆。 2.2 装药结构试验 试验前采用乳化炸药、普通毫秒电雷管起爆，多次出现或多或少的拒爆现象。经检查发现，除了 10～20 的雷管由于起爆能力不足发生拒爆外，约有 80～90 的炸药拒爆。后经仔细分析和论证 一致认为，导致乳化炸药拒爆的原因可能有两个方面一是乳化炸药的抗冻性能差，低温下爆轰感度降 低；二是炮孔中的水结冰后，体积增大，压力升高，使乳化炸药发生压缩变形，其内用以提高敏感度的 的敏化气泡破裂或使炸药密度超过其临界密度而使炸药拒爆。 为了找出乳化炸药拒爆的原因，我们进行了乳化炸药抗冻试验。具体做法是将乳化炸药直接放入 －32℃的盐水中浸泡 4 h（井下从装药到起爆的时间约 2 h） ，取出装入盛有同样盐水的保温瓶中（以保 证炸药爆炸时的温度不变）带至试爆现场进行起爆试验。多次试验结果表明，在－32℃的温度下乳化炸 药均能完全爆轰，因此导致乳化炸药拒爆的原因只能是后者。 为确保装药可靠起爆，我们又进行了装药结构试验。设计采用药卷外套 PVC 塑料管的整体装药方 式，塑料管直径 40 mm，壁后 1.0 mm，药卷直径 35 mm，装药不耦合系数 1.14。装药时先用黄泥将塑 料管的一端封实，然后管内连续装药，起爆药包置于眼口第二个药卷处，即采用正向装药结构，最后黄 泥封堵管口。对于周边眼，则采用管内预留空气垫层装药结构。管头两端封填长度 200 mm。这样可以 使炸药与水隔开，由于塑料套管壁具有一定的强度，炮孔中水结冰膨胀压力作用下，即便塑料套管产生 小量变形， 但由于塑料管和药卷间尚有一定的环向间隙， 仍不会使塑料管内的炸药受压而变形或密度增 大，完全能保证乳化炸药的正常起爆。试验时，将装药后的塑料管置入直径 55 mm 的大塑料管（模拟 炮孔）中，管内充满水，放入盐水池内冷冻 24 h，取出在地面试验场地中起爆，三次全爆，可靠起爆率 100。试验验证了此种装药结构的可行性。 3 爆破参数及试验实施 初步试验研究在风井井筒进行，该井筒掘进直径为 11.8 m，掘进断面积 109.3 m2。根据砾石粘土层 的结构特性及已有的立井冻土爆破研究成果和成功的实践经验[15]，进行爆破参数设计。同时，为确保 冻结管和冻结壁的安全，试验中严格控制装药量，采用半秒延期非电导爆管雷管起爆，并采用周边控界 ◎试验研究◎ 立井掘进冻结砾石层爆破技术初步研究 13 爆破技术。经试爆调整后的爆破参数见表 1。 实际爆破时吸取以前卡钻的教训和降低钻眼时的粉尘，用热水湿式钻眼，效果较好，但大量长时间 的供应热水很不方面。试用清水，在较快的钻眼速度下，同样有较好的效果。炮眼钻到底后，及时扫眼 并堵眼。按设计的爆破参数钻眼和装药，孔内分段延期，孔外瞬发电雷管起爆，簇并联电爆网路，每发 电雷管起爆非电导爆管 10 根，最多不得超过 15 根，以保证可靠起爆，因工作面非电导爆管较多，为避 免起爆雷管飞片切断导爆管，捆绑好后，用炮泥或砂子覆盖每个起爆点。为了防止万一爆破导致冻结管 断裂，盐水外泄，爆破前半小时通知冻结站关闭所有盐水管路。爆破后应检查冻结站的盐水循环情况和 冻结壁的情况。 表 1 立井井筒爆破参数 炮眼名称 眼数 眼深 /m 圈径 /m 眼距 /mm 单孔装药 /卷 单孔药量 /kg 装药量 /kg 雷管 段别 起爆 顺序 掏槽眼 6 2.8 1.8 800 12 2.4 14.4 1 Ⅰ 掏槽眼 12 2.8 3.2 850 12 2.4 28.8 2 Ⅱ 崩落眼 18 2.5 5.3 920 10 2.0 36.0 3 Ⅲ 崩落眼 27 2.5 7.3 850 10 2.0 54.0 4 Ⅳ 崩落眼 38 2.5 9.6 800 8 1.6 57.6 5 Ⅴ 周边眼 65 2.5 11.6 560 5 1.0 65.0 6 Ⅵ 由于采取了防止炸药拒爆的有效措施和优化了爆破参数， 在继后的掘进爆破中， 没有出现盲炮现象， 平均炮眼利用率达到 82 以上，爆破块度均匀，冻土隆起，上抛量少，凿井设备无损，冻结管和冻结 壁保持完好。周边只需少量刷挖，成型质量高，既保证了施工安全，又提高了掘进速度，平均一个段高 循环时间在 50 h 左右，与以前相比缩短了 30 以上。 4 结语 试验研究结果表明 （1）乳化炸药具有良好的抗冻性和抗水性，但用在立井冻结段需注意炮孔冻结 水结冰膨胀压力对其的压缩降敏作用，应采取特殊装药结构抗压，以确保其可靠起爆，塑料管整体装药 结构就是一种很好的实例。 （2）在无沼气的情况下，对分段延期起爆加大段间延迟时间间隔，采用四分 之一秒或半秒较为适宜。一方面降低了爆破震动，利于保护冻结管和冻结壁；另一方面，又能使段间冻 土充分破碎并移动，新自由面完全形成。 （3）采用伞钻配重型导轨式凿岩机，可有效解决冻土爆破钻眼 时的卡钻问题。因此，只要技术手段正确，爆破参数合理，爆破施工严谨，安全措施得当，在冻结砾石 粘土混合层实施中深孔爆破是完全可行的。 参考文献 1 韩光利，杨满春．冻结段爆破技术研究[M]．中国建井技术五十年．北京煤炭工业出版社，1999，156-163 2 张甫之，崔建井．立井冻结段爆破施工安全技术[J]．煤炭工程，2003，22（2） 61-63 3 宗琦，马芹永．冻土光面爆破参数模型试验研究[J]．冰川冻土，1998，20（1） 60-63 4 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