超深孔一次或分段爆破成井技术应用

超深孔一次或分段爆破成井技术应用

超深孔一次（分段）爆炸成井技术是根据每个鼓室的截面大小，从上到下挖孔（或从下到上挖掘孔），然后从下到上完全破碎成井。爆炸完成后，上部支撑，下部滚动，下部支撑。相对于其它施工方法,具有安全、工期短、费用低、投入劳动力少等优点,是目前比较先进的筒状硐室施工方法。目前,制约超深孔一次爆破成井技术推广使用的主要因素有:①施工质量要求高,钻孔、装药、联线等工序的高精度施工,才能保证爆破后壁面规整、矸石块度均匀等;②爆破施工难度比较大,特别是炮孔下端的封堵、周边眼及空孔抛掷弹的装药等,要求采取特殊的施工方法并制作特殊的施工工具,才能保证顺利施工;③为了减小对硐室上下巷道的影响,除钻孔外,其余工序必须在短时间内完成,各工序必须紧密衔接,特别是同时进行的排矸与支护工序。关于一次成井技术的研究成果,多数集中在爆破技术方面,很少涉及施工工艺。多次施工实践证明,施工工艺才是制约该技术推广的主要瓶颈。因此,为保证一次成井的施工速度和质量,需要深入研究切实可行的一次成井施工工艺,包括各作业工序施工顺序的优化、各施工工序的施工方法、施工工具及其制作方法、施工管理及安全体制等。1井施工技术和安全管理措施超深孔一次爆破成井过程包括钻孔、装药爆破和排矸支护3个环节,每个环节都有独特的施工工艺。1.1爆孔,严格控制钻孔偏转合理地选择钻孔机械影响成井的成本,施工工艺的可行性则影响成井的成败。目前,可选择的成井钻孔机械有井下潜孔钻机、地质或探水钻机,这些机械可在上、下部巷道全深度钻出全部成井炮孔。TXU—75型钻机技术特征如表1所示。超深孔爆破法对钻孔的要求:一是开孔定位准确;二是钻孔偏斜率小。钻孔偏斜率是深孔爆破成形的关键,要求不大于1%。但是由于爆孔长且直径大,很容易造成偏斜。防止钻孔偏斜及纠偏的主要措施有:(1)彻底清除浮渣后,在矸石仓上口浇筑1层20cm厚的混凝土底盘或用风镐找平,在其上面定出炮孔的位置并钻孔,钻进时要做到“平”、“直”、“准”、“齐”,钻孔临近全深时,减压钻进。(2)安装导向管能有效减小由于钻杆晃动造成的钻孔偏斜。(3)钻进时,采用重锤法测斜。钻进每3m测斜一次,钻孔完成后还应进行钻孔测斜,绘制实测图,偏斜时可采用以下方法进行处理:①反向回转钻进纠偏法:当钻孔方位沿钻头回转方向偏斜时(如右旋),以反转(左旋)钻进纠正。②扩孔纠偏法:加大一级钻具,从较直的孔段向下打扫,将偏的孔段通过扩壁纠直。③回填老孔纠斜法:一般在老孔孔底偏斜段灌注水泥,待凝固后,选用长、粗、重的钻具,并配无内出刃的金属钻头,轻压慢转并反复扫孔,恢复顺直的新孔达到0.5m以上,开始正常钻进,之后每钻进3m进行一次测斜。④如果钻孔打歪、交叉、超偏,充填后重新补孔。1.2包装爆炸法(1)为骨材料打开沟眼和辅助眼睛的涂层结构上述炮眼一般根据钻孔直径和设计装药量定做药卷,如若采用小药卷,一般采用捆绑下放,每个分段除封堵合计长度外,连续装药。正常装药量2倍由于周边眼的装药药卷太细,为了防止药卷弯曲,必须把药卷绑扎在ϕ2mm左右的粗绳上,外敷导爆索后形成药串,安装雷管后,装入ϕ60mm左右塑料管内。为保证顶底部充分炸开,加大顶底0.5～1.0m范围内的装药量,其药量为正常装药量的2倍。形成完整的药包后,提塑料管徐徐送入相应的孔内,利用药串上的粗绳悬吊在孔外。爆破筒、雷管的安装为防止其它炮孔挤死空孔装药,特制做钢管抛掷爆破筒,安置在每个分段的中心空孔。钢管抛掷爆破筒的制作:爆破筒规格ϕ89×600mm,壁厚4mm。为了将爆破筒固定在设计位置,在钢管上装置4个翼爪(伞肋),翼爪用厚2mm,宽20mm,长100mm的钢板制作,尾部削成尖状,使用弹性材料焊接在爆破筒腰部,与爆破筒保证有15°～20°张角。装填前应检查钢管封底是否严密,然后装入高猛度炸药。为使起爆可靠,爆破筒装设2个雷管,装雷管时,周围必须有炸药包裹,安设深度等于爆破筒全长的1/3。放入雷管后,将雷管脚线引出,缠在爆破筒上,以免牵动或拔出雷管。在炸药上敷放数层硬纸板,再用环氧树脂浇注密封。安置时,利用铁丝悬吊钢管抛掷爆破筒,从孔底向上提升,利用翼爪将其卡在每个分段中心空孔的指定位置。(2)木锚封孔木锚制作为了准确得到和对照钻孔的上下位置,钻孔一般能打透的要打透,爆破时就涉及封堵方法的问题。炮孔下口封堵技术见图1。将中间钻有小孔的特制木楔用铁丝穿过,环形铅丝连接铁丝和绳子。封堵时,用绳子慢慢将特制木楔放到孔底。当木楔放至并超出孔底口时,木楔大头自动翻转,然后将木楔上提,拉断铅丝,使其与下部孔口卡紧。由上部孔口把炮土徐徐倒入孔内,用木锤夯实,即完成下部封孔。炮孔上口封堵时,将炮泥倒入孔内,用木锤夯实即可。上部封堵长度一般大于下部封堵长度。木楔制作方法如图2所示,采用直径为D的一段圆木,沿ab线截开。尺寸规定为:①圆木直径D:d/2<D<2d/3,d为炮孔直径;②圆木长度H:H>2d;③ab线的位置:B≈1/3H;④铁丝位置:H/2处,要求铁丝为硬铁丝,不易弯曲。(3)爆炸安全技术措施爆破振动安全半径爆破振动安全半径的确定R1=Q1/31/(VK)1/α(1)R1=Q11/3/(VΚ)1/α(1)式中:V为巷道允许振速,有良好支护者取V=30cm/s;R1为爆破振动安全半径,m;Q1为最大一段齐爆药量,kg;K为与传递岩体有关的常数;α为衰减系数。预防爆破振动的措施主要包括:采用微差爆破技术,减小一次最大齐爆药量;周边孔采用不偶合缓冲装药结构;预先加固巷道的薄弱部位。ch4安全距离爆破后将产生大量有毒气体,按规定空气中CO浓度<0.15%,CO2浓度<0.5%;CH4浓度<1%;NO2<0.0024%。有毒气体的安全距离Rg:Rg=KgQ−−√(2)Rg=ΚgQ(2)式中:Q为总装药量,t;Kg为系数。为确保安全,防止意外事故发生,通风0.5h后,方可由3个安全检查人员戴好氧气呼吸器,进入工作地点确认。导爆索、药包、爆破a)装药前,必须对爆破器材进行严格检验,要对入库的爆破材料做各项测试,并在地表进行爆破网路模拟试验。b)雷管要按设计的段别备齐,并逐一对号核实,排序;加工起爆药包要用木锥穿孔插入雷管,并用胶布固定;导爆索与药包要用胶布捆紧;导爆索与雷管的段别标记要留在孔外,以备联线时检查。c)为使每个药包准确起爆,选择毫秒延期电起爆系统,合理间隔雷管时差,每个药包设置1～2个同段雷管,采用大串联电起爆网路。为了克服水对爆破网路的影响,每个联结头必须用防水绝缘胶布包裹密实。d)装药时要用手捏住导爆索,防止装药过程中将导爆索挤断;导爆索连接的同段起爆炮孔,要以三角联接法连在一起,其搭接长度不小于200mm。e)装药前首先要确定爆破深度,特别是第2段及以上分段爆破时,要确保药柱在同一高度。f)封堵一定要完全,确保爆炸应力波和爆生气体充分发挥作用。g)做好预防拒爆、早爆和杂散电流的工作。1.3排水和蓄水超深孔一次爆破成井技术的优越性之一就是排矸与支护同时进行,即充分利用筒状硐室内矸石高度,作为工作平台进行支护,随排矸随支护。(1)方法主要有2种出矸方法。干条钢板和---环爆破前,在矸石仓下部巷道预计落渣位置,安置若干条钢板或锁链,连接牵引钢丝绳。爆破后,需要矸石下落时,沿倾斜巷道向下合理拉动钢板或锁链,控制矸石仓内的矸石下落高度。支护完成后集中出渣。出量及vx值支护时,根据支护最有利操作高度决定每次出矸量,随支护,随出矸。每次出矸量Vx等于矸石仓存留矸石高度下落1m的出矸量V0乘以最有利支护操作高度Ll。Vx=πR2Ll(3)Vx=πR2Ll(3)式中:R为筒状硐室半径。为了缩短建设工期,建议采用分次出矸法。(2)石仓上口安设防护设施根据设计先挂好矸石仓中心线→检查施工范围的顶板情况→安装稳车、接风筒、固定扒装机、接风水管路→清理矸石仓上口浮矸等杂物→上口安设防护栅栏→仓体支护、出矸→安装吊盘、封盖矸石仓上口→仓体支护与出矸循环进行→铺设下缩口工字钢、下仓口预埋件→支设盒子板→浇注下缩口→回撤吊盘、盒子板→清理施工地点的卫生。(3)石仓下口支护①经全断面一次深孔爆破成形后,由上至下逐米进行支护,一段支护完成后从矸石仓下口集中排出爆破后的浮矸,随支护随排矸。②支护时矸石仓内施工人员可站吊盘上施工;也可先将矸石整平,铺设木板、挂安全带后进行支护作业,安全带固定于矸石仓壁面或矸石仓上口牢固位置。③矸石仓施工一定深度后,利用I20型号左右的工字钢、大木板、旧皮带等物料封闭仓口,留出行人口及风筒口等,其他输料管、压风管、水管等均固定在仓口封口盘上。④矸石仓下口安设30B型号左右扒装机装车。以上述超深孔一次爆破成井施工工艺为指导,在华丰矿-750煤矸分离矸石仓完成了爆破施工任务。2超深孔一次爆炸方案2.1现场施工条件华丰矿-750煤矸分离矸石仓的掘进目的是为完善矿井原煤生产中矸石分离的生产环节。矸石仓上部为-750m水平煤仓上绕道,下部为-750m卸载站通道。现场施工条件为:①矸石仓规格。垂直净高度为10.5m,掘进直径为5.6m,荒断面积为24.6m2。②地质条件。该矸石仓处于煤6至一灰之间的煤岩层内,所穿岩石以中、细砂岩为主。根据已揭露附近巷道水文、地质条件,该矸石仓地质条件简单,不会出现大量涌水现象。③炸药主要指标。使用煤矿许用二级水胶炸药。其规格:质量为100g/个,直径为27mm,长度为100mm。④现场钻孔直径为:空孔127mm,其余75mm。2.2爆炸方案采用一次成井爆破技术,即全深度一次钻孔,分段装药,延期起爆,爆破后随支护随出矸。(1)辅助抛渣作用为保证爆破效果,充分利用抛渣孔的自由面作用和辅助抛渣作用,掏槽方式采用由中心抛渣孔和4个裂槽孔组成的含抛渣孔的菱形掏槽方式,裂槽孔距抛渣孔距离分别为300mm和400mm。(2)ms为5m、25m、25m、25m、25m、25m、25m、25m、0.采用先两端后中间光面爆破技术,电雷管段数为10段,延期时间分别为0ms、25ms、50ms、75ms、110ms、150ms、200ms、250ms、310ms和380ms。为使每个药包准确起爆,每个药包设置2个同段并联雷管,然后再进行大串联。(3)爆炸参数设计石仓成井分段应用利文斯顿爆破原理和掏槽爆破理论,同时考虑施工质量和补偿空间要求,矸石仓采用一次钻孔三分段装药爆破成井技术,分段高度为:第1、2分段2.5m,第3分段5.5m。检波孔的单位药剂消耗量基于岩石爆破理论,并考虑补偿空间的要求,确定辅助孔和周边孔的炮孔间距及抵抗线;掏槽孔的单位炸药消耗量由修正的兰格福斯公式确定。炮孔布置及炸药消耗量如图3、表2、表3和表4所示。(4)循环进尺的测定支护工序采用“三七”制(一天分4个班次,3个班7h,检修班3h)组织生产,每班一个循环,循环进尺1.0m。支护工序正规循环作业图表如表5所述。2.3施工方法原因通过对施工过程和矸石仓成型、矸石块度等评价指标的分析,得出:(1)矸石仓成型较好,爆破矸石块度适中,原因在于,施工过程中以上述钻孔、装药联线等施工方法为指导,提高了施工质量。(2)装药速度和质量明显提高,原因在于提出的掏槽眼、空孔、辅助眼及周边眼装药方法和炮孔下端木楔封堵方法,解决了超深孔装药难的问题。(3)对上下巷道使用的影响时间短,原因在于采用排矸与支护相衔接的施工方法,提高了施工速度。3超深孔一次爆破成井技术(1)提出了钻孔防偏斜及纠偏措施,并总结了装药注意事项,提高了钻孔和装药施工质量,从而提高了爆破