潛孔鉆機(jī)深孔爆破在礦山立井中的研發(fā)與應(yīng)用

馮 琪

1 研發(fā)背景、目的及意義

目前,礦建立井工程掘進(jìn)施工一般分為兩個(gè)階段:第一階段為開口段20 m鎖口工程的施工,采用 7655風(fēng)鉆打眼,孔徑42 mm、孔深2 m、進(jìn)尺 1.8 m。這個(gè)階段需安裝臨時(shí)小井架,使用小吊桶(1 m3)和小抓巖機(jī),掘進(jìn)20 m后安裝吊盤、封口盤、抓巖機(jī)、傘鉆等井口設(shè)施和井筒設(shè)備。第二階段就可以使用安裝完畢的設(shè)施進(jìn)行施工。臨建工程工期一般為2個(gè)月～4個(gè)月,臨建完工后再進(jìn)行立井井頸段鎖口施工,然后安裝施工設(shè)施設(shè)備,又需要1個(gè)月～2個(gè)月。因此,需要研究加快施工速度,降低成本,在地面臨建施工的同時(shí),立井井頸段鎖口和井筒內(nèi)設(shè)施安裝也同步完成的方案,達(dá)到大大提高立井施工效率的目的。

2 研發(fā)方案

先由地表穿孔10 m至馬道底標(biāo)高,連同馬道一起爆破施工,爆破后,利用挖掘機(jī)出渣;清理完畢后,立即進(jìn)行臨時(shí)圍護(hù)。再由馬道底標(biāo)高處向下穿孔爆破12 m,爆破后將挖掘機(jī)停在馬道上,用挖掘機(jī)向下出渣。成巷約20 m后開始安裝井筒井口設(shè)施。

3 關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)

上述條件下,網(wǎng)路電流5.9 A大于規(guī)程2 A的規(guī)定,可以滿足爆破要求。實(shí)際操作中要根據(jù)實(shí)際網(wǎng)路電阻和母線電阻按上式核算通過每個(gè)雷管的電流,保證大于2 A,以實(shí)現(xiàn)安全準(zhǔn)爆。

4 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過周密準(zhǔn)備,我們?cè)陉?yáng)煤集團(tuán)新景礦保安礦回風(fēng)立井開始使用K-351型潛孔鉆(履帶自行式)鉆孔,鉆孔深度10 m(孔底標(biāo)高到達(dá)回風(fēng)馬道下口標(biāo)高并超深1 m),孔徑110 mm,共打孔20個(gè),總延米長(zhǎng)度200 m,用時(shí)8 h。

次日,裝藥放炮用時(shí)2 h,利用PC600型挖掘機(jī)挖渣裝車,排渣用時(shí)3 h。經(jīng)檢查爆破進(jìn)尺為9 m,井壁較平整,5個(gè)部位平均超挖100 mm,其余部分均符合質(zhì)量要求。鉆孔、爆破、出渣整個(gè)循環(huán)共計(jì)用時(shí)13 h。

第四天,又在進(jìn)風(fēng)立井按照以上參數(shù)試爆,適當(dāng)調(diào)整了周邊眼的裝藥參數(shù),爆破后有個(gè)別部位欠挖,進(jìn)尺9.5 m。

回風(fēng)立井錨噴臨時(shí)支護(hù)完成后,利用馬道作為通道,將潛孔鉆移動(dòng)至井筒內(nèi)進(jìn)行回風(fēng)井第二次穿孔爆破,孔深12 m,穿孔爆破共用時(shí)12 h,經(jīng)檢查有個(gè)別部位超欠挖,進(jìn)尺為 11.5 m。這樣,在地表臨建的同時(shí),僅用6個(gè)工作日就掘進(jìn)成巷約20 m。

5 安全評(píng)價(jià)

1)爆破震動(dòng)安全距離:大孔徑深孔爆破每次爆破裝藥量較大,單響藥量也達(dá)150 kg,震動(dòng)影響的范圍有井筒本身、大臨建筑和部分永久建筑。其中,影響最大的是井筒本身。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》規(guī)定,對(duì)于礦山巷道,安全震動(dòng)速度 V=15 cm/s。

則地震安全距離:R=Qm(K/V)1/α。其中,K為與爆破場(chǎng)地有關(guān)的系數(shù),取K=150;Q為最大單響藥量,取150 kg;α為與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù),取α=1.5;m為裝藥量指數(shù),m=1/3,則 R=24.4 m。

2)爆破飛石安全距離:按照試爆時(shí)的裝藥和堵塞方法,飛石一般在10 m～15 m,個(gè)別小塊飛石30 m,不會(huì)對(duì)井口設(shè)施造成損壞。

3)特殊安全措施:井筒內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.2%時(shí),停止使用潛孔鉆打眼。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

1)工期對(duì)比。采用深孔爆破、挖掘機(jī)出渣可以在臨建施工的同時(shí)進(jìn)行立井開口段掘進(jìn),然后安裝井筒設(shè)施。這樣在臨建完工的同時(shí),立井開口段掘進(jìn)和井筒設(shè)施安裝也同步完成,比常規(guī)的施工方法節(jié)省工期2個(gè)月。2)深孔爆破進(jìn)尺的突破。使用潛孔鉆進(jìn)行穿孔,孔徑90 mm～110 mm、孔深10 m～12 m、進(jìn)尺9 m～11.5 m,大大突破了使用常規(guī)爆破的進(jìn)尺,極大地提高了立井掘進(jìn)效率。3)節(jié)約成本,降低鑿井造價(jià)。中深孔爆破造價(jià)28元/m3,普通鉆爆法69元/m3,每立方米可節(jié)省41元。井頸段鎖口工程,累計(jì)可節(jié)約成本54.8萬元。

7 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1)在地表臨建的同時(shí),鑿井成巷約20 m并安裝了吊盤、封口盤等設(shè)施,可縮短工期約2個(gè)月。2)使用潛孔鉆深孔爆破循環(huán)進(jìn)尺可達(dá)9.5 m。3)礦山豎井開鑿井頸段使用潛孔鉆鉆孔挖掘機(jī)出渣。

8 結(jié)語

使用潛孔鉆深孔爆破技術(shù),盡管能夠提高循環(huán)進(jìn)尺(10 m左右),但隨之而來的一些問題也需要進(jìn)一步研究并加以解決。

1)總裝藥量增加后爆破引起的地震對(duì)井筒內(nèi)設(shè)施及井壁質(zhì)量的影響;2)巖石硬度和爆破參數(shù)的關(guān)系;3)在煤層中潛孔鉆的防爆改進(jìn);4)電雷管引爆導(dǎo)爆索傳爆的安全使用技術(shù)研究;5)爆破深度與支護(hù)配套的問題;6)對(duì)潛孔鉆的改進(jìn)問題,以實(shí)現(xiàn)井筒內(nèi)多臺(tái)鉆機(jī)聯(lián)合作業(yè)。