潛孔鉆機深孔爆破在礦山立井中的研發與應用

馮 琪

1 研發背景、目的及意義

目前,礦建立井工程掘進施工一般分為兩個階段:第一階段為開口段20 m鎖口工程的施工,采用 7655風鉆打眼,孔徑42 mm、孔深2 m、進尺 1.8 m。這個階段需安裝臨時小井架,使用小吊桶(1 m3)和小抓巖機,掘進20 m后安裝吊盤、封口盤、抓巖機、傘鉆等井口設施和井筒設備。第二階段就可以使用安裝完畢的設施進行施工。臨建工程工期一般為2個月～4個月,臨建完工后再進行立井井頸段鎖口施工,然后安裝施工設施設備,又需要1個月～2個月。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,立井井頸段鎖口和井筒內設施安裝也同步完成的方案,達到大大提高立井施工效率的目的。

2 研發方案

先由地表穿孔10 m至馬道底標高,連同馬道一起爆破施工,爆破后,利用挖掘機出渣;清理完畢后,立即進行臨時圍護。再由馬道底標高處向下穿孔爆破12 m,爆破后將挖掘機停在馬道上,用挖掘機向下出渣。成巷約20 m后開始安裝井筒井口設施。

3 關鍵技術的研發

上述條件下,網路電流5.9 A大于規程2 A的規定,可以滿足爆破要求。實際操作中要根據實際網路電阻和母線電阻按上式核算通過每個雷管的電流,保證大于2 A,以實現安全準爆。

4 試驗結果

經過周密準備,我們在陽煤集團新景礦保安礦回風立井開始使用K-351型潛孔鉆(履帶自行式)鉆孔,鉆孔深度10 m(孔底標高到達回風馬道下口標高并超深1 m),孔徑110 mm,共打孔20個,總延米長度200 m,用時8 h。

次日,裝藥放炮用時2 h,利用PC600型挖掘機挖渣裝車,排渣用時3 h。經檢查爆破進尺為9 m,井壁較平整,5個部位平均超挖100 mm,其余部分均符合質量要求。鉆孔、爆破、出渣整個循環共計用時13 h。

第四天,又在進風立井按照以上參數試爆,適當調整了周邊眼的裝藥參數,爆破后有個別部位欠挖,進尺9.5 m。

回風立井錨噴臨時支護完成后,利用馬道作為通道,將潛孔鉆移動至井筒內進行回風井第二次穿孔爆破,孔深12 m,穿孔爆破共用時12 h,經檢查有個別部位超欠挖,進尺為 11.5 m。這樣,在地表臨建的同時,僅用6個工作日就掘進成巷約20 m。

5 安全評價

1)爆破震動安全距離:大孔徑深孔爆破每次爆破裝藥量較大,單響藥量也達150 kg,震動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《爆破安全規程》規定,對于礦山巷道,安全震動速度 V=15 cm/s。

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

2)爆破飛石安全距離:按照試爆時的裝藥和堵塞方法,飛石一般在10 m～15 m,個別小塊飛石30 m,不會對井口設施造成損壞。

3)特殊安全措施:井筒內瓦斯濃度達到0.2%時,停止使用潛孔鉆打眼。

6 經濟效益分析

1)工期對比。采用深孔爆破、挖掘機出渣可以在臨建施工的同時進行立井開口段掘進,然后安裝井筒設施。這樣在臨建完工的同時,立井開口段掘進和井筒設施安裝也同步完成,比常規的施工方法節省工期2個月。2)深孔爆破進尺的突破。使用潛孔鉆進行穿孔,孔徑90 mm～110 mm、孔深10 m～12 m、進尺9 m～11.5 m,大大突破了使用常規爆破的進尺,極大地提高了立井掘進效率。3)節約成本,降低鑿井造價。中深孔爆破造價28元/m3,普通鉆爆法69元/m3,每立方米可節省41元。井頸段鎖口工程,累計可節約成本54.8萬元。

7 技術創新點

1)在地表臨建的同時,鑿井成巷約20 m并安裝了吊盤、封口盤等設施,可縮短工期約2個月。2)使用潛孔鉆深孔爆破循環進尺可達9.5 m。3)礦山豎井開鑿井頸段使用潛孔鉆鉆孔挖掘機出渣。

8 結語

使用潛孔鉆深孔爆破技術,盡管能夠提高循環進尺(10 m左右),但隨之而來的一些問題也需要進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井筒內設施及井壁質量的影響;2)巖石硬度和爆破參數的關系;3)在煤層中潛孔鉆的防爆改進;4)電雷管引爆導爆索傳爆的安全使用技術研究;5)爆破深度與支護配套的問題;6)對潛孔鉆的改進問題,以實現井筒內多臺鉆機聯合作業。