硬岩立井井筒钻眼爆破施工新技术.pdf

第2 9 卷第3 期 爆破 V o l - 2 9N o 3 2 0 1 2 年9 月B L A S T I N GS e p ．2 0 1 2 - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ●●_ - _ _ _ _ _ _ _ ●_ _ _ _ _ _ _ 一I I I I ] _ _ _ _ - _ _ ●_ _ ●●l d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 3 ．0 1 3 硬岩立井井筒钻眼爆破施工新技术 施云峰1 ’2 ，冯旭东1 , 2 ，魏金山L 2 1 ．中煤矿山建设集团有限责任公司三十q - 程处，宿州2 3 4 0 0 0 ；2 ．煤矿深井建设技术国家工程实验，淮北2 3 5 0 0 0 摘要对于硬岩地层立井井筒掘进施工，原来采用的钻爆施工措施，爆破效率不足6 0 ％，后经过多次咨 询、调研，选用液压伞钻钻孔和高威力炸药爆破，采取二阶混合掏槽方式，同时严格控制钻孔质量，提高了爆 破效率，取得较好的经济效益。 关键词硬岩；钻眼爆破；液压伞钻；高威力炸药 中图分类号T D 2 6 2 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 2 0 3 0 0 5 4 0 4 ● N e wT e c h n o l o g yo fD r i l l i n ga n dB l a s t i n gC o n s t r u c t i o n o nH a r dR o c kV e r t i c a lS h a f t S H IY u n - f e n 9 1 _ ，F E N GX u d o n 9 1 ”，W E I 如卜s h a n l ，2 1 ．C h i n aC o a lH i l lC o n s t r u c t i o nG r o u pC oL t d ，N o3 0E n g i n e e r i n gD i v i s i o n ，S u z h o u2 3 4 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．C o a lM i n eD e e pW e l lC o n s t r u c t i o no fN a t i o n a lE n g i n e e r i n gE x p e r i m e n t ，H u a i b e i2 3 5 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t F o rd i S g i n gi nh a r d r o c kl a y e r ，t h eb l a s t i n ge f f i c i e n c yo fo r i g i n a ld r i l l i n ga n db l a s t i n gc o n s t r u c t i o no f v e r t i c a ls h a f ti sl e s st h a n6 0 ％．B a s e do nc o n s u l t a t i o n sa n dr e s e a r c h e s ．t l l eh y d r a u l i cu m b r e l l ad i a m o n dd r i l l i n ga n d h i g h p o w e re x p l o s i v e sW a sa p p l i e dt ob l a s te n g i n e e r i n g ．M e a n w h i l e ，t h es e c o n d o r d e rm i x e dc u t t i n ga n dd r i l l i n gc o n - t r o l l i n gm e t h o dw e r ep e r f o r m e d ，w h i c he n h a n c e st h eb l a s te f f i c i e n c ya n de c o n o m i cp r o f i t ． K e yw o r d s h a r dr o c k ；d r i l l i n ga n db l a s t i n g ；h y d r a u l i cd r i l lu m b r e l l a ；h i g hp o w e re x p l o s i v e s 目前，矿山立井机械化快速施工破岩方式主要 采用钻爆法施工，而钻孑L 普遍采用以压缩空气为动 力的伞型钻机，这种钻机一般有5 9 台风动凿岩机 同时作业，每次钻孔深度4 5m ，钻孔速度较快、效 率相对较高。但对于硬度大的岩石极不适应。主要 表现在钻孔时间长、易断钎杆、掉钻头、卡钻等现象。 为此，在借鉴岩石平巷施工采用的液压凿岩台 车的应用情况，创新伞钻凿岩机具的办法即采用电 动液压伞钻代替风动伞钻引，提高凿岩机的工作效 率，提高硬岩地层的立井施工速度，并解决立井凿岩 工序中的噪音和高能耗等突出问题。 收稿日期2 0 1 2 0 3 1 5 作者简介施云峰 1 9 6 9 一 ，男，安徽青阳人，1 9 9 2 年毕业于山东矿 业学院矿建专业，现任中煤矿山建设集团三十工程处总工 程师、高级工程师、注册国家一级建造师、注册安全工程 师， E - m a i l w j s 3 3 3 2 0 0 2 1 2 6 ．c o r n 。 1 工程地质概况 国投新集一矿是新集矿区开发建设的第一对矿 井，井田位于凤台县城西1 7k m 处，走向长6 ．8 5k m 、 宽3 ．6 5k m ，面积2 4 。5k m 2 。地质储量6 ．5 7 亿t ，可 采储量为2 ．5 亿t ，煤质优良，属中低灰份、高发热 量、特低磷、特低硫的肥气煤。矿井原设计生产能力 为9 0 万t ，经过改扩建后，核定生产能力达到 4 0 0 万t 。 新集一矿西副井井筒全深7 5 5m ，净径 咖7 ．2m ，冻结深度3 0 0m ，新生界松散层厚度 1 9 0 ．2 6m ；寒武系片麻岩深度1 9 0 4 4 2 ．6m ，厚度 2 5 2 ．3 4m ；二迭系含煤地层深度为4 4 2 ．6 8 1 0m ； 其中寒武系片麻岩属于风化基岩，主要由角闪片麻 岩和花岗片麻岩组成，但岩芯完整，R Q D 7 0 ％～ 万方数据 第2 9 卷第3 期施云峰，冯旭东，魏金山硬岩立井井筒钻眼爆破施工新技术 5 5 8 0 ％，裂隙发育，以块状和柱状为主，岩石普氏硬度 系数，最高可达1 7 ，极其坚硬。 2 钻眼爆破施工方法 钻眼选用Y S J 4 ．8 型液压伞钻，它主要由液压凿 岩机、推进系统、动臂、立柱、摆动架、支撑臂、液压水 气系统、电气系统、调高器等9 部分组成。根据液压 伞钻所选配的H Y D 2 0 0 液压凿岩机的性能，结合 岩石完整性好、硬度大的地层特点，钎杆选用波形螺 纹连接的六方钎杆，型号为B 3 5 ，螺纹直径为 3 2m m ，长度为5 ．5m ；选用直径为5 1m m 和5 7m m 的钻头。钻孔深度5m ，每次爆破进尺为3 ．8 ～ 4 ．0m ，爆破率达到8 0 ％，B 3 5 钎杆不仅可以满足使 用要求，且不会象B 2 5 钎杆那样易于扭曲和折断。 根据岩石的特性，在钻头的使用中根据岩石的变化， 及时改变钻头规格型号可以很好地提高造孔速度、 便于装药，提高爆破效率H 刁J 。 钎头从头部的合金分布形式主要分为一字型钎 头、十字型钎头和球齿型钎头3 类。一字型钎头由 于价廉物美而应用广泛，十字型和球齿型钎头用于 一些特定的如片状页岩、岩石特硬、岩石磨蚀性强等 场所。 钎杆和钎头一般的选择匹配原则为大功率的凿 岩机选用横面积大的钎杆，选用优质的单位面积抗冲 击力强的钎杆，选用厚片、高片的硬质合金钎头或十字 型钎头 增加硬质合金的体积，降低单位体积承受的冲 击力 ，软岩选择高硬度硬质合金钎头提高工作效率， 硬岩选择高强度的硬质合金钎头减少碎片的可能性， 磨蚀I 生强的岩石应选择抗磨性好的硬质合金钎头。 周边眼选用咖3 5m m 水胶炸药，其余炮孔选用 西4 5m m 水胶炸药。雷管选用非电导爆毫秒雷管， 选用段别为M S l 、M S 3 、M S 5 、M S l 0 、M S l 5 、M S 2 0 ， 6 ．5m 长脚线。延长时间间隔分别为5 0m s 、1 1 0m s 、 3 8 0m s 、8 8 0m s 、2 0 0 0m s 。联线方式为簇并联。 3 炮眼布置及施工要求 3 ．1 炮眼布置 实践证明，对于硬岩地层立井钻眼爆破施工采 用通常的施工方法，爆破效率很低，达不到6 0 ％，严 重制约了施工速度。根据硬岩坚固致密的特性，选 用高威力水胶炸药，增加炸药的爆力，并在施工过程 中逐步完善炮眼布置形式，使爆破效率稳定在8 0 ％ 以上，最高达到9 0 ％，取得较好的经济效益。炮眼 布置参数见表1 ，预期爆破效果见表2 。 表1 炮眼布置参数 T a b l e1T h ee m b r a s u r el a y o u tp a r a m e t e r s 辅助孔为2 圈，均为直眼，孔位偏差不得大于 7 5m I n ，炮孔呈梅花型布置。 周边眼开孔圈径7 ．8m ，孔底圈径8 ．0m ，这样 便于支钻操作，有利于井筒成形。在施工过程中，为 了确保井筒施工质量，每次钻孔前由测量人员根据 井筒中心线画出井筒轮廓线。防止超挖和欠挖，降 低掘进施工质量，造成不必要的返工或支护材料浪 费现象出现。见图l 。 3 ．2 钻孔要求 掏槽眼共2 圈，内圈采用斜眼掏槽，孑L 口圈径 1 ．8m ，孔底圈径1 ．4i n 。钻孔时4 部钻机交替施 工，这样才能确保开孔圈径不大于1 ．8r f l ，扩槽孔采 用直眼掏槽，当岩石软时可适当减少外圈掏槽眼的 数量。在钻进掏槽眼时要确保各孔相互平行对称， 万方数据 爆破2 0 1 2 年9 月 孔位偏差不得超过6 0m m 。 表2 爆破预期效果 T a b l e2 B l a s t i n gt h ee x p e c t e dr e s u l t s 一6 ．0 0 0 一 ．4 。2 0 0 一 2 ．6 0 0 一 一一 1 ．8 0 0 一 8 ≈ g 寸“ 一1 ，I；0 0 一 _ _ 。一7 ．9 0 0 一 图1 井筒炮眼布置图 单位m F 逗．1 T h ew e l l b o r e b o r e h o l el a y o u t u n i t m 3 ．3 装药要求 第1 圈掏槽眼采用孔内微差爆破，在炮孑L 下部 装3 卷炸药、3 段雷管反向引爆，上封4 0 0F i l m 岩粉， 再装3 卷炸药、1 段雷管正向引爆。炮泥均采用岩 粉加水封堵，周边孔仅封堵4 0 0r t l m 岩粉，这样可以 减轻爆破对井壁的破坏。 4 效果评价 1 节能减排电动液压系统所需的功率仅是 气动钻机功率的3 0 ％，且液压凿岩机不排除废气， 没有废气所夹杂的油污所造成的对环境的污染，提 高了工作面的能见度，降低噪音，改善操作环境。 2 凿岩效率高，速度快经试验对比，在同类 岩石和相同孑L 径的条件下，凿深孔用液压凿岩机比 气动凿岩的凿岩速度提高2 倍以上，凿岩速度可达 0 ．8 1 ．5m ／m i n 。 3 钻杆成本低由于液压凿岩机的转速、压力 等参数可调整，因此能在不同岩石条件下选择最优 的凿岩参数，使得钻杆适应不同的岩层条件，减少钻 杆损坏。又由于液压凿岩冲击应力波平缓，传递效 率高，因此钻具和钎杆一般可节约1 5 ％～2 0 ％。 4 采用液压凿岩机施工可提高施工质量由 于液压凿岩机能保证钻孔深度和间距的精度，提高 炮孔和井筒掘进的施工质量，减少材料浪费。 参考文献 R e f e r e n c e s [ I ]张林华．朱集西煤矿风井井筒基岩段快速施工[ J ] ．煤 矿现代化，2 0 1 0 6 4 2 ，3 6 ． [ 1 ] Z H A N GL i n ．h u a ．R a p i dc o n s t r u c t i o no ft h eW e s tZ h us e t a i rs h a f tb e d r o c ks e c t i o n [ J ] ．C o a lM i n eM o d e r n i z a t i o n ， 2 0 1 0 6 4 2 ，3 6 ． i nC h i n e s e [ 2 ] 倪世顺．立井分段掏槽爆破技术应用研究[ J ] ．煤炭科 学技术，2 0 0 8 7 3 4 ．3 7 ． [ 2 ] N IS h i X L l n ．S h a f ts e g m e n t e dc u tb l a s t i n gt e c h n o l o g y [ J ] ． C o a lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 8 7 3 4 - 3 7 ． i nC h i n e s e [ 3 ]马景迅．箕斗立井基岩段月进1 8 5 ．2I n [ J ] ．建井技术， 2 0 1 1 3 1 2 - 1 4 ． [ 3 ] M AJ i n x u n ．S k i pS h a f tb e d r o c ks e g m e n ti n t o1 8 5 ．2m [ J ] ．M i n eC o n s t r u c t i o nT c h n o l o g y ，2 0 11 3 1 2 - 1 4 ． i n C h i n e s e [ 4 ]冀海河，李占增，李文国．硬岩中竖井的爆破施工[ J ] ． 工程爆破，2 0 0 7 1 5 0 - 5 2 ． [ 4 ] J IH a i h e ，L IZ h a n g z h e n ，L IW e n g u o ．B l a s t i n go fh a r d r o c ks h a f t [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 7 1 5 0 - 5 2 ． i n C h i o e s e [ 5 ]宗琦，任庆峰．煤矿硬岩下山巷道掘进中深孔爆破 技术试验研究[ J ] ．爆破，2 0 1 1 2 4 9 - 5 2 ． [ 5 ] Z H O N GQ i ，R E Np i n f e n g ．C o a lh a r dr o c kd o w nt h er o a d w a ye x c a v a t i o ni nd e e ph o l eb l a s t i n gt e s t [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 1 1 2 4 9 - 5 2 ． i nC h i n e s e [ 6 ]何志清，李条．Y S J Z 4 ．8 型全液压伞钻在平煤六矿北 二迸风立井井筒施工中的应用[ J ] ．建井技术， 万方数据 第2 9 卷第3 期施云峰，冯旭东，魏金山硬岩立井井筒钻眼爆破施工新技术5 7 上接第1 9 页 0 ．2 00 ．2 50 ．3 00 ．3 50 ．4 00 ．4 50 ．5 00 ．5 5 母，堰。 图7 翻倒率如t ，翰，岛与下切口角卢t 的关系 F i g ．7 R e l a t i o nb e t w e e nd o w nc u t t i n ga n s l e a n dd u m p i n gr a t i o 誊 营 0 ．2 00 ．2 50 ．3 00 ．3 50 ．4 00 ．4 50 ．5 00 ．5 5 ． B O R o 图8 翻倒率‰- ，‰，％与上切口角伤的关系 F i g ．8 R e l a t i o nb e t w e e nu pc u t t i n g n g l e a n dd u m p i n gr a t i o 统观以上计算过程旧J ，可见多体的功能定理是 可以判断爆堆的p 1 。建筑机构单开链数体，一般简 化后由l 一3 个体所组成，在运动过程中易于形成有 根单体，由于多体系统中每个体仅有1 个自由度，只 要在拓扑切换点上，能形成有根单体或有根组合单 体，则在该体碰撞以外又不跨越碰撞的范围内机械 能是守恒的，而在碰撞内冲量 矩 是守恒的，由此可 以计算该体的姿态，从而判断爆堆形态。由于应用 功能定理，不需要解动力学方程，并且计算结果与运 动中间过程无关，仅取决于该拓扑运动前后状态，因 此简化了爆堆计算。 2 结语 应用能量界限模型推断上切口闭合前后机械能 比仇和机械能守恒、冲量 矩 守恒原理，判断了多 切口爆破拆除楼房的倒塌姿态和爆堆，将爆堆的计 算不必数值解算动力方程，而简化为仅用单体的显 式公式就可力学分析，和爆堆前沿及高度计算，并经 工程计算实例证明是可行的、正确的。 [ 1 ] 冯叔瑜，张志毅，戈鹤川．建筑物定向倾倒爆破堆积范 围的探讨[ c ] ∥冯叔瑜爆破论文集．北京北京科学技 术出版社，1 9 9 4 ． [ 1 ] F E N GSY ，Z H A N GZY ，G EHC ．D i s c u s so fb l a s t i n g h e a po fb u i l d i n gi nd i r e c t i o n [ C ] ／／F E N GSY 7 Sb l a s t i n g c o r p u s ．B e i j i n g B e i j i n gp u b l i s h i n gc o m p a n yo f s c i e n c e a n dt e c h n o l o g y ，1 9 9 4 ． i nC h i n e s e [ 2 ] 魏晓林．建筑物倒塌动力学 多体一离散体动力学 及 其爆破拆除控制技术[ M ] ．中山中山大学出版社，2 0 1 1 ． [ 2 ] W E IXL ．D y n a m i c sb r e a k i n gd o w no fb u i l d i n g M a h i - b o d y d i s c r e t e b o d yd y n a m i c s a n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo f d e m o l i t i o nb yb l a s t i n g [ M ] ．Z h o n g s h a n Z h o n g s h a nu n i - v e r s i t yp u b l i s h i n gc o m p a n y ，2 0 1 1 ． i nC h i n e s e [ 3 ]魏晓林，傅建秋，李战军．多体一离散体动力学分析及 其在建筑爆破拆除中的应用[ c ] ∥庆祝中国力学学会 成立5 0 周年大会暨中国力学学术大会’2 0 0 7 论文摘 要集 下 ．北京中国力学学会办公室，2 0 0 7 6 9 0 ． [ 3 ] W E IXL ，F UJQ ，L I NZJ ．M a l t i b o d y - d i s c r e t e b o d yd y n a m i c s a n a l y s e sa n da p p l y i n go fc o n s t r u c t i o nd e m o l i s h e db yb l a s t i n g [ c ] ／／C C r A M 2 X 1 7D i s q u i s i t i o nA b s t r a c t s 1 I ．B e i j i n g C C T A MO f f i c e ，2 0 0 7 6 9 0 ． i nC h i n e s e 万方数据