暗立井深孔爆破一次成型技术.pdf

问题探讨 暗立井深孔爆破一次成型技术 林从谋 l 7 暗立井深孔爆破一次成型技术 林从谋 华侨大学岩土工程研究所 福建泉州 3 6 2 0 1 1 摘要通过理论分析和现场实践， 讨论了煤矿暗立井施工中采用深孔分段爆破一次成型技术的若干 问题，包括槽型式，炮孔间距，起爆时差，装药结构，起爆药包位置及软弱夹层等，同时针对施工中 可能出现的问题提出了相应的对策，为其进一步合理应用提供理论依据和可行的解决方法。 关键词暗立井深孔爆破一次爆破成型爆破工艺 中图分类号T D 2 3 5 ． 3 3 文献标识码B T h e S i n g l e S h o t S h a p i n g T e c h n i q u e o f De e p - h o l e Bl a s t i n g i n S t a p l e S h a f t L i n C o n g mo u Hu a q i a o Un i v e r s i t y Q u a n z h o u F u j i a n 3 6 2 0 1 1 A b s t r a c t T h r o u g h t h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d o n -- th e q o b p r a c t i c e s o m e p r o b l e ms a b o u t t h e s i n g l e - - s h o t s h a p i n g t e c h n i q u e o f d e e p h o l e b l a s t i n g i n s t a p l e s h a ft a r e d i s c u s s e d i n c l u d i n g p i t p a t t e r n ，h o l e s p a c i n g ， i n i t i a t i o n i n t e r v a l ，l o a d e d c o n s t i t u t i o n ， d e t o n a t i n g c h arg e l o c a t i o n a n d t e n d e r i n t e r c a l a t i o n ． At the s a me t i me s o me c o u n t e r me a s u r e s are p r o p o s e d． Ke y w o r d s s tap l e s h a f t d e e p h o l e b l a s t i n g s i n g l e s h o t s h a p i n g b l a s t i n g t e c h n i q u e 1 引言 长期以来，大多数矿山暗立井施工一直 采用吊罐法、爬罐法以及传统的人工掘进法 施工，虽然技术上有了明显进步，但仍需要 人工进入井筒内进行爆破作业，因此在作业 条件，施工安全和效率等方面没有得到根本 解决。近年来，深孔爆破法该项技术在煤矿 暗立井的掘进中获得了应用，从施工安全、 成本和工期上均取得了较好的效益。由于该 项新技术还存在着许多亟待解决的问题，阻 碍了该项技术在煤矿中的进一步推广，因此 必须从理论和工艺上对该项技术进行研究。 2掏槽型式与参数确定 2 ． 1 常用掏槽型式 通常煤矿中的暗立井 如溜煤眼、煤仓 等的井深和断面的直径之比可达 l 0倍以 上。理论分析与现场实践均表明，在现有的 煤矿爆破器材条件下，较为可靠的掏槽型式 为大空孔筒形掏槽方案。 4 结束语 在电雷管管壳编码过程中，计算机控制 技术的应用提高了生产效率和雷管编码的质 量，它的防殉爆保护措施给安全生产提供了 一 个可靠的保障。计算机控制系统与激光打 码是整体化设计，有专门的接地线，能可靠 接地；防爆型电源带有熔断保护，一旦供电 电压不稳定，超出交流 3 8 0 1 0 ％ V的范围 熔断器立即进行保护。我公司在今后的发展 中还将继续使用微机控制技术，在提高产品 质量、生产效率、改善劳动环境、安全生产 及节省能源等方面发挥其更大的作用。 维普资讯 1 8 煤 矿 爆 破 2 0 0 4 年第 1 期总第 6 4 期 图 1 列举了在深孔爆破一次成型中常用 的几种掏槽型式I u 【2 】 单空孔或双空孔菱形掏 槽及单空孔螺旋掏槽。 螺旋掏槽型式槽腔扩大快，掏槽炮孔数 少，但对孔位偏差适应性较差。菱形掏槽型 式槽腔扩大慢，掏槽炮孔数多，但由于其处 于相应对称位置， 因此， 掏槽炮孔距离相同， 相继顺序起爆， 掏槽的可靠性可大大增加 相 对螺旋掏槽而言 ， 而且它还能较好的抛出槽 腔内的岩渣，其中双空孔菱形掏槽的可靠性 和对孔位偏差的适应性更高。 - 单空孔 双空孔 菱形 图 1 大空孔筒形掏槽常用型式 2 ．2 常用计算公式讨论 这类掏槽型式常用的计算公式为 m l o ． 7 8 5 一 n 1 D 2 n - 1 d 2 1 n D d m2 ≤ml 2 厂 ， 、1 ／ 2 m 3I 等 I 3 ＼ ／ 式中m l 为空孔与第一个掏槽孔的间距；m 2 和 m 3 分别为第二和第三个掏槽孔至自由面 的距离； D和d 分别为空孔和掏槽孔直径； n 为补偿系数。 m 一 是根据空孔能为第一个掏槽装药孔起 爆提供足够的补偿空间的原则计算， m 和 ／／1 则是根据最小抵抗线不大于自由 面宽度这个 条件来计算。补偿系数取决与岩石的碎胀系 数K 见表 1 。 从理论上讲，当n 一1 时，空孔所能 提供的补偿空间己能容纳槽腔内膨胀后的岩 渣，然而实验观察发现 J ，按此设计的孔间 距 m值可形成的槽腔有时不是沿着两孔的公 切线形成，而是只按沿小孔直径 装药孔 这一宽度形成一条窄槽，达不到应有的槽腔 面积，从而减少了为第二个掏槽孔爆破提供 的补偿空间。这主要是此类掏槽爆破自由面 狭小且为曲 面，所受的岩石夹制性强。实际 施工中，还应考虑钻孔偏斜，孔位误差和槽 腔排渣的影响。因此，一般的 n的取值不应 小于0 ． 5 ，常取， l 0 ．7 ～1 ．0 。 表1 几种岩石的碎胀系数 岩 性 砂与砾石 砂质粘土 中硬岩石 坚硬岩石 1 ． 0 5～ 1 ． 2 0 1 ． 2 0～ 1 ． 2 5 1 ． 3 0 ～ 1 ． 5 0 1 ． 5 0～ 2 ． 5 0 3 合理的起爆时差 空孔筒形掏槽属于超小抵抗线爆破。理 论分析表 钔 ，当爆炸冲击波和爆生气体将 抵抗线方向的小破裂范围内的岩石破碎之 后，岩石岩渣受爆生气体的推动作用，以极 大的速度射向空孔壁面，然后爆生气体继续 膨胀，岩渣获得较大的顺炮孔轴向运动的动 能 受槽腔壁面约束 ， 被排弃出槽腔体。因 此，有空孔掏槽爆破槽腔形成过程大致可以 分为三个阶段一为岩石破碎阶段，二为岩 石岩渣抛掷充满槽腔阶段，三为岩石碎渣轴 向排弃形成有效槽腔阶段。 合理的起爆时差取决于槽腔的形成时 间。只有当槽腔内的岩渣排弃完毕，才能为 其他炮孔起爆提供有效的自由面和足够的补 偿空间。因此，合理的起爆时差应为 f t l - t- t 2 - t- t 3 4 式中f 一 有空孔掏槽爆破合理起爆时差； t l 一 槽腔内岩石破碎所需要的时间； t 2 一 岩石碎渣射向空孔壁， 并充满槽 维普资讯 问题探讨 暗立井深孔爆破一次成型技术 林从谋 l 9 腔的时间； t 3 一 岩石碎渣受爆生气体余压膨胀 而排弃形成的有效爆腔时间。 进一步分析表明，完成岩石破碎阶段所 需时间包括两个部分一是药包爆炸使介质 获得受力状态所需时间，二是从裂隙产生到 裂隙表面形成抛掷体轮廓线所需时间。实验 证实I5 】 ，在有空孔掏槽爆破中，这二项所需 时间之和小于 1 m s 。计算也表明，小抵抗、 高炸药单耗下岩石碎渣射向空孔壁的时间也 很小。因此，槽腔形成所需时间将主要取决 于槽腔内岩石碎渣的轴向排弃时间。 文献[ 6 ] 给出了槽腔的形成时间近似计算 公式 ≥ ．／ 5 ≥ ．f 5 V Q 式中日 一 爆破段高，m ； 一 炸药爆速，m． S ～ ； Q一 炸药量，k g ； 一 待爆矿岩重量， 。 取空孔直径 8 9 In lT l ， 掏槽孔直径 7 3 I n lT l ， 装药孔至空孔距离 3 0 0 IT l m，爆破段高4 m ， 采用2 号煤矿铵梯炸药， 爆速 3 6 0 0 m． S ～ ， 装 药系数 1 ．5 3 k g ． m ～ ，代入式 5 中求得槽 腔形成时间不小于 5 0 ms 。 4 装药结构与炮子 L 堵塞 4 ． 1 装药结构 在深孔爆破一次成型技术中，炸药单耗 都较一般井巷掘进高，尤其是掏槽眼爆破。 因此，为防止局部出现岩石碎渣 “ 挤死”现 象， 通常采用间隔装药， 或不偶合连续装药， 使得沿炮孔长度方向均匀布置装药量。值得 注意的是，当采用后者时，不偶合系数不应 太大 一般 1 ． 1 5 ～1 ．4 0 ，否则影响炸药能量 利用。采用空气间隔装药时，间隔距离不应 大于该孔的最小抵抗，一般2 0 0 In lT l 左右。 当掏槽效果很差时，很容易使人产生种 种抱怨，甚至怀疑是炸药的威力不足。实际 上往往正相反，而是由于炸药的威力太大产 生破碎岩石的固结或岩石再生，从而障碍了 岩石碎渣的抛出槽腔外，特别是在岩石较软 或塑性较大的岩石，这种现象将更加明显。 采用不偶合系数较大或间隔装药结构也能解 决这个问题。另一个产生岩石固结或再生的 重要因素因为孔眼体积太小，不足以容纳破 碎岩石。 在不装药的补偿孔的 超深 1 ～2 m 端部装药，用第二或三段雷管爆破，可以预 防 “ 挤死”现象。 4 ．2 软弱夹层的影响 在暗立井一次爆破成型施工中，常遇到 暗立井穿过的岩层含软弱夹层 如煤层、小 破碎带等 ， 这些岩层的纵波速度与相邻岩面 有明显的分界面。在爆炸应力波作用下，软 弱夹层的变形大于相邻岩层，局部产生 “ 药 壶” 。因此， 它对一次爆破成型技术实施带来 危害吸收爆破能量，泄逸爆生气体，严重 降低爆破效力。 实践证明， 为避免上述现象， 采用下列措施往往是有效的 1 当遇到小破碎带时应采用间隔装药， 即将装药避开软弱带。软弱带部分用炮眼间 隔，炮泥间隔的长度应超过软弱夹角的上下 面 1 0 0 In lT l 左右。 2 当遇到煤层时，除应注意煤层的瓦 斯涌出和自发性火外，在爆破时可在该处减 少单位长度装要量 如减少药径 。 当煤层较 软时，也可以采用上述措施。 4 - 3 起爆药包位置 起爆药包的位置应当是将其放置在负荷 最大的位置。 在暗立井依次爆破成型施工中， 它应是在盲孔的端部或贯通孔的中部，爆破 方向朝向自由面那边。 4 ．4 炮孔堵塞 炮孔孔口的堵塞长度一般为0 ．5 ～0 ． 8 m。 若采用分层爆破技术，炮孔装药的上部堵塞 长度为 0 ． 3 ～0 ． 5 m ；采用孔内微差爆破装药 维普资讯 煤 矿 爆 破 2 0 0 4年第 1 期总第 6 4 期 时，装药间的炮泥堵塞长度不应小于 0 ．8 m 。 5 施工中应注意的几个问题 在采用一次爆破成型技术施工暗立井工 程中，需特别注意如下几个问题，方能取得 良 好的经济和社会效益。 5 ． 1 钻孔工艺 炮孔质量的好坏是一次爆破成型技术的 关键。由于炮孔偏斜，造成炮孔孔口和孔底 的抵抗线不一致，影响爆破效果。 炮孔偏斜包括初始偏斜和钻进偏斜。钻 机的稳定性和开孔误差引起初始偏斜。在钻 进过程中，由于岩层的产状、岩性和裂隙等 也引起钻进偏斜。为了减少钻孔误差，开钻 前应根据设计要求检查峒室，测定好暗立井 的方位，然后选用较炮孔直径大的开孔钻头 开孔 如假设设计炮孔直径7 5 m i ll ，可选用 8 9 m i l l 以上的钻头开孔 。 开孔后要慢速， 减 压， 精心操作。 当钻孔钻到原岩深 0 ．2 ～O ． 3 m 时，停止钻进，校核钻孔的方位和倾角，使 之符合设计要求并清除孔内积渣， 埋设套管， 换上正常钻头钻进。钻进过程中，要时刻注 意岩性变化，及时调整钻进压力，建立每个 炮孔合格验收制度，对偏斜较大的炮孔及时 采取补救措施。 5 ． 2 装药爆破前的调整设计 装药前需制定出符合实际钻孔状况、岩 层的爆破方案和爆破图表。这里需要调整的 内容包括掏槽型式、各孔的装药量、起爆顺 序等参数。这一点是确保成功的一项至关重 要的环节。 装药过程中，应准确测量装药位置，使 其符合调整后的设计要求。 5 ．3 爆破反冲孔口 当采用依次爆破成型技术中的分层爆破 时，由于爆破工艺不当，会产生严重的爆破 反冲炮孔孔口现象，将孔口套管冲出，震塌 孔壁，出现下一循环无法装药的僵局。 产生这一现象的原因大致如下由于某 种原因如孔间距、装药量和装药结构、起爆 顺序等使得掏槽孔爆破没有达到预期的效 果，没有为后续孔提供洁净的槽腔，合理有 效的自由面和足够的补偿空间，因此其他炮 孔无法发挥扩大槽腔的效力，大量的爆生气 体在孔底无法逸出，沿着装药孔向上反冲。 5 ．4 安全检查 整个施工过程中，钻孔、装药、爆破应 符合爆破设计，并在工程技术人员的严格监 督下进行，并随时检测工作面的瓦斯含量。 6 结语 理论分析与现场实践表明，在暗立井施 工中采用一次爆破成型新技术时，较为可靠 的掏槽型式为大空孔筒形掏槽，且， l 0 ．7 ～ 1 ．0 。合理的起爆时差主要取决于槽腔内岩渣 的排弃时间。采用间隔装药结构和不偶合装 药结构， 可防止岩渣 “ 挤死” 或产生 “ 药壶” ， 同时也可以降低炸药单耗。在施工中，应时 刻注意钻孔，装药和爆破等每一个环节的施 工工艺。采用分段爆破时尤应注意防止爆破 反冲孔口现象。 参考文献 1 L i n C o n g mo u ，B i We i g u o ，Z h a n g J i n q u a n ．Ne w t e c h n i q u e s t u d y o n s a f e t y - b l a s t i n g t u n n e l i n g i n s t a p l e s h a f t ，P r o g r e s s i n s a f e t y s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y ，S c i e n c e P r e s s ，1 9 9 8 2 5 8 2 6 2 2 林从谋，毕卫国，张金泉．溜煤眼一次爆破成井 技术，煤炭科学技术．1 9 9 8 ，2 6 8 1 5 1 7 3 袁再武等．井深孔分段爆破掘进实验，长沙矿 山研究院季刊．1 9 8 5 ． 5 4 1 4 1 9 4 林从谋等．深孔直眼掏槽爆破排渣过程研究， 爆破与冲击．1 9 9 7 ． 1 7 1 6 8 7 4 5 盲天井实验组．盲天井深孔掘进合理微差起爆时 间间隔的确定，中南矿业学院学报．1 9 8 1 ，N o ． 4 6 袁再武 译．深孔爆破法掘进天井，国外金属矿 采矿．1 9 8 3 ，No ． 5 3 2 3 4 维普资讯