潜孔钻机深孔爆破在矿山立井中的研发与应用

冯 琪

1 研发背景、目的及意义

目前,矿建立井工程掘进施工一般分为两个阶段:第一阶段为开口段20 m锁口工程的施工,采用 7655风钻打眼,孔径42 mm、孔深2 m、进尺 1.8 m。这个阶段需安装临时小井架,使用小吊桶(1 m3)和小抓岩机,掘进20 m后安装吊盘、封口盘、抓岩机、伞钻等井口设施和井筒设备。第二阶段就可以使用安装完毕的设施进行施工。临建工程工期一般为2个月～4个月,临建完工后再进行立井井颈段锁口施工,然后安装施工设施设备,又需要1个月～2个月。因此,需要研究加快施工速度,降低成本,在地面临建施工的同时,立井井颈段锁口和井筒内设施安装也同步完成的方案,达到大大提高立井施工效率的目的。

2 研发方案

先由地表穿孔10 m至马道底标高,连同马道一起爆破施工,爆破后,利用挖掘机出渣;清理完毕后,立即进行临时围护。再由马道底标高处向下穿孔爆破12 m,爆破后将挖掘机停在马道上,用挖掘机向下出渣。成巷约20 m后开始安装井筒井口设施。

3 关键技术的研发

上述条件下,网路电流5.9 A大于规程2 A的规定,可以满足爆破要求。实际操作中要根据实际网路电阻和母线电阻按上式核算通过每个雷管的电流,保证大于2 A,以实现安全准爆。

4 试验结果

经过周密准备,我们在阳煤集团新景矿保安矿回风立井开始使用K-351型潜孔钻(履带自行式)钻孔,钻孔深度10 m(孔底标高到达回风马道下口标高并超深1 m),孔径110 mm,共打孔20个,总延米长度200 m,用时8 h。

次日,装药放炮用时2 h,利用PC600型挖掘机挖渣装车,排渣用时3 h。经检查爆破进尺为9 m,井壁较平整,5个部位平均超挖100 mm,其余部分均符合质量要求。钻孔、爆破、出渣整个循环共计用时13 h。

第四天,又在进风立井按照以上参数试爆,适当调整了周边眼的装药参数,爆破后有个别部位欠挖,进尺9.5 m。

回风立井锚喷临时支护完成后,利用马道作为通道,将潜孔钻移动至井筒内进行回风井第二次穿孔爆破,孔深12 m,穿孔爆破共用时12 h,经检查有个别部位超欠挖,进尺为 11.5 m。这样,在地表临建的同时,仅用6个工作日就掘进成巷约20 m。

5 安全评价

1)爆破震动安全距离:大孔径深孔爆破每次爆破装药量较大,单响药量也达150 kg,震动影响的范围有井筒本身、大临建筑和部分永久建筑。其中,影响最大的是井筒本身。根据《爆破安全规程》规定,对于矿山巷道,安全震动速度 V=15 cm/s。

则地震安全距离:R=Qm(K/V)1/α。其中,K为与爆破场地有关的系数,取K=150;Q为最大单响药量,取150 kg;α为与地质条件有关的系数,取α=1.5;m为装药量指数,m=1/3,则 R=24.4 m。

2)爆破飞石安全距离:按照试爆时的装药和堵塞方法,飞石一般在10 m～15 m,个别小块飞石30 m,不会对井口设施造成损坏。

3)特殊安全措施:井筒内瓦斯浓度达到0.2%时,停止使用潜孔钻打眼。

6 经济效益分析

1)工期对比。采用深孔爆破、挖掘机出渣可以在临建施工的同时进行立井开口段掘进,然后安装井筒设施。这样在临建完工的同时,立井开口段掘进和井筒设施安装也同步完成,比常规的施工方法节省工期2个月。2)深孔爆破进尺的突破。使用潜孔钻进行穿孔,孔径90 mm～110 mm、孔深10 m～12 m、进尺9 m～11.5 m,大大突破了使用常规爆破的进尺,极大地提高了立井掘进效率。3)节约成本,降低凿井造价。中深孔爆破造价28元/m3,普通钻爆法69元/m3,每立方米可节省41元。井颈段锁口工程,累计可节约成本54.8万元。

7 技术创新点

1)在地表临建的同时,凿井成巷约20 m并安装了吊盘、封口盘等设施,可缩短工期约2个月。2)使用潜孔钻深孔爆破循环进尺可达9.5 m。3)矿山竖井开凿井颈段使用潜孔钻钻孔挖掘机出渣。

8 结语

使用潜孔钻深孔爆破技术,尽管能够提高循环进尺(10 m左右),但随之而来的一些问题也需要进一步研究并加以解决。

1)总装药量增加后爆破引起的地震对井筒内设施及井壁质量的影响;2)岩石硬度和爆破参数的关系;3)在煤层中潜孔钻的防爆改进;4)电雷管引爆导爆索传爆的安全使用技术研究;5)爆破深度与支护配套的问题;6)对潜孔钻的改进问题,以实现井筒内多台钻机联合作业。