立井井筒大断面爆破作业技术及实践

赵 康

(陕西延长石油巴拉素煤业有限公司，陕西 榆林 719300)

0 引言

巴拉素煤矿副立井井筒垂深531.35 m，原井底车场贯通巷设计净底板垂深484.5 m。但因巴拉素井田2#煤含水，井底车场设计在2#煤层，难于贯通施工，因此设计院进行图纸变更设计，将原马头门封堵，新开马头门及贯通巷水平下移18 m。施工新马头门前需破除该段成井井壁，本次爆破破除部位为调整后马头门及井底车场贯通巷开口处(井筒垂深492～507.3 m)，该段成井井壁采用双层井壁支护，外层井壁为单层钢筋混凝土支护，壁厚500 mm，混凝土强度等级为C40；内层井壁为双层钢筋混凝土支护，壁厚1 500 mm，混凝土强度等级为C70。针对在建井筒大断面、大体量钢筋混凝土破除作业，此项爆破作业极具特殊性，工程难度大，在国内建井历史上尚属罕见。

1 施工方案

1.1 总体方案

破井壁施工利用辅助盘及吊盘作为施工盘。为了保证施工质量和安全，本次井壁破除施工采用“多打眼、少装药、放小炮”的光面爆破法，自上向下依次分段打气割眼，气割内层井壁钢筋；自下向上装药爆破内层井壁钢筋；打炮眼至外壁爆破出内层井壁混凝土[1-3]。为保证新开马头门及井筒段浇筑完整性，需内层井壁全部破除，外层井壁破除部位为新开马头门处荒断面，每次爆破施工采用段高不超过2 m。

1.2 施工顺序

打气割眼找出交界部位的内层井壁钢筋位置，风镐剔出钢筋上的混凝土。接下来的施工顺序为，气割割断内层井壁钢筋→施工交界部位加密眼(眼深1 000 m，间距42 mm)→施工破内层井壁钢筋炮眼及内层井壁混凝土炮眼→拆除辅助盘，安装中心回转抓岩机，排水清淤→装药爆破出内层井壁内层钢筋→钢筋割除→装药破除内层井壁混凝土→风镐剔除中层钢筋上的混凝土，并用气割割除→改装工作盘→测量放线在井壁上画出马头门轮廓线→打斜眼破除外壁钢筋→钢筋割除→破除外壁混凝土。

1.3 施工工艺

切割内层钢筋：打眼找出并气割割除交界部位的内层井壁钢筋，即每2 m段高横向打一层截割眼，同一段高内每间距2 m竖向打一条气割眼，割断一次。采用YTP-28型气腿式风动凿岩机，配φ42“一”字型钻头及φ23 mm×1 000 mm六角中空钢钎打眼。眼距42 mm，眼深200 mm，找出交界部位内层钢筋位置，并用风镐剔除混凝土，剔除深度150 mm，宽度100 mm，总长66.97 m。因眼距较近，为防止打眼时钻杆滑入孔内，打好的眼内插入1.2寸镀锌钢管，相邻眼位紧贴镀锌钢管眼位[4-7]。副井井筒设计净径10.5 m，眼距42 mm，经计算得出净周长32.97 m，为方便切割，需打双层眼，将钢筋全部漏出，每层段高需打气割眼3 098个。

交界处加密眼施工：在垂深492 m、507.3 m位置各打1层加密眼，眼深1 000 mm，眼距42 mm，共需打加密眼1 570个。为减小对非破除段井壁的破坏，交界处加密眼还可采用开裂机破除交界处井壁[8-9]。

爆破破除内层井壁钢筋：采用YTP-28型气腿式风动凿岩机，配φ42“一”字型钻头及φ23 mm×2 000 mm六角中空钢钎打眼。破除内层钢筋采用斜打眼方式，眼深600 mm，炮眼眼底距井壁表面垂距为300 mm(内层钢筋保护层100 mm)，加密眼眼距42 mm，中间眼眼距400 mm。装药爆出内层钢筋，因眼距较近，为防止打眼时钻杆滑入孔内，打好的眼内插入1.2寸镀锌钢管，相邻眼紧贴镀锌钢管打眼。副井井筒设计净径10.5 m，眼距42 mm，每层段高需打眼1 874个。主要爆破参数、预期爆破效果及炮眼布置见表1、2、3及图1。

表1 2 m段高内壁钢筋破除爆破原始条件

表2 2 m段高内壁钢筋破除爆破参数

内层井壁混凝土破除：破除内层井壁混凝土采用打直眼方式，眼深1 000 mm，眼距400 mm，2 m一段高，每层段高共需打眼1 075个。主要爆破参数、预期爆破效果及炮眼布置见表4、5、6及图2。

外层井壁破除：外层井壁破除施工与内层井壁大致相同，画出开口处轮廓线，先打眼刷掉轮廓线处

表3 2 m段高内层钢筋破除爆破效果

的混凝土，并割断该部位钢筋，然后进行爆破参数计算，合理控制眼距和炸药量，选择外壁混凝土与新马头门开口同时起爆。

表4 2 m段高混凝土破除爆破原始条件

表5 2 m段高混凝土破除爆破参数

表6 2 m段高混凝土破除爆破效果

图1 内层井壁钢筋破除炮眼布置图

图2 内层井壁混凝土破除炮眼布置图

2 爆破工艺监测及安全技术措施

2.1 爆破工艺监测

监测结果：现在国际上流行爆破测量的是爆破的振动速度和频率，因此，采取速度与频率监测。采用L20-S型爆破测振仪通过多测点多次放炮监测，L20-S型爆破测振仪采用速度和频率来描述爆破振动强度，提供监测数据分析和监测报告输出，是爆破施工振动监测专用设备，用于评价爆破地震波对邻近建筑物、设施设备的影响[10-11]。经过多次多测点统计，产生扰动最大一次爆破统计数据见表7、表8、如图3所示。

表7 爆破振动仪监测时间、地点统计表

表8 数据监测显示统计表

图3 数据监测显示图

结果分析：通过统计分析，此项爆破工程完全满足《爆破安全规程》要求，实现了大面积、大体量混凝土安全剥离，对井筒的振动降到了最低，保证了井筒的完整性。

2.2 安全技术措施

合理计算：通过计算，合理选择段高，8个段高分次爆破，采用2 m×2 m炮眼加密布置网格化。满足了切割井壁钢筋的要求，最大程度上减少爆破过程中对破除范围外井壁面的震动，极大的满足了安全需要。

破除外层井壁：破除外层井壁时对新马头门破除作业，对比外层井壁全面爆破减少了工作面部分，原井筒外壁得以大面积保留，有利于防止片帮和井壁大面积透水事故的发生，且采取外层井壁和新马头门一次性破除，减少了炸药量，满足了后续工程的工艺需要。

工作面“一通三防”：此项工程的关键点在于127.765 t钢筋的切除，需要采用风镐剥离混凝土，气割钢筋作业，工作面“一通三防”管控必须到位。

爆破监测：采用爆破测振仪进行每次爆破监测，如果发现数据出现异常，及时停止后续作业。进行炸药量重新核算，减少网格面积，以保障井筒安全性为先，严格控制施工过程振动，降低炸药使用量，降低一次爆破面积。

3 结论

(1)通过爆破后现场验收，爆破后现场无大块混凝土结块，钢筋无撕裂混凝土现象，非爆破区域未遭到破坏；爆破截面较平整，无明显凸起或凹陷现象，雷管、炸药利用率100%，无瞎炮，达到预期爆破效果。

(2)本次破除施工难度较大，工序转换频繁，工程所需炮眼数巨大，人工打眼成眼率低，造成人力成本增加；且多次升降吊盘，电力成本大，搭设脚手架，对于井筒相对狭小的空间增加了安全隐患。

(3)井筒外壁与新开马头门位置破壁作业，炸药量应进行严格计算，合理控制使用量；防止因井壁混凝土与马头门处岩石条件不同造成的片帮和超挖现象的产生，控制光面爆破成果。

(4)井筒大断面钢筋混凝土破除作业，最大的技术关键在于混凝土中钢筋切割；可实现爆破面彻底剥离，减少因爆破作业对井壁其他部位造成的震动沉降和局部裂隙。