大淋水大断面井筒掘凿深孔爆破拒爆问题的解决方案

申守德

（兖矿新陆建设发展有限公司，山东 济宁 273500）

井筒的掘凿施工是矿山井巷施工的重点与难点，其工期占井巷施工的40%[1]。中深孔爆破技术被广泛用于矿山剥离、采矿掘凿等工程，其炮眼孔径一般为50～350 mm，孔深为4～20 m。中深孔爆破技术的合理应用，能够有效提高井筒掘凿速度与质量，在保障安全的前提下带来经济效益[2]。

乌海能源棋盘井煤矿的副立井井筒经过地质断层破碎带，井壁出现了较大的淋水，井筒直径7.5 m，净断面44.2 m2，属于大断面井筒[3]。凿井爆破初期，采用了传统的大并联一把抓的雷管引爆接线方法，出现了成片拒爆现象，后经过中深孔爆破参数的设计优化与起爆电流校核，解决了雷管拒爆不响的问题，实际爆破效果较为理想。

1 概况

棋盘井煤矿东区副立井井口标高+1 404.0 m，落底标高+925.0 m，工程量504 m。其中，基岩段（垂深10～479 m）为锚网+双层钢筋混凝土井壁，钢筋保护层内层厚度为50 mm，外层厚度为70 mm。其中10～210 m 段井壁厚度均为600 mm，混凝土强度等级为C40；210～277 m 段井壁厚度均为600 mm，混凝土强度等级为C50；277～479 m 段采用单层钢筋混凝土，井壁厚度均为500 mm，混凝土强度等级为C50。

根据本工程的特点，采用短段掘砌混合作业一次成井施工法进行施工。施工时采用Ⅴ型井架，两套单钩提升，主提选用JKZ-2.8/15.5 型绞车配4 m3座钩吊桶，副提选用2JK-3.0/18.3 型绞车配3 m3座钩吊桶，SJZ6.9 六臂伞钻打眼，中深孔爆破，HZ-6 型中心回转抓岩机抓岩，JS1500 型搅拌机、配PL-1600自动计量配料系统自行搅拌混凝土，选用4.0 m 段高金属整体刃脚模板砌壁。

2 爆破设计

2.1 爆破器材的选择

炸药：爆破材料选用防水二级煤矿许用乳化炸药，药卷规格Ф45 mm×400 mm。

爆破：分段毫秒延期6 m 长脚线电雷管。

起爆电源：380 V 动力电源。

装药起爆方式：不耦合反向装药，地面起爆。

2.2 爆破参数计算

（1）炮眼深度的选择

采用SJZ6.9 气动液压式六臂伞钻打眼，配备6台YGZ-70 型凿岩机，直眼掏槽形式[4]，掏槽眼深度为4.4 m，其他辅助眼为4.2 m。

（2）炮眼数目确定

式中：N为炮眼数目；q为单位岩体炸药消耗量，1.2～2.0 kg/m3，伞钻取2.0 kg/m3；S为掘进面积，取59.4 m2；η为炮眼利用率，90%；m为药卷长度，取0.40 m；a为炮眼装药系数，一般取0.4 ～0.7，伞钻取0.4；p为每个药卷重量，取0.5 kg。

计算炮眼数为213 个，经优化和经验取207 个，每循环炸药消耗量550 kg 左右。

（3）爆破参数图表

爆破参数见表1，爆破效果见表2，炮眼布置如图1。

表1 棋盘井煤矿副立井基岩段爆破参数表

表2 爆破效果表

图1 井筒炮眼布置图（单位：mm）

（4）雷管布置联线

0 号中心眼不装药，但必须清理干净，用木橛做好保护。掏槽眼安装Ⅰ段毫秒延期段发电雷管起爆炸药，二圈辅助眼安装Ⅱ段引爆炸药，依次类推。采用串并联的方法进行雷管联线，即一组串联10～11 个雷管，串够10 组，再将这10 组并联，最后与放炮母线连接。

3 爆破过程中出现的问题与解决方法

在实际施工中，由于井壁的淋水较大，造成了工作面积水，采用一把抓、大并联雷管的引爆连线方法，出现了雷管成片的拒爆不响现象。为排除雷管有质量问题，对雷管作了“坐力”引爆以及外观等抽查检验，全部合格。炸药厂告知该种长脚线电雷管每个电阻约为9～10 Ω，每个雷管的起爆电流应在3 A 以上。

3.1 优化接线方式

现场选用防水二级煤矿许用乳化炸药（殉爆距离≥20 mm，猛度≥10 mm，爆速≥3.0×103m/s），雷管为6 m 长脚线毫秒延期瞬发电雷管。由于炸药厂只能提供前五段毫秒延期电雷管，根据目前的情况和《煤矿安全规程》[5]的要求，先将10～11 个雷管串联，再将经过串联的10～11 组并联，最终与放炮母线连接。

3.2 起爆电流校核

电线电阻计算公式：

式中：S为引爆电缆截面积，mm2；P为电阻系数，P铜=0.018 4 Ωmm2/m（20℃时）；L为引爆电缆长度，m。

引爆母线采用35 mm2铠装橡套电缆，长度为816 m，母线电阻Rm=0.018 4×816/35=0.43 Ω。

联线采用1.5 mm2铜线做基线，长度为50 m，联线电阻RJ=0.018 4×50/1.5=0.61 Ω。

考虑接线点处的接触电阻：

式中：Uj为接触电压降，V；I为通过触头电接触处的电流，A。

经测量与计算，总接触电阻为Rj=1 Ω 左右。

故线路的总电阻按RX=Rm+RJ+Rj=2 Ω 计算。

每个电雷管经过实际测量电阻=9～10 Ω，取最大值10 Ω。

每组电雷管串联电阻为：

式中：N为电雷管串联数量；R为电雷管单个电阻，为10 Ω。

电雷管总并联电阻为：

若一次全爆破206 发雷管，采用6 组21 个雷管串联、4 组20 个雷管串联，然后10 组并联的连接方式，电雷管总并联电阻RW=1/（6/210+4/200）=20.59 Ω，回路总电阻为R总=RW+RX=22.59 Ω。

线缆电流为：I=U/R=380 V/22.59 Ω=16.8 A。

进行通过单个雷管的最大电流计算为：Imax=I/{4×[（4/200）/（6/210）+1]}=2.47 A

由于单个雷管最大起爆电流Imax=2.47 A＜3 A，不能满足起爆要求。可以发现，爆破初期采用的一把抓大并联，母线与各个雷管的联线方法，雷管的电流＜2.47 A，雷管必然不会引爆。

由于厂家只能提供5 段毫秒延期电雷管，因此井筒一个断面的一次爆破，必须分两次进行，才能完成206 发雷管的全断面爆破任务。采用一组串联10 只雷管，一次并联10～11 组的方式。

现进行单根雷管最小电流验算，此时按并联11组算：

每组电雷管串联电阻RW1=R×N=10×10=100 Ω；

电雷管总并联电阻为RW=100÷11 ＝9.09 Ω；

回路总电阻为：R总=RX+RW=9.09+2=11.09 Ω；

通过单个雷管最小电流为：Imin=V/ 11×R总=380/（11.09×11）=3.12 A ＞3 A。

可知，此时通过单个雷管的最小电流Imin=3.12A＞3 A，符合电雷管起爆要求。

经过实际引爆，效果较为理想。在实际装药爆破操作中还应做好如下细节：

（1）爆破母线要单独悬吊，不可与管道、工作面岩石等接触；

（2）各雷管的脚线串联好后，各个接线点要悬空，脚线相连的地方要用砂纸磨光并用防水绝缘胶布包裹，防止淋水淋湿接线点；

（3）与引爆母线连接的雷管脚线要有足够的接触面，连线的地方最好用砂纸磨光，并扎牢，用防水绝缘胶布包扎紧且悬空，不能与井底工作面的积水接触；

（4）由于采用反向装药，装药时雷管脚线在炮孔中的滑行距离较长，需轻柔地将装引爆药按放到孔底，防止磨破雷管脚线的绝缘皮，造成雷管电流变小拒爆；

（5）指定专人负责监督检查装药接线各个细节的情况，严格把关整个爆破过程。

4 结论

针对有较大淋水的大断面井筒实施爆破凿井，采用中深孔爆破技术，选用防水二级煤矿许用乳化炸药，避免使用一把抓、大并联的接线方式，校核单个雷管最小起爆电流需满足要求，作为爆破网路设计的依据，在装药操作时注意细节，能有效避免雷管拒爆的问题，从而实现较好的爆破效果。