典型实例

深孔爆破一次成井

文字:[大][中][小] 2011-7-4  浏览次数:2018
  完成时间:2001年11月   工程地点:北京某地下工程   完成单位:中国人民解放军61975部队   项目主持人及参加人员:燕鸣、龚银廉、黄坚、杜长江   撰稿人:燕鸣   1   工程概况   2001年4月,某地下工程有一条已开挖支护完毕的水平巷道,须用立井与地表连通。立井横断面为圆形,直径4.20m,深31.00m,总开挖量429.27m3。从已开挖的水平巷道和地表岩石判定,整个立井都处在砂岩中。岩体层理裂隙发育,风化破碎严重,普氏系数f=6~8,其开挖难度非常大。   2   方案选择   对该立井,不论是采用从上往下分层钻爆的下行施工,还是从下往上分层钻爆的上行施工,都由于工序繁杂、井内人工作业量大、施工环境恶劣,安全难以保障而无法满足施工要求。若采用由VCR采矿法,全断面、全井深一次钻孔,将井分段装药,用多段雷管延期后退爆破法进行施工,其药包布置与分割填塞段长要求非常严格,起爆网路十分复杂,技术难度大,施工队难以操作。后起爆的药包,难免出现因受挤压破坏而发生的拒爆现象,使得一次爆破成井很不可靠。爆后处理瞎炮,其难度和危险性很大。   根据巷道已开挖并支护完毕的优越条件,为确保安全,施工顺利进行,选定对立井进行全断面、全井深一次钻孔装药,采用毫秒雷管起爆,先起爆预裂周边,后起爆掏槽孔,最后起爆破碎孔,顺序将井内岩体破碎,再向井内大量灌水后,破碎的爆渣在自重和水的冲压下自动下落成井。最后在下巷道内用机械清渣。   3   炮孔设计   3.1 炮孔平面布置   炮孔平面布置见图1。   3.2 炮孔允许偏斜率   因全井深一次钻孔,炮孔长,所以钻孔时每个炮孔的偏斜率须控制在2%以内。   3.3 预裂孔   立井周边的预裂孔,用其裂成的缝隙衰减其他炮孔起爆时传来的爆能,并提高开挖质量,使爆渣自动下落。取预裂孔孔距口=60~100mm。   该方案共布置22个孔,孔直径70mm,孔距60cm,孔深3100cm。各孔均布置在立井周边的轮廓线上。   3.4 掏槽孔与空孔   掏槽孔(见图1)是装药孔,它必须将该区岩体爆得粉碎。空孔是为掏槽孔提供爆破临空面,以使掏槽孔全孔深连续装药能同时起爆。实践证明,少数掏槽孔与空孔在钻孔时彼此互相贯穿,对粉碎区的形成没有多大影响。   掏槽孔和空孔的个数和布置:当岩石普氏系数f≤8,岩石风化破碎较重时,可按本方案实施。当f>8时,可设置9个掏槽孔,4个空孔。 全井装药齐爆后,被挤压在井中的爆渣若过度密实,则很难使它下落。本工程采用高压水冲渣,在爆渣自重和水压的作用下自动下落。   3.5 破碎孔   破碎孔介于掏槽孔和预裂孔之间,其作用是将井内岩体全部破碎。当深井直径小于2.60m时,可不设置破碎孔。当井直径小于2.OOm时,破碎孔与预裂孔均不设置,仅掏槽孔即可成井。   4   装药量计算及装药结构   深井一次爆破成井,一是要爆得好,并保证不出瞎炮,二是要有好的成井质量。要达到这个目的,除岩石状况和炮孔参数外,还与炸药品种、装药量大小、装药结构及起爆方法有密切关系。对井周边预裂孔的装药,一般宜用低猛度、低爆速、低密度及传爆性能好的专用炸药。目前,我国多用硝铵炸药代替,但线装药密度和装药结构必须合理。   4.1 预裂孔   采用全井深不耦合连续装药,线装药密度0.75kg/m,不耦合系数2.19。为使装药可靠起爆,每孔设置2枚l段毫秒导爆管雷管和一根与装药同长的导爆索,用以共同起爆装药。   4.2 掏槽与破碎孔   为简化施工工艺,便于施工操作,两种孔全采用全井深不耦合连续装药,线装药密度同为2.25kg/m,不耦合系数为1.26。装药时,先将加工好的导爆索悬吊在炮孔内设计位置。再把直径32mm、长200mm、重150g的二号岩石硝铵炸药药卷,每三卷并列捆成一束,按每孔装药量将药束连续装入炮孔即可。
 
  5   炮孔填塞
  先向已堵好木塞、灌完沙子的炮孔内装药,再用黏土:砂=1:2,加20%水拌制的材料,将各装药孔孔口填塞1.OOm长即可。   6   起爆网路和起爆顺序   将引出孔口外传爆雷管的70根导爆管,按就近原则,采用“一把抓”捆成5束,每束14根。在每束中设置两个串联瞬发电雷管,再将5束导爆管中的雷管串联后接在起爆干线上,在点火站用起爆器起爆。   起爆顺序:预裂孔0秒起爆;掏槽孔与破碎孔均延时50ms起爆。   7   该施工法的减振原理及措施   与传统的深井分层钻爆开挖相比,该施工法采用全井深一次钻孔装药,先将井的周边同时预裂,再将整个井的被挖岩体同时爆碎,这样施工,段齐爆药量是很大的。能否采取多种措施减振,是该施工方法成败的关键。   7.1 深井全井深装药齐爆减振的原理   采用多点起爆在时间和空间上达到泄能作用,加之预裂缝隔断并减弱应力波向四周传递,在高频条件下,起到有效降振的作用。   7.2 该施工方法对爆破所采取的减振措施   (1)该施工法采用两段雷管毫秒延时爆破成井,其爆破总持续时间短,主振频率高,爆破振动能量较多地分布在高频振动成分中。大量工程实践证明,地面与地下构、建筑物,其自振频率仅对与其相近的低频振动能量响应,对高频振动能量,尤其是频差较大的高频振动能量并不响应。因此,该施工方法虽段齐爆药量较大,但谱能状态中低频振动能量并不多,这有利于保护巷道围岩及其支护,使其不出现较重的破坏现象。   (2)常规深井爆破,周边孔多采用连续耦合装药,对井壁围岩破坏严重。该施工方法采用预裂爆破,炮孔直径70mm,药卷直径32mm,不耦合系数为2.19,这可使爆轰波初始超压降低到2×103MPa以下,故井壁围岩损伤程度较小。   (3)该施工方法采用小孔距预裂爆破,预裂缝较宽,隔振减振效果显著。研究资料表明,该缝宽度超过0.5cm,可使透射到井壁围岩中的振动幅值降低30%~40%。   由于采取了以上减振措施,该方案实施后,井底围岩未出现恶化现象。距井轴10.OOm内未支护的巷道,部分悬石被振落,20.OOm处的喷射混凝土支护虽出现了少许细微裂缝,但并不影响围岩稳定。这表明其减振效果是显著的。   8   爆破成果   此次爆破,钻孔39个,全长1209.OOm,共用炸药1326.75kg,雷管80枚,导爆索1015.OOm,总开挖量429.27m3。平均每1m3岩石消耗炸药3.09lkg、炮孔2.82m、雷管0.19枚、导爆索2.37m。   爆后,围岩稳定,立井成型规整,井壁刷帮量小,、仅井口与井底小于1.50m深的段内出现了小于45°的爆破漏斗,造成少量超挖。   被爆碎的岩石,由于得不到足够的松胀空间而被暂时挤压在井内,这对立井在开挖中不塌方是有利的。爆后,先向井内大量灌水,再进行清渣。随着井内爆渣的逐渐下落,施工人员可在渣顶上对井进行刷帮支护。清渣完毕,支护随之完毕,既安全,又方便。   笔者曾用该方法分别在岩石普氏系数f<6的绿泥灰岩、f=7~9的沙岩、f=10~12的磷灰岩中分别开挖过直径1.90m、深16.80m,直径5.50m、深26.50m,直径2.OOm、深23.OOm等8个立井,其成井质量和围岩稳定均非常理想。实践证明,这种施工方法不受地质条件、井直径大小及井深浅度的限制。只要钻孔的偏斜度符合设计要求(即判定能将岩石爆碎),不论井有多深,都可一次爆成。   该方法工序简单,操作方便,突出体现了优质、高速、安全、低耗的施工特点,是一次爆破成井的方法,一定会在以后的建井工程中发挥良好的作用。   摘自《中国典型爆破工程与技术》