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        中深孔凍土爆破技術(shù)在特厚沖積層凍結(jié)井筒中的應(yīng)用

        2020-06-01 11:16:46呂冬超
        科學(xué)大眾 2020年3期
        關(guān)鍵詞:鉆眼放炮凍土

        呂冬超

        摘? ?要:為解決趙固二礦西風(fēng)井井筒鈣化和膠結(jié)的表土段黏土層爆破效果差的問(wèn)題,特與專業(yè)的爆破公司合作研究,并邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)井筒凍土爆破頂尖專家,通過(guò)對(duì)鉆孔設(shè)備的改造及爆破參數(shù)的優(yōu)化,提高了循環(huán)進(jìn)尺,取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

        關(guān)鍵詞:特厚沖積層;凍土爆破;SJZ-6.7傘鉆

        在立井井筒掘進(jìn)過(guò)程中,鉆眼爆破工作是一項(xiàng)主要工序,約占整個(gè)掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺時(shí)間的20%~30%,是實(shí)現(xiàn)井筒快速掘砌的重要因素之一,鉆眼爆破的效果直接影響其他工序及井筒施工速度、工程成本,必須予以足夠的重視。

        在整個(gè)鉆眼爆破工作中,鉆眼所占工時(shí)最長(zhǎng)。加快鉆眼速度、加大眼深、提高眼孔質(zhì)量以及提高鉆眼的機(jī)械化程度為其主要發(fā)展方向。

        隨著我國(guó)鑿井技術(shù)的發(fā)展,凍結(jié)表土段的深度已經(jīng)超過(guò)700 m。由于超深厚表土段深部黏性土層多為固結(jié)、半固結(jié)狀態(tài),再加上深部?jī)鼋Y(jié)的時(shí)間較長(zhǎng),這些地層若不采用中深孔爆破施工,則掘進(jìn)效率太低。但目前國(guó)內(nèi)超深厚表土段凍土爆破技術(shù)尚不成熟,深部?jī)鼋Y(jié)表土段施工進(jìn)度很難突破60 m/month。

        1? ? 工程概況

        趙固二礦西回風(fēng)立井井筒凈直徑6.00 m,井筒設(shè)計(jì)深度914.00 m(含井底水窩12.00 m),其中井筒穿過(guò)表土層厚度為704.60 m,黏性土層的累計(jì)厚度為630.39 m,占沖積層總厚度的89.47%。井筒穿越黏土(含砂質(zhì)黏土)多為灰白色,膠結(jié)程度高,含大量鈣質(zhì)結(jié)構(gòu),較硬且粘。﹣400.00 m以下黏性土層的干密度1.67~2.44 kg/m3,含水量6.46%~16.90%,﹣10 ℃時(shí)凍脹率1.87%~6.26%。沖積層及風(fēng)化基巖段采用凍結(jié)法施工,凍結(jié)深度783.00 m,井壁厚度900.00~1 950.00 mm。超深厚沖積層深部?jī)鼋Y(jié)時(shí)間長(zhǎng),固結(jié)、半固結(jié)黏土層所占比例大,直接用機(jī)械開挖較難,施工進(jìn)度很難突破60 m/month,需要采用爆破施工工藝。

        井筒外壁掘砌至﹣80 m以后,主要揭露土層為鈣質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、礫石,其性質(zhì)為:黏土多固結(jié)程度高、致密均勻,硬度大;砂質(zhì)黏土多為灰白色,膠結(jié)程度高,含大量鈣質(zhì)結(jié)構(gòu),較硬;礫石層中主要含砂、水,掘進(jìn)時(shí)凍土進(jìn)入荒徑1 000~1 500 mm。掘進(jìn)過(guò)程中挖掘機(jī)挖掘非常困難,主要以人工使用破碎機(jī)、強(qiáng)力風(fēng)鎬破土掘進(jìn),機(jī)械化配套設(shè)備根本發(fā)揮不到應(yīng)有的作用,且在施工中造成挖掘機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),出現(xiàn)多次損壞,采用4 m高的模板砌筑,井下工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大增加,施工效率很低,為降低勞動(dòng)強(qiáng)度,加快施工進(jìn)度,減少循環(huán)時(shí)間及井幫暴露時(shí)間,井筒外壁﹣190 m以下采取爆破掘進(jìn),挖掘機(jī)、中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)配合局部人工挖掘,經(jīng)過(guò)多次摸索研究,優(yōu)化出較好的爆破施工方案。

        2? ? 凍結(jié)表土段爆破技術(shù)革新

        2.1? 深厚沖積層的黏性凍土中進(jìn)行爆破施工存在的問(wèn)題

        (1)目前國(guó)內(nèi)井筒施工中所用的鑿孔工具多為SJZ-6.7傘鉆配套YCZ-70型鑿巖機(jī)及φ25 mm六棱中空合金鉆桿或人工使用鑿巖機(jī)配φ25 mm六棱中空合金鉆桿。黏性凍土中使用上述鉆具時(shí),鉆頭旋轉(zhuǎn)發(fā)熱易造成土層中水或冰(融化為水)與土結(jié)合,形成泥漿堵塞鉆頭,或現(xiàn)場(chǎng)大顆粒土屑返不出鉆孔,致使無(wú)法鉆進(jìn)。使用水打眼也可以造孔成功,但在深井施工工作面上存有水泥砂漿,給施工環(huán)境、施工安全以及施工人員本身造成巨大的影響,而凍結(jié)段鉆孔、掘進(jìn),工作面帶水作業(yè)易造成堵(凍)眼,也會(huì)提高壁后土層含水率或增加井幫結(jié)霜,易增大壁后土層回凍的凍脹力,給新筑外層井壁帶來(lái)影響,因此使用水打眼并不是一個(gè)好的解決辦法。

        (2)由于爆破現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同,鉆爆地質(zhì)環(huán)境不同,導(dǎo)致所采用的爆破參數(shù)不同,大多數(shù)光面爆破參數(shù)是針對(duì)堅(jiān)硬程度f(wàn)=5~10的巖石,對(duì)凍土光面爆破參數(shù)的研究較少,特別是對(duì)﹣420 m以下的黏土(含砂質(zhì)黏土)層,光面爆破參數(shù)均需重新探索,否則爆破掘砌施工速度仍然超不過(guò)65 m/month。

        2.2? 趙固二礦西風(fēng)井施工中對(duì)鉆孔設(shè)備的改造

        趙固二礦西風(fēng)井施工中通過(guò)對(duì)SJZ-6.7傘鉆的改造創(chuàng)新,把YCZ-70型鑿巖機(jī)更換為MQT-150型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)機(jī)頭,增大了鉆機(jī)扭矩,配風(fēng)動(dòng)煤鉆機(jī)專用φ43 mm麻花鉆桿以及Y字鉆頭,提升了鉆桿剛度,并順利將黏滯的土屑帶出孔眼,提高了鉆進(jìn)黏土的效率,成功解決了固結(jié)、半固結(jié)黏土和凍結(jié)土黏土的造孔難題,提高了造孔效率,造孔深度可達(dá)4 m,如圖1—2所示。

        2.3? 爆破參數(shù)的試驗(yàn)探索

        2.3.1? 炸藥選型

        炸藥選用為T220-nd巖石水膠炸藥(﹣25 ℃),藥卷規(guī)格Φ35 mm×300 mm×0.35 kg,密度為1 213 kg/m3,猛度為16~18 mm,爆力為350 mL,爆速為4 100~4 400 m/s。該類型炸藥在凍結(jié)法施工中抗凍效果較好,爆破速度穩(wěn)定。

        2.3.2? 連線與起爆

        地面距離井口>20 m設(shè)專用起爆箱,起爆箱加設(shè)聯(lián)動(dòng)閉鎖防止誤送電,放炮電壓380 V,放炮電纜采用一趟MY3×16+1×16橡套專用放炮電纜,專用放炮電纜通至吊盤下層盤專用接線盒內(nèi)。爆破母線采用3.8 mm2銅母線電纜,放炮母線上端與放炮電纜相連,下端與雷管腳線相連。井下工作面各炮眼裝藥、聯(lián)線完畢后,從吊盤下放放炮母線至工作面,放炮母線上端與放炮電纜相連,下端與雷管腳線相連,經(jīng)檢查裝藥、聯(lián)線無(wú)誤后,吊盤等設(shè)備提至距離工作面40 m安全高度,并將模板油缸保護(hù)好,待所有人員升井至地面后,井口附近設(shè)置好20 m警戒距離后再進(jìn)行放炮。爆破參數(shù)如表1所示。

        3? ? 爆破應(yīng)用效果

        爆破后預(yù)期的爆破效果,降低了炸藥消耗量,炮眼利用率在87.5%~93.3%。豎井成型較好,爆破面光滑無(wú)片幫,為后續(xù)澆筑混凝土提供了良好的工作面。趙固二礦西風(fēng)井通過(guò)凍結(jié)調(diào)控和凍掘配合,實(shí)現(xiàn)了井幫溫度設(shè)計(jì)的調(diào)控目標(biāo),基本維持深部黏性土層井幫溫度在﹣11~﹣7 ℃范圍,施工環(huán)境溫度良好,避免了低溫對(duì)炸藥起爆的影響,爆破掘進(jìn)的炸藥起爆率和爆破效果均超過(guò)以往深凍結(jié)井筒,由實(shí)際工程應(yīng)用可以看出深部黏性凍土的爆破每炮循環(huán)進(jìn)尺由2.6 m左右逐漸提高至2.8 m以上,甚至突破3.0 m。

        4? ? 結(jié)語(yǔ)

        中深孔凍土爆破在趙固二礦西風(fēng)井的成功應(yīng)用,驗(yàn)證了該爆破參數(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用上的可行性,為工程掘進(jìn)提供了一定經(jīng)驗(yàn)價(jià)值,為趙固二礦西風(fēng)井凍結(jié)表土段施工中探索出了一套安全、快速、經(jīng)濟(jì)合理的凍土爆破技術(shù),創(chuàng)造了連續(xù)4個(gè)月深厚表土段成井速度80 m/month的成績(jī),為我國(guó)凍土爆破積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]王建平,靖洪文,劉志強(qiáng).礦山建設(shè)工程[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.

        [2]于建新.超深厚沖積層立井凍結(jié)爆破快速掘砌施工技術(shù)[J].煤炭工程,2019(11):33-37.

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