云南省楚雄州大姚县六苴镇云南大姚675401
【摘要】深孔一次钻孔分次爆破成井是解决高天井掘进的困难,加快天井施工改善人工作业条件降低安全风险等。本文结合实施工程实例,探讨深孔一次钻孔分次爆破成井的实施条件、布孔参数、装药结构以及填塞结构希望得到业界专家关注,共同探讨进一步优化和改进的技术参数和技术措施,为推广应用深孔一次钻孔分次爆破成井工艺,提高矿山高井掘进的安全、经济、高效。
【关键词】深孔凿岩爆破一次成井
引言
此项技术源于地下开采的VCR法,分段爆破是深孔爆破法掘进天井的主要模式,而深孔分段爆破成井实施过程中堵孔、深孔完整度,爆破段高等副作用一直困扰着深孔爆破法。六苴铜矿本着安全生产、大胆创新原则,从2014年开始研究并实施深孔一次钻孔分次爆破成井技术。历经4年的时间,共实施8只高天井,每只都在30m以上,总爆破超过350m,最高的天井达到了50m。本文主要介绍深孔一次钻孔分次爆破成井的技术参数,介绍了深孔一次钻孔分次爆破成井的工程案例。
一、爆破主要参数设计
1.掏槽孔的布置与相关参数的确定
考虑凿岩性质的限制以及孔深、孔偏斜率等因素,选择采用桶形直孔掏槽,其关键是利用空孔为首发爆破的基础自由面,形成初始的掏槽腔,掏槽腔的形成依次爆破顺序由小到大扩成,形成井筒。所以,首段爆破掏槽的好坏直接影响到下一段起爆扩槽,因此,掏槽方式和相关参数的确定是决定了掏槽质量,也决定了成井效果。根据成井高度、成井断面,选择3~4个空孔作为初始爆破的自由面和补偿空间。掏槽孔和空孔的布置如1图所示。
(1)空孔参数计算
空孔为首响槽孔提供自由面,形成应力集中,产生卸压和容纳破碎岩石。因此,需要正确选择空孔参数,如空孔与首响槽孔直径的比值和空孔与首响槽孔的孔间距。
空孔直径D与首响槽孔直径d的比值如下:
式中:?为岩石爆破破碎角,直孔掏槽时,要求≥30°。众所周知,岩石爆破破碎是应力波和爆生气体共同作用的结果,而岩石爆破所形成的新裂隙主要由应力波产生;当空孔直径与首响槽孔直径相等或较小时,作用到空孔表面的应力波反射发散程度大,自由面作用小,应力集中程度弱,较难或不能形成空孔与首响槽孔之间的破碎漏斗;当空孔大于首响槽孔,且满足式(1)时,不仅能使空孔与槽孔之间岩石破碎,而且能形成破碎漏斗。
由式(1),空孔大于首响槽孔,且空孔与首响槽孔直径的比值不小于1.7。
(2)空孔与首响槽孔的孔间距
为了容纳破碎岩石,空孔与首响掏槽孔的孔间距a由下式[2]计算并按实际孔偏进行校核:
式中:a为空孔为空孔与首响槽孔的孔间距,k为岩石碎胀系数。
2.辅助孔、周边孔布置的确定
根据选择实施的井筒断面(4~6.25m2)等,设计3个空孔、6个掏槽孔;均衡的布置辅助孔和周边孔,断面为4m2的选择布置2个辅助孔,8个周边孔;断面为6.25m2的选择布置2个辅助孔,10个周边孔。
3.炮孔施工与确定空孔参数要求
(1)设计采用浅孔钻机:型号为:SKZ-120A从下向上施工炮孔,孔径90mm;或者采用:型号为:ZDY-600SG液压小钻从上向下施工炮孔,孔径75mm。设计允许炮孔偏斜率在0.5~2%之间;或者,成孔偏斜大,但整体孔偏斜相对一致。
(2)根据成孔后的质量和偏斜率,在每次爆破水平面动态选择空孔、一次掏槽、二次掏槽及辅助孔;(如:在施工过程中,因地层、炮孔偏斜等因素,相邻较近的两个孔会在某一水平面窜通或者距离较近,此类孔,就作为空孔使用)。成孔质量和炮孔偏斜情况,也是确定掏槽、辅助、周边孔起爆顺序的关键。
二、爆破成井实施
1.分次爆破高度的确定
分段高度H由炮孔偏斜率和空孔大小决定,其关系满足下式:
式中:H为分段高,?为槽孔偏斜率。
2.装药结构的确定
掏槽孔、辅助孔以及周边孔的装药结构相同。炮孔装药涉及到装药量、布置形式、装药长度和上下口堵塞长度。一次钻孔分次爆破成井的炮孔均采用连续不偶和装药,药卷与孔壁10mm的空气间隔。
3.起爆顺序、填塞物及长度确定
(1)依据炮孔偏斜率及成孔质量,理论推算出炮孔在不同水平面炮孔排列布置呈现不同形状,鉴于每次爆破水平炮孔排列情况,动态选择空孔及首次掏槽孔。首响掏槽孔爆破形成槽腔,再二次掏槽为辅助爆破提供足够的爆破自由面。其过程经历了径向破碎、高压二相流形成和轴向排渣3个依次连续的过程,其中关键是高压二相流形成。槽孔装药量过大或过小,均影响高压二相流的形成,前者因为槽孔与空孔之间的岩石径向破碎过度,形成了“再生岩”,不能形成高压二相流;后者因为岩石径向破碎不完全,难以形成高压二相流,影响爆破效果。
(2)因炮孔直通上下,在每次装药爆破前后需要对其进行上下填塞。下口堵塞不宜过长,上口堵塞不宜过短;下孔口采用长250mm(≤首次掏槽的孔口的抵抗线)、直径与孔径相符的物料;装药后药面以上的填塞物为柔软的炮泥,填塞长度≥孔底的最大抵抗线。避免因,下口堵塞不宜过长,上口堵塞过短;造成,岩石炸不开,形成关门炮;或者造成超爆,破坏未装药的炮孔,影响下一循环装药爆破。
图2为装药结构图
采用人工从上往下装药,起爆药包在装药高度的中下位置,孔内延时,导爆索传爆。
三、成功案例分享
根据六苴矿床实施一次钻孔分次爆破成井工艺以来,共实施8只井:硫化矿740-770中段回风井,直径3m,井高30m;硫化矿4210-12采充填回风井,直径2.5m,井高31m;硫化矿3705-06采充填回风井,直径2m,井高31m;900中段3905-06采下矿端井,井筒2×2m、井高37.5m,770中段4313-15采充填回风井,直径2m,井高40.5m;740中段4404-06采2只充填回风井,直径2m,井高40.5m;经过多次对一次成孔分次爆破成井施工高天井不断实践和摸索,在技术上取得创新与突破,本文以770中段4313-15采充填回风井工程实例作为分享。
1.成孔质量对比
根据上表实测数据,井高为40.2M,炮孔偏斜较大,最大补1#孔1.78M,最小15#孔0.101M;1#、2#孔在13M位置互窜通,3#、7#在29M位置互窜通,10#、补3#孔在18M位置互窜通。
2.爆破成井
依据炮孔偏斜率及成孔质量,理论推算出炮孔在不同水平面炮孔排列布置呈现不同形状,鉴于每次爆破水平炮孔排列情况,动态选择空孔及首次掏槽孔、二次掏槽孔、辅助孔以及周边孔。经过计算和多次实施得出经验,选定分次爆破高度控制在5M以内。主要依据,分次爆破高度过高药量过大会造成堵孔、孔壁破坏严重以及对上空口的反冲击多大破坏炮孔,过小侧影响施工效率。
四、结论
①六苴深部采矿采用深孔一次钻孔分次爆破成井的工艺,经过多次实践,考虑环境的因素、成孔质量等问题,分次爆破控制5m以内是一个较好爆破高度。
②就目前已成功实施50m的高井分次爆破,效果较好,施工人员安全可以大大确保,从设计上离本质安全又近一步。
③在今后实施中我们将优化炮孔孔径,降低炸药消耗进一步优化材料成本后,将大力推广深孔一次钻孔分次爆破成井工艺。
参考文献
[1].李启月,李夕兵,范作鹏,张瑞华《深孔爆破一次成井技术与应用实例分析》中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083
[2].罗勇,沈兆武.钻孔爆破中炮孔堵塞效果及堵塞长度的研究[J].
力学与实践,2006,28(2):48–52
[3].李启月,徐敏,范作鹏,等.直眼掏槽破岩过程模拟与空孔效应分析[J].爆破,2011,28(4):23–26.