典型實例

深孔爆破一次成井

文字:[大][中][小] 2011-7-4  瀏覽次數:2259

  完成時間:2001年11月

  工程地點:北京某地下工程

  完成單位:中國人民解放軍61975部隊

  項目主持人及參加人員:燕鳴、龔銀廉、黃堅、杜長江

  撰稿人:燕鳴

  1   工程概況

  2001年4月,某地下工程有一條已開挖支護完畢的水平巷道,須用立井與地表連通。立井橫斷面為圓形,直徑4.20m,深31.00m,總開挖量429.27m3。從已開挖的水平巷道和地表巖石判定,整個立井都處在砂巖中。巖體層理裂隙發育,風化破碎嚴重,普氏系數f=6~8,其開挖難度非常大。

  2   方案選擇

  對該立井,不論是采用從上往下分層鉆爆的下行施工,還是從下往上分層鉆爆的上行施工,都由于工序繁雜、井內人工作業量大、施工環境惡劣,安全難以保障而無法滿足施工要求。若采用由VCR采礦法,全斷面、全井深一次鉆孔,將井分段裝藥,用多段雷管延期后退爆破法進行施工,其藥包布置與分割填塞段長要求非常嚴格,起爆網路十分復雜,技術難度大,施工隊難以操作。后起爆的藥包,難免出現因受擠壓破壞而發生的拒爆現象,使得一次爆破成井很不可靠。爆后處理瞎炮,其難度和危險性很大。

  根據巷道已開挖并支護完畢的優越條件,為確保安全,施工順利進行,選定對立井進行全斷面、全井深一次鉆孔裝藥,采用毫秒雷管起爆,先起爆預裂周邊,后起爆掏槽孔,最后起爆破碎孔,順序將井內巖體破碎,再向井內大量灌水后,破碎的爆渣在自重和水的沖壓下自動下落成井。最后在下巷道內用機械清渣。

  3   炮孔設計

  3.1 炮孔平面布置

  炮孔平面布置見圖1。

  3.2 炮孔允許偏斜率

  因全井深一次鉆孔,炮孔長,所以鉆孔時每個炮孔的偏斜率須控制在2%以內。

  3.3 預裂孔

  立井周邊的預裂孔,用其裂成的縫隙衰減其他炮孔起爆時傳來的爆能,并提高開挖質量,使爆渣自動下落。取預裂孔孔距口=60~100mm。

  該方案共布置22個孔,孔直徑70mm,孔距60cm,孔深3100cm。各孔均布置在立井周邊的輪廓線上。

  3.4 掏槽孔與空孔

  掏槽孔(見圖1)是裝藥孔,它必須將該區巖體爆得粉碎。空孔是為掏槽孔提供爆破臨空面,以使掏槽孔全孔深連續裝藥能同時起爆。實踐證明,少數掏槽孔與空孔在鉆孔時彼此互相貫穿,對粉碎區的形成沒有多大影響。

  掏槽孔和空孔的個數和布置:當巖石普氏系數f≤8,巖石風化破碎較重時,可按本方案實施。當f>8時,可設置9個掏槽孔,4個空孔。

全井裝藥齊爆后,被擠壓在井中的爆渣若過度密實,則很難使它下落。本工程采用高壓水沖渣,在爆渣自重和水壓的作用下自動下落。

  3.5 破碎孔

  破碎孔介于掏槽孔和預裂孔之間,其作用是將井內巖體全部破碎。當深井直徑小于2.60m時,可不設置破碎孔。當井直徑小于2.OOm時,破碎孔與預裂孔均不設置,僅掏槽孔即可成井。

  4   裝藥量計算及裝藥結構

  深井一次爆破成井,一是要爆得好,并保證不出瞎炮,二是要有好的成井質量。要達到這個目的,除巖石狀況和炮孔參數外,還與炸藥品種、裝藥量大小、裝藥結構及起爆方法有密切關系。對井周邊預裂孔的裝藥,一般宜用低猛度、低爆速、低密度及傳爆性能好的專用炸藥。目前,我國多用硝銨炸藥代替,但線裝藥密度和裝藥結構必須合理。

  4.1 預裂孔

  采用全井深不耦合連續裝藥,線裝藥密度0.75kg/m,不耦合系數2.19。為使裝藥可靠起爆,每孔設置2枚l段毫秒導爆管雷管和一根與裝藥同長的導爆索,用以共同起爆裝藥。

  4.2 掏槽與破碎孔

  為簡化施工工藝,便于施工操作,兩種孔全采用全井深不耦合連續裝藥,線裝藥密度同為2.25kg/m,不耦合系數為1.26。裝藥時,先將加工好的導爆索懸吊在炮孔內設計位置。再把直徑32mm、長200mm、重150g的二號巖石硝銨炸藥藥卷,每三卷并列捆成一束,按每孔裝藥量將藥束連續裝入炮孔即可。
 
  5   炮孔填塞

  先向已堵好木塞、灌完沙子的炮孔內裝藥,再用黏土:砂=1:2,加20%水拌制的材料,將各裝藥孔孔口填塞1.OOm長即可。

  6   起爆網路和起爆順序

  將引出孔口外傳爆雷管的70根導爆管,按就近原則,采用“一把抓”捆成5束,每束14根。在每束中設置兩個串聯瞬發電雷管,再將5束導爆管中的雷管串聯后接在起爆干線上,在點火站用起爆器起爆。

  起爆順序:預裂孔0秒起爆;掏槽孔與破碎孔均延時50ms起爆。

  7   該施工法的減振原理及措施

  與傳統的深井分層鉆爆開挖相比,該施工法采用全井深一次鉆孔裝藥,先將井的周邊同時預裂,再將整個井的被挖巖體同時爆碎,這樣施工,段齊爆藥量是很大的。能否采取多種措施減振,是該施工方法成敗的關鍵。

  7.1 深井全井深裝藥齊爆減振的原理

  采用多點起爆在時間和空間上達到泄能作用,加之預裂縫隔斷并減弱應力波向四周傳遞,在高頻條件下,起到有效降振的作用。

  7.2 該施工方法對爆破所采取的減振措施

  (1)該施工法采用兩段雷管毫秒延時爆破成井,其爆破總持續時間短,主振頻率高,爆破振動能量較多地分布在高頻振動成分中。大量工程實踐證明,地面與地下構、建筑物,其自振頻率僅對與其相近的低頻振動能量響應,對高頻振動能量,尤其是頻差較大的高頻振動能量并不響應。因此,該施工方法雖段齊爆藥量較大,但譜能狀態中低頻振動能量并不多,這有利于保護巷道圍巖及其支護,使其不出現較重的破壞現象。

  (2)常規深井爆破,周邊孔多采用連續耦合裝藥,對井壁圍巖破壞嚴重。該施工方法采用預裂爆破,炮孔直徑70mm,藥卷直徑32mm,不耦合系數為2.19,這可使爆轟波初始超壓降低到2×103MPa以下,故井壁圍巖損傷程度較小。

  (3)該施工方法采用小孔距預裂爆破,預裂縫較寬,隔振減振效果顯著。研究資料表明,該縫寬度超過0.5cm,可使透射到井壁圍巖中的振動幅值降低30%~40%。

  由于采取了以上減振措施,該方案實施后,井底圍巖未出現惡化現象。距井軸10.OOm內未支護的巷道,部分懸石被振落,20.OOm處的噴射混凝土支護雖出現了少許細微裂縫,但并不影響圍巖穩定。這表明其減振效果是顯著的。

  8   爆破成果

  此次爆破,鉆孔39個,全長1209.OOm,共用炸藥1326.75kg,雷管80枚,導爆索1015.OOm,總開挖量429.27m3。平均每1m3巖石消耗炸藥3.09lkg、炮孔2.82m、雷管0.19枚、導爆索2.37m。

  爆后,圍巖穩定,立井成型規整,井壁刷幫量小,、僅井口與井底小于1.50m深的段內出現了小于45°的爆破漏斗,造成少量超挖。

  被爆碎的巖石,由于得不到足夠的松脹空間而被暫時擠壓在井內,這對立井在開挖中不塌方是有利的。爆后,先向井內大量灌水,再進行清渣。隨著井內爆渣的逐漸下落,施工人員可在渣頂上對井進行刷幫支護。清渣完畢,支護隨之完畢,既安全,又方便。

  筆者曾用該方法分別在巖石普氏系數f<6的綠泥灰巖、f=7~9的沙巖、f=10~12的磷灰巖中分別開挖過直徑1.90m、深16.80m,直徑5.50m、深26.50m,直徑2.OOm、深23.OOm等8個立井,其成井質量和圍巖穩定均非常理想。實踐證明,這種施工方法不受地質條件、井直徑大小及井深淺度的限制。只要鉆孔的偏斜度符合設計要求(即判定能將巖石爆碎),不論井有多深,都可一次爆成。

  該方法工序簡單,操作方便,突出體現了優質、高速、安全、低耗的施工特點,是一次爆破成井的方法,一定會在以后的建井工程中發揮良好的作用。

  摘自《中國典型爆破工程與技術》

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