吳信遠(yuǎn)
【摘 要】紅粘土層的井巷施工的理論、技術(shù)和工程實踐都較為缺乏,本文結(jié)合寧東礦區(qū)紅石灣煤礦斜井掘進(jìn),解決了紅粘土斜井爆破的鑿巖機具設(shè)備配置,提出了適用于紅粘土層優(yōu)化的中深孔爆破方案,大大提高了紅粘土層爆破效率,解決了紅粘土層拒爆率高的技術(shù)問題,掘進(jìn)速度比原有提高30%以上。
【關(guān)鍵詞】斜井,中深孔爆破,紅粘土層
1 引言
紅粘土層廣泛分布,以其特殊的物理力學(xué)性質(zhì)區(qū)別于一般粘性土。從地表至基巖面,寧東礦區(qū)以堅硬、硬塑狀態(tài)紅粘土層為主在地表廣泛分布,具有較大的塑性變形。紅粘土鉆爆相比巖石層爆破具有不同的特性,鉆孔排粉困難,紅粘土變形大,爆破參數(shù)設(shè)計要求嚴(yán)格,炮眼利用率低,爆破效率差。
巷道鉆爆法的施工水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)受多種因素制約。由于紅粘土特殊的工程特性,其施工水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)受多種因素制約,主要包括設(shè)備配置、施工組織管理以及鉆掘工藝水平三方面,三者之間相互聯(lián)系、相互制約。其中設(shè)備配置是最基本的影響因素,科學(xué)合理的施工組織是實現(xiàn)快速掘進(jìn)的前提條件,鉆掘工藝水平是影響掘進(jìn)水平的關(guān)鍵。目前對于紅粘土爆破的現(xiàn)場應(yīng)用研究不多,施工中爆破技術(shù)和機械化配套仍存在一些不足,表現(xiàn)為掘進(jìn)循環(huán)效率低,爆破效果差,炮孔拒爆率高,嚴(yán)重的拒爆率達(dá)到30%,嚴(yán)重制約紅粘土斜井掘進(jìn)效率。
2 斜井全斷面中深孔控制爆破技術(shù)
采用全斷面一次爆破成巷工序簡單、協(xié)調(diào)方便、效率高,便于組織管理。主要爆破參數(shù)包括以下內(nèi)容。
(1)掏槽方式。巷道掏槽爆破近似為逐段等效集中裝藥下單自由漏斗爆破,掏槽眼間距主要利用條形裝藥在介質(zhì)中產(chǎn)生的破碎區(qū)大小為依據(jù)確定。為取得良好的掏槽效果,對于眼深在1.8m左右中深孔爆破,多采用多對斜眼的復(fù)式楔形掏槽方式,保證每對斜眼的孔底距在200mm左右。
(2)掏槽中心孔設(shè)置與作用。由于掏槽爆破夾制大,有部分紅土層難以拋出,造成炮眼利用率較低,在掏槽眼內(nèi)部設(shè)置中心孔,中心孔起爆后,可以克服紅粘土的“再生”,能把掏槽孔破碎的紅粘土拋出槽外,大大加深掏槽的有效深度,解決炮眼利用率低的問題。
(3)輔助眼和周邊眼的布置。輔助眼和周邊眼的作用主要是繼續(xù)擴大掏槽,形成巷道輪廓。輔助眼距一般700mm,方向垂直于工作面,均勻地布置在掏槽眼與周邊眼之間。輔助眼和周邊眼的眼深應(yīng)盡量一致,周邊眼間距不宜過小,一般500mm,由于紅粘土屬于硬塑性,不同于巖石,周邊眼藥量可以適當(dāng)加大,但也應(yīng)考慮周邊成型。
(4)炮眼深度。炮眼深度主要由試驗要求、鉆眼機具的鑿巖能力及工人操作水平?jīng)Q定,還與爆后空頂距有關(guān),空頂距直接影響圍巖的支護(hù)和安全施工?;诳焖倬蜻M(jìn)的需要考慮,循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計在一個班內(nèi)能完成一個正規(guī)作業(yè)循環(huán)的所有工序。
3 紅粘土層斜井高效掘進(jìn)優(yōu)化技術(shù)方案與工程實踐
3.1 斜井基本技術(shù)特征與施工方案
紅石灣煤礦斜井傾角250,穿越200m以上紅粘土層,巷道斷面為半圓拱形,掘進(jìn)斷面面積14.42m2,掘進(jìn)高度3.9m、寬度4.1m。通過比較最后選用規(guī)格¢43mm梅花鉆頭、¢40×2200mm梅花鉆桿。炸藥采用礦用乳化炸藥。支護(hù)材料為¢20×2200mm螺紋鋼樹枝錨桿、MSCK3540型及MSCK3535型的樹脂藥卷、¢18mm圓鋼的鋼帶,網(wǎng)片為網(wǎng)孔100mm×100mm、規(guī)格¢6.5×1000mm×2000mm,噴射混凝土的水泥為PO42.5太西牌水泥,速凝劑采用北京邁克龍力牌,選用砂為中砂、米粒石5~10mm。臨時支護(hù)采用¢75mm鋼管制作。噴射混凝土厚度100?,錨桿間排距為800×800?。
根據(jù)設(shè)備性能、施工順序、施工要求,全斷面掘進(jìn)的機械化作業(yè)線的主要設(shè)備有EZL-21/2型手持式氣動鉆機鑿孔配麻花鉆桿,MQB-50型手動手持錨桿鉆機打錨桿孔,運輸采用¢2.5mm絞車提升,6立方箕斗運輸。
根據(jù)現(xiàn)場條件、設(shè)備配制及施工水平,采用“三八”制組織生產(chǎn)和“三班掘進(jìn)、邊掘邊噴”的施工工藝。迎頭采用全斷面一次掘進(jìn),施工操作主要程序如下:迎頭打眼→裝藥→放炮→敲幫問頂→初噴→排矸→浮矸臺上錨網(wǎng)噴支護(hù)→排矸→支護(hù)兩幫(滯后迎頭兩循環(huán))。
為了充分利用掘進(jìn)循環(huán)時間,在平巷快速掘進(jìn)中積極采用多工序平行交叉作業(yè)。從整個平巷施工工序來看,主要是掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè),而掘進(jìn)主要是鑿巖和裝巖兩個主要工序的平行作業(yè)。為充分利用大斷面空間,采用“前面打眼,后面裝車;前面施工,后面復(fù)噴;前面初噴,后面裝車”作業(yè)方式。為更好提高工效和施工進(jìn)度,工序安排原則上是能后放的盡量放后,使迎頭集中力量掘進(jìn),從而加快巖巷施工速度。
3.2 紅粘土層的爆破參數(shù)優(yōu)化
現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)原方案微差爆破技術(shù)實施不合理,爆破效果較差,炮眼利用率僅為70%左右,同時拒爆率高,殘眼多,出現(xiàn)區(qū)域一般在斷面上中部的崩落眼或周邊眼上,基本情況是雷管響了,而炮眼內(nèi)的炸藥未起爆,循環(huán)進(jìn)尺低,原有施工方案平均1.3m,拒爆率高導(dǎo)致全斷面一個循環(huán)的爆破次數(shù)達(dá)到2次以上,有的甚至達(dá)到4次,降低了炸藥爆轟的共同作用,炸藥消耗量大。主要是由于槽眼布置的掏槽眼間距大、槽眼未超深、起爆順序不合理等造成。通過對現(xiàn)場條件和爆破效果分析,該斜井急需解決的問題:(1)提高循環(huán)進(jìn)尺;(2)控制拋擲量;(3)改善斷面成型;(4)提高炮眼利用率;(5)降低爆破次數(shù);(6)降低單位炸藥消耗量;(7)降低炮眼拒爆率。
3.3 紅粘土層的現(xiàn)場爆破效果比較
紅石灣煤礦斜井掘進(jìn)的紅粘土層現(xiàn)場爆破試驗前后歷時近40天,主要從爆破參數(shù)上進(jìn)行調(diào)整,輔助部分施工工序調(diào)整。通過改變爆破參數(shù),加大打眼深度,打眼深度由以前的1.6m提高到1.8m;同時針對巖性特點,采用優(yōu)化炮眼排列、角度、深度、裝藥量以及爆破順序,炮眼利用率顯著提高了,循環(huán)進(jìn)尺加大了,提高了掘進(jìn)速度,而且巷道周邊成形好。
爆破參數(shù)優(yōu)化后,從現(xiàn)場記錄和統(tǒng)計,打1.8m深的炮眼,其炮眼爆后殘眼深度為0~0.15m,單班循環(huán)的炮眼數(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減少5個,單班循環(huán)進(jìn)尺由原來的1.3m平均提高到1.72m,炮眼利用率由原來的80%提高到達(dá)90%以上,有的循環(huán)炮眼利用率達(dá)到100%。
爆破參數(shù)優(yōu)化后炸藥消耗量得到降低,單班循環(huán)原有共計用藥31.7kg,采用爆破優(yōu)化方案后單班循環(huán)共計用藥29.6kg,單位炸藥消耗量由原來的1.69kg/m3顯著降低到1.25kg/m3。
特別在嚴(yán)格執(zhí)行微差爆破技術(shù),微差時間控制在一個段別,不允許跳段,炮眼間距交叉布置,解決了高塑性紅粘土爆破的高拒爆率問題,由原來的拒爆率達(dá)到24%到3%左右。
4 結(jié)論
通過改變爆破參數(shù),采用優(yōu)化炮眼排列、角度、深度、裝藥量以及爆破順序,適當(dāng)加大打眼深度,提高了炮眼的利用率及循環(huán)進(jìn)尺。分析現(xiàn)有爆破中存在的問題,從現(xiàn)場下山掘進(jìn)的試驗實施來看,解決了制約掘進(jìn)單進(jìn)水平的最為關(guān)鍵的爆破拒爆的技術(shù)難題,采用新的科學(xué)勞動組織形式,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,實現(xiàn)了煤礦深部巷道安全優(yōu)質(zhì)高效掘進(jìn),降低了材料消耗,大大提高了井巷工程質(zhì)量,掘進(jìn)速度比原有提高30%以上,具有顯著的技術(shù)效果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。提出的紅粘土層爆破技術(shù)方案在同類地質(zhì)條件具有廣闊的推廣和應(yīng)用前景。