专利名称：深井爆破成井施工方法
技术领域：
本发明的深井爆破成井施工方法属于竖井开挖技术领域。
背景技术：
竖井掘进是地下工程施工中最难的一环。采用爆破技术是提高竖井进度的基本条件之一，深孔爆破施工方法很多。文献报道也较多。例如，长沙矿山研究院昆明土岩爆破会议论文，题为竖井深孔爆破(见中国国防科技信息中心馆藏GF06924)；石油工业部地下油库工程公司1981发表的一篇文章，题为竖井深孔分段光面爆破法--在地下油库工程中的应用(见中国国防科技信息中心馆藏GF39234)。传统的竖井开挖多用下行施工法，即自上而下钻孔、爆破、排烟、排险、出碴、修整、支护、测量等，如此反复循环，逐渐向下开挖。用这种施工方法，因井下作业面狭窄、通风困难、升降频繁、作业条件十分恶劣、工效非常低，遇有坠落物或其它险情时，井下作业人员无处躲避，故在破碎岩体中开挖竖井，属于劳动强度大、安全难保障的作业之一。由于井壁围岩钳制条件所决定，下行施工法的掘进，不论采用锥形掏槽法或是台阶爆破法，所需炸药单耗量通常都在3.0kg/m3以上。从试验掘进中看到这种装药量的爆破，对围岩损伤扰动比较严重，在岩石较破碎的情况下，使得井壁经常出现超挖或坍塌现象，给后续施工带来许多困难。另外，循环掘进中的重复爆破扰动，对附近坑道围岩的累积影响也不容忽视，它可导致已经破碎的岩体进一步松动，使本来已经处于围岩复杂应力作用下的坑道支护结构雪上加霜。这种施工方法的钻爆作业，还受到上个循环中支护混凝土龄期的制约，致使施工周期加长，难以满足竖井施工的进度需求。竖井的另一种传统开挖方法是上行施工法，它是借助吊罐或作业平台自下而上的进行掘进施工。这种施工方法，除不用人工井内出碴外，下行施工法的缺点它都具备，并且危险性更大。所以只有百米以上的大深井施工有时用它，一般情况下不常用。
另外，还有全断面钻孔，将井分段装药、采用多段雷管后退延期爆破法。这种施工方法的药包布置、分割堵塞段长度要求非常严格，起爆网路十分复杂，施工人员难以掌握。操作稍有不当，在后退上行延期爆破过程中，极易出现中间“夹生”现象，并且后起爆的炮，也常常因遭受挤压破坏而发生拒爆，这都给爆后处理增加了难度和危险性。此法从岩石破碎理论基础上看，并没有脱开利文斯顿的爆破漏斗破碎原理，它也是用药量消耗大、爆破效果差的药包单独作用来破碎岩石的，对保护围岩稳定，保证安全施工没有多大作用。
综上所述，现有的竖井施工方法难以满足工程需要。
发明内容
本发明的目的是提出一种新的深井爆破成井施工方法，深井爆破成井施工方法的特征是采用在深竖井全断面上布钻三种类型爆破孔，第一类为岩石预裂孔，布在圆形井周边轮廓线上，预裂孔孔径70mm，孔距8～9倍孔径，线装药密度0.5kg/m，第二类为岩石破碎孔，布在井周边预裂孔内侧，距井周边1000～1500mm，孔径100mm，孔距600～1000mm，线装药密度2.25kg/m，第三类为岩石粉碎孔，布钻在竖井轴心区，孔径100mm、线装药密度2.25kg/m，孔距≯300mm，粉碎孔与破碎孔之间的宽度600～1000mm，预裂孔、破碎孔和粉碎孔下端用木楔和炮泥封赌，预裂孔采用不耦合空气柱间隔装药，破碎孔和粉碎孔采用常规的不耦合连续装药，预裂孔、破碎孔和粉碎孔装药后上端用炮泥封赌，每个药孔均采用双瞬发雷管和导爆索的双起爆网路起爆配置，粉碎孔的装药孔与空孔采用相间配置，装药孔爆破以空孔为临空面，空孔与装药孔截面积之比为1∶1，装药粉碎孔采用不耦合值为1.7～1.9的装药结构，粉碎区空孔与装药孔体积之和≥实岩体积20％，整个爆破采用延时25～50ms的预裂孔先爆，破碎孔和粉碎孔后续同爆的两段微差毫秒雷管。
本发明的深井爆破成井施工方法的优点是成井深度在钻孔允许偏斜度内，不受深浅限制。爆破后在井周边形成预裂缝，周边与破碎孔之间形成岩石龟裂区，粉碎孔与破碎孔之间形成岩石破碎区，井轴附近形成岩石粉碎区，从而实现深井一次爆破成井，而不会严重破坏井壁，能形成良好的井腔，为后续支护工作提供理想作业环境；特别是对于连通上下巷道的深竖井，可实现直接从下巷道出渣，使得工程进度提高近8倍以上；用爆破形成的龟裂区进行消波，解决了爆破中难以解决的药量大、震波强的问题；采用空孔作爆破临空面，为全井深连续装药、一次爆破成井创造了必须条件，也使爆破抵抗线达到了最小程度，粉碎区的空孔与装药孔所占空间之和≥实岩体积20％，解决了爆破二次成岩问题。
图1本发明的深井横断面布孔示意图；图2本发明的深井纵剖面装药示意图；图3本发明的深井周边孔装药示意图。
具体实施例方式
结合附图和实施例对本发明的深井爆破成井施工方法作详细描述如下欲挖井深26.5m，有两条高程不同的水平巷道之间须用竖井连通。竖井水平断面为圆形，直径5.50m，深26.50m，总开挖量为629.30m3。整个竖井都处在砂岩中，岩体层理发育，风化严重，普氏系数f＝7～9。根据施工条件，设计采用全断面全井深一次钻孔装药，用两段雷管，按延时50ms进行微差爆破，先预裂周边，再同时粉碎、破碎与龟裂井内岩体，并使爆碴能自动滑落，即总体方案采用一次爆破成深井施工法。爆后，用装岩机从下巷道装运爆碴，并借助井内逐渐下落的碴面，自上而下对井壁进行刷帮与锚网喷支护。
炮孔设计按钻孔偏斜率≤0.5％严格控制。炮孔布置如图一所示。
1).孔1为竖井周边的预裂孔，共28个。孔径70mm，孔距0.62m，孔深26.50m。各孔均匀布置在竖井周边的轮廓线上。
2).孔2与孔3共9个，布置在竖井中心0.6m×0.6m的岩体粉碎区内。孔径100mm，炮孔孔距与排距均为0.3m，孔深26.50m。其中孔2为粉碎孔，共5个，对井心岩体起粉碎作用。孔3为空孔，共4个，它为孔2爆破提供临空面，并为避免爆后二次成岩提供膨胀空间。它与不耦合装药孔所提供的空间之和大于粉碎区岩体的20％。
3).孔4为破碎与龟裂孔，共8个，孔径100mm，孔深26.50m，孔距1.02m。它与孔2距离≤1m，与孔2共同作用，在粉碎区外形成破碎区。孔4与孔1的距离为1.45m，可保证二者之间的岩体形成龟裂区。
装药量设计及装药结构各孔的装药结构见图二、图三。设计拟用2号岩石硝铵炸药。
1).孔1采用不耦合空气柱间隔的装药，线装药密度为0.50kg/m，不耦合系数为2.70。加工药包时，将150克2号岩石硝铵药卷按0.10m的间隔捆在铅丝9上，用1根普通导爆索11将捆好的药卷8串联起来，吊放在炮孔内设计位置即可。每孔用2发1段的非电毫秒雷管7起爆，用导爆管5引出孔口外，口外长不小于5m，孔1下端先用尼龙绳10吊木楔赌塞底部，再将炮孔上下端用炮泥6各封赌1m。
2).为简化施工、便于操作，粉碎区药包与破碎区药包的线装药密度一律采用2.25kg/m。加工药包时，可将3个150克的药卷，并列捆成束后，将各束炸药连续放入炮孔中即可。每个炮孔用1根普通导爆索11贯穿整个炮孔装药，并用2发3段的非电毫秒雷管起爆，破碎孔4、粉碎孔2上下两端封赌同孔1。
起爆网路联接和起爆顺序1).起爆网路联接将引出孔口外的各孔导爆管，按就近原则采用“一把抓”捆成4束，其中两束各20根，另两束各21根。每束内设置两个串联的瞬发电雷管。将四束的电雷管串联后，联接在起爆干线上，在点火站用起爆器起爆。
2).起爆顺序孔1在0秒起爆，孔2、孔4延时50ms同时起爆。
本实施例的深井爆破成井施工方法爆破效果及其优越性。
本实施例的深井爆破成井施工方法，爆破后，井壁围岩稳定，断面成型规整，井壁刷帮量较小，仅井口与井底＜1m的段内出现＜45°的爆破漏斗，造成少量超挖。距竖井边沿20m内的喷射混凝土支护出现少许细微裂缝，10m内的喷射混凝士有少量被震落，井口附近坑道围岩原有裂隙有所扩张，但并未影响坑道围岩及支护结构的稳定性。用喷射混凝土对井口进行修补后，整个施工过程中均安全无事故。
本实施例的深井爆破成井施工方法，以空孔作临空面，改变了布孔、装药、起爆方式和爆破抵抗线，用全孔深连续装药的共同作用和各炮间的相互作用破碎岩石，使得爆破能量被利用得更合理、更充分，从而大量减小了炸药消耗量，加之采取了高频谱能、预裂、龟裂等减小震害的措施，提高了竖井开挖质量。爆后，因爆碴支撑在井内，井壁不会发生坍塌现象。下巷道装碴时，借助井内逐渐下落的碴面对竖井进行刷帮支护。省掉了循环作业的诸多工序，给在井外一次钻孔装药和机械装碴创造了必须条件，使80％以上的作业量不用在井内进行，从而大幅度降低了作业人员劳动强度和施工危险性，大量节约了人力和施工器材，工程造价降低，施工进度提高了近8倍。
本发明的深井爆破成井施工方法的第二个实施例为直径1.9m、深16.8m的竖井施工，该实施例粉碎孔选五个，炮孔直径100mm、孔距300mm，其中，装药孔四个，空孔一个，空孔布在四个药孔中间，其它与第一个实施例基本相类似，不再重述。
权利要求
一种深井爆破成井施工方法，其特征是采用在深竖井全断面上布钻三种类型爆破孔，第一类为岩石预裂孔，布在圆形井周边轮廓线上，预裂孔孔径70mm，孔距8～9倍孔径，线装药密度0.5kg/m，第二类为岩石破碎孔，布在井周边预裂孔内侧，距井周边1000～1500mm，孔径100mm，孔距600～1000mm，线装药密度2.25kg/m，第三类为岩石粉碎孔，布钻在竖井轴心区，孔径100mm、线装药密度2.25kg/m，孔距≯300mm，粉碎孔与破碎孔之间的宽度600～1000mm，预裂孔、破碎孔和粉碎孔下端用木楔和炮泥封赌，预裂孔采用不耦合空气柱间隔装药，破碎孔和粉碎孔采用常规的不耦合连续装药，预裂孔、破碎孔和粉碎孔装药后上端用炮泥封赌，每个药孔均采用双瞬发雷管和导爆索的双起爆网路起爆配置，粉碎孔的装药孔与空孔采用相间配置，装药孔爆破以空孔为临空面，空孔与装药孔截面积之比为1∶1，装药粉碎孔采用不耦合值为1.7～1.9的装药结构，粉碎区空孔与装药孔体积之和≥实岩体积20％，整个爆破采用延时25～50ms的预裂孔先爆，破碎孔和粉碎孔后续同爆的两段微差毫秒雷管。
全文摘要
本发明的深井爆破成井施工方法属于竖井开挖技术领域。提出一种深竖井一次爆破成井的施工方法。采用在深竖井全断面上钻三种类型爆破孔，第一类沿圆形井周边布钻周边光面爆破的岩石预裂孔，第二类在井周边预裂孔的内侧布钻岩石破碎孔，第三类在竖井轴心区布钻粉碎孔。预裂孔采用不耦合空气柱间隔装药，破碎孔和粉碎孔采用常规的不耦合连续装药，每个药孔均采用双瞬发雷管和导爆索的双起爆网路起爆，粉碎孔采用空心孔与装药孔相间配置，采用微差毫秒雷管延时，预裂孔装药先爆，后续粉碎孔装药和破碎孔装药同时起爆。井深在钻孔允许偏斜度内可达任意深度，可实现直接从下巷道出渣料。
文档编号E21D1/00GK1434191SQ02100620
公开日2003年8月6日 申请日期2002年1月25日 优先权日2002年1月25日
发明者燕鸣, 龚银廉, 黄坚, 裴瑞珠, 王勇, 崔晓明, 孙合群, 姜新伟, 杜长江 申请人:中国人民解放军工程兵第四十一旅