專(zhuān)利名稱(chēng)：深井爆破成井施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的深井爆破成井施工方法屬于豎井開(kāi)挖技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
豎井掘進(jìn)是地下工程施工中最難的一環(huán)。采用爆破技術(shù)是提高豎井進(jìn)度的基本條件之一，深孔爆破施工方法很多。文獻(xiàn)報(bào)道也較多。例如，長(zhǎng)沙礦山研究院昆明土巖爆破會(huì)議論文，題為豎井深孔爆破(見(jiàn)中國(guó)國(guó)防科技信息中心館藏GF06924)；石油工業(yè)部地下油庫(kù)工程公司1981發(fā)表的一篇文章，題為豎井深孔分段光面爆破法--在地下油庫(kù)工程中的應(yīng)用(見(jiàn)中國(guó)國(guó)防科技信息中心館藏GF39234)。傳統(tǒng)的豎井開(kāi)挖多用下行施工法，即自上而下鉆孔、爆破、排煙、排險(xiǎn)、出碴、修整、支護(hù)、測(cè)量等，如此反復(fù)循環(huán)，逐漸向下開(kāi)挖。用這種施工方法，因井下作業(yè)面狹窄、通風(fēng)困難、升降頻繁、作業(yè)條件十分惡劣、工效非常低，遇有墜落物或其它險(xiǎn)情時(shí)，井下作業(yè)人員無(wú)處躲避，故在破碎巖體中開(kāi)挖豎井，屬于勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全難保障的作業(yè)之一。由于井壁圍巖鉗制條件所決定，下行施工法的掘進(jìn)，不論采用錐形掏槽法或是臺(tái)階爆破法，所需炸藥單耗量通常都在3.0kg/m3以上。從試驗(yàn)掘進(jìn)中看到這種裝藥量的爆破，對(duì)圍巖損傷擾動(dòng)比較嚴(yán)重，在巖石較破碎的情況下，使得井壁經(jīng)常出現(xiàn)超挖或坍塌現(xiàn)象，給后續(xù)施工帶來(lái)許多困難。另外，循環(huán)掘進(jìn)中的重復(fù)爆破擾動(dòng)，對(duì)附近坑道圍巖的累積影響也不容忽視，它可導(dǎo)致已經(jīng)破碎的巖體進(jìn)一步松動(dòng)，使本來(lái)已經(jīng)處于圍巖復(fù)雜應(yīng)力作用下的坑道支護(hù)結(jié)構(gòu)雪上加霜。這種施工方法的鉆爆作業(yè)，還受到上個(gè)循環(huán)中支護(hù)混凝土齡期的制約，致使施工周期加長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足豎井施工的進(jìn)度需求。豎井的另一種傳統(tǒng)開(kāi)挖方法是上行施工法，它是借助吊罐或作業(yè)平臺(tái)自下而上的進(jìn)行掘進(jìn)施工。這種施工方法，除不用人工井內(nèi)出碴外，下行施工法的缺點(diǎn)它都具備，并且危險(xiǎn)性更大。所以只有百米以上的大深井施工有時(shí)用它，一般情況下不常用。
另外，還有全斷面鉆孔，將井分段裝藥、采用多段雷管后退延期爆破法。這種施工方法的藥包布置、分割堵塞段長(zhǎng)度要求非常嚴(yán)格，起爆網(wǎng)路十分復(fù)雜，施工人員難以掌握。操作稍有不當(dāng)，在后退上行延期爆破過(guò)程中，極易出現(xiàn)中間“夾生”現(xiàn)象，并且后起爆的炮，也常常因遭受擠壓破壞而發(fā)生拒爆，這都給爆后處理增加了難度和危險(xiǎn)性。此法從巖石破碎理論基礎(chǔ)上看，并沒(méi)有脫開(kāi)利文斯頓的爆破漏斗破碎原理，它也是用藥量消耗大、爆破效果差的藥包單獨(dú)作用來(lái)破碎巖石的，對(duì)保護(hù)圍巖穩(wěn)定，保證安全施工沒(méi)有多大作用。
綜上所述，現(xiàn)有的豎井施工方法難以滿(mǎn)足工程需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種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豎井全斷面上布鉆三種類(lèi)型爆破孔，第一類(lèi)為巖石預(yù)裂孔，布在圓形井周邊輪廓線(xiàn)上，預(yù)裂孔孔徑70mm，孔距8～9倍孔徑，線(xiàn)裝藥密度0.5kg/m，第二類(lèi)為巖石破碎孔，布在井周邊預(yù)裂孔內(nèi)側(cè)，距井周邊1000～1500mm，孔徑100mm，孔距600～1000mm，線(xiàn)裝藥密度2.25kg/m，第三類(lèi)為巖石粉碎孔，布鉆在豎井軸心區(qū)，孔徑100mm、線(xiàn)裝藥密度2.25kg/m，孔距≯300mm，粉碎孔與破碎孔之間的寬度600～1000mm，預(yù)裂孔、破碎孔和粉碎孔下端用木楔和炮泥封賭，預(yù)裂孔采用不耦合空氣柱間隔裝藥，破碎孔和粉碎孔采用常規(guī)的不耦合連續(xù)裝藥，預(yù)裂孔、破碎孔和粉碎孔裝藥后上端用炮泥封賭，每個(gè)藥孔均采用雙瞬發(fā)雷管和導(dǎo)爆索的雙起爆網(wǎng)路起爆配置，粉碎孔的裝藥孔與空孔采用相間配置，裝藥孔爆破以空孔為臨空面，空孔與裝藥孔截面積之比為1∶1，裝藥粉碎孔采用不耦合值為1.7～1.9的裝藥結(jié)構(gòu)，粉碎區(qū)空孔與裝藥孔體積之和≥實(shí)巖體積20％，整個(gè)爆破采用延時(shí)25～50ms的預(yù)裂孔先爆，破碎孔和粉碎孔后續(xù)同爆的兩段微差毫秒雷管。
本發(fā)明的深井爆破成井施工方法的優(yōu)點(diǎn)是成井深度在鉆孔允許偏斜度內(nèi)，不受深淺限制。爆破后在井周邊形成預(yù)裂縫，周邊與破碎孔之間形成巖石龜裂區(qū)，粉碎孔與破碎孔之間形成巖石破碎區(qū)，井軸附近形成巖石粉碎區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)深井一次爆破成井，而不會(huì)嚴(yán)重破壞井壁，能形成良好的井腔，為后續(xù)支護(hù)工作提供理想作業(yè)環(huán)境；特別是對(duì)于連通上下巷道的深豎井，可實(shí)現(xiàn)直接從下巷道出渣，使得工程進(jìn)度提高近8倍以上；用爆破形成的龜裂區(qū)進(jìn)行消波，解決了爆破中難以解決的藥量大、震波強(qiáng)的問(wèn)題；采用空孔作爆破臨空面，為全井深連續(xù)裝藥、一次爆破成井創(chuàng)造了必須條件，也使爆破抵抗線(xiàn)達(dá)到了最小程度，粉碎區(qū)的空孔與裝藥孔所占空間之和≥實(shí)巖體積20％，解決了爆破二次成巖問(wèn)題。


圖1本發(fā)明的深井橫斷面布孔示意圖；圖2本發(fā)明的深井縱剖面裝藥示意圖；圖3本發(fā)明的深井周邊孔裝藥示意圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的深井爆破成井施工方法作詳細(xì)描述如下欲挖井深26.5m，有兩條高程不同的水平巷道之間須用豎井連通。豎井水平斷面為圓形，直徑5.50m，深26.50m，總開(kāi)挖量為629.30m3。整個(gè)豎井都處在砂巖中，巖體層理發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，普氏系數(shù)f＝7～9。根據(jù)施工條件，設(shè)計(jì)采用全斷面全井深一次鉆孔裝藥，用兩段雷管，按延時(shí)50ms進(jìn)行微差爆破，先預(yù)裂周邊，再同時(shí)粉碎、破碎與龜裂井內(nèi)巖體，并使爆碴能自動(dòng)滑落，即總體方案采用一次爆破成深井施工法。爆后，用裝巖機(jī)從下巷道裝運(yùn)爆碴，并借助井內(nèi)逐漸下落的碴面，自上而下對(duì)井壁進(jìn)行刷幫與錨網(wǎng)噴支護(hù)。
炮孔設(shè)計(jì)按鉆孔偏斜率≤0.5％嚴(yán)格控制。炮孔布置如圖一所示。
1).孔1為豎井周邊的預(yù)裂孔，共28個(gè)?？讖?0mm，孔距0.62m，孔深26.50m。各孔均勻布置在豎井周邊的輪廓線(xiàn)上。
2).孔2與孔3共9個(gè)，布置在豎井中心0.6m×0.6m的巖體粉碎區(qū)內(nèi)?？讖?00mm，炮孔孔距與排距均為0.3m，孔深26.50m。其中孔2為粉碎孔，共5個(gè)，對(duì)井心巖體起粉碎作用?？?為空孔，共4個(gè)，它為孔2爆破提供臨空面，并為避免爆后二次成巖提供膨脹空間。它與不耦合裝藥孔所提供的空間之和大于粉碎區(qū)巖體的20％。
3).孔4為破碎與龜裂孔，共8個(gè)，孔徑100mm，孔深26.50m，孔距1.02m。它與孔2距離≤1m，與孔2共同作用，在粉碎區(qū)外形成破碎區(qū)?？?與孔1的距離為1.45m，可保證二者之間的巖體形成龜裂區(qū)。
裝藥量設(shè)計(jì)及裝藥結(jié)構(gòu)各孔的裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖二、圖三。設(shè)計(jì)擬用2號(hào)巖石硝銨炸藥。
1).孔1采用不耦合空氣柱間隔的裝藥，線(xiàn)裝藥密度為0.50kg/m，不耦合系數(shù)為2.70。加工藥包時(shí)，將150克2號(hào)巖石硝銨藥卷按0.10m的間隔捆在鉛絲9上，用1根普通導(dǎo)爆索11將捆好的藥卷8串聯(lián)起來(lái)，吊放在炮孔內(nèi)設(shè)計(jì)位置即可。每孔用2發(fā)1段的非電毫秒雷管7起爆，用導(dǎo)爆管5引出孔口外，口外長(zhǎng)不小于5m，孔1下端先用尼龍繩10吊木楔賭塞底部，再將炮孔上下端用炮泥6各封賭1m。
2).為簡(jiǎn)化施工、便于操作，粉碎區(qū)藥包與破碎區(qū)藥包的線(xiàn)裝藥密度一律采用2.25kg/m。加工藥包時(shí)，可將3個(gè)150克的藥卷，并列捆成束后，將各束炸藥連續(xù)放入炮孔中即可。每個(gè)炮孔用1根普通導(dǎo)爆索11貫穿整個(gè)炮孔裝藥，并用2發(fā)3段的非電毫秒雷管起爆，破碎孔4、粉碎孔2上下兩端封賭同孔1。
起爆網(wǎng)路聯(lián)接和起爆順序1).起爆網(wǎng)路聯(lián)接將引出孔口外的各孔導(dǎo)爆管，按就近原則采用“一把抓”捆成4束，其中兩束各20根，另兩束各21根。每束內(nèi)設(shè)置兩個(gè)串聯(lián)的瞬發(fā)電雷管。將四束的電雷管串聯(lián)后，聯(lián)接在起爆干線(xiàn)上，在點(diǎn)火站用起爆器起爆。
2).起爆順序孔1在0秒起爆，孔2、孔4延時(shí)50ms同時(shí)起爆。
本實(shí)施例的深井爆破成井施工方法爆破效果及其優(yōu)越性。
本實(shí)施例的深井爆破成井施工方法，爆破后，井壁圍巖穩(wěn)定，斷面成型規(guī)整，井壁刷幫量較小，僅井口與井底＜1m的段內(nèi)出現(xiàn)＜45°的爆破漏斗，造成少量超挖。距豎井邊沿20m內(nèi)的噴射混凝土支護(hù)出現(xiàn)少許細(xì)微裂縫，10m內(nèi)的噴射混凝士有少量被震落，井口附近坑道圍巖原有裂隙有所擴(kuò)張，但并未影響坑道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。用噴射混凝土對(duì)井口進(jìn)行修補(bǔ)后，整個(gè)施工過(guò)程中均安全無(wú)事故。
本實(shí)施例的深井爆破成井施工方法，以空孔作臨空面，改變了布孔、裝藥、起爆方式和爆破抵抗線(xiàn)，用全孔深連續(xù)裝藥的共同作用和各炮間的相互作用破碎巖石，使得爆破能量被利用得更合理、更充分，從而大量減小了炸藥消耗量，加之采取了高頻譜能、預(yù)裂、龜裂等減小震害的措施，提高了豎井開(kāi)挖質(zhì)量。爆后，因爆碴支撐在井內(nèi)，井壁不會(huì)發(fā)生坍塌現(xiàn)象。下巷道裝碴時(shí)，借助井內(nèi)逐漸下落的碴面對(duì)豎井進(jìn)行刷幫支護(hù)。省掉了循環(huán)作業(yè)的諸多工序，給在井外一次鉆孔裝藥和機(jī)械裝碴創(chuàng)造了必須條件，使80％以上的作業(yè)量不用在井內(nèi)進(jìn)行，從而大幅度降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度和施工危險(xiǎn)性，大量節(jié)約了人力和施工器材，工程造價(jià)降低，施工進(jìn)度提高了近8倍。
本發(fā)明的深井爆破成井施工方法的第二個(gè)實(shí)施例為直徑1.9m、深16.8m的豎井施工，該實(shí)施例粉碎孔選五個(gè)，炮孔直徑100mm、孔距300mm，其中，裝藥孔四個(gè)，空孔一個(gè)，空孔布在四個(gè)藥孔中間，其它與第一個(gè)實(shí)施例基本相類(lèi)似，不再重述。
權(quán)利要求
一種深井爆破成井施工方法，其特征是采用在深豎井全斷面上布鉆三種類(lèi)型爆破孔，第一類(lèi)為巖石預(yù)裂孔，布在圓形井周邊輪廓線(xiàn)上，預(yù)裂孔孔徑70mm，孔距8～9倍孔徑，線(xiàn)裝藥密度0.5kg/m，第二類(lèi)為巖石破碎孔，布在井周邊預(yù)裂孔內(nèi)側(cè)，距井周邊1000～1500mm，孔徑100mm，孔距600～1000mm，線(xiàn)裝藥密度2.25kg/m，第三類(lèi)為巖石粉碎孔，布鉆在豎井軸心區(qū)，孔徑100mm、線(xiàn)裝藥密度2.25kg/m，孔距≯300mm，粉碎孔與破碎孔之間的寬度600～1000mm，預(yù)裂孔、破碎孔和粉碎孔下端用木楔和炮泥封賭，預(yù)裂孔采用不耦合空氣柱間隔裝藥，破碎孔和粉碎孔采用常規(guī)的不耦合連續(xù)裝藥，預(yù)裂孔、破碎孔和粉碎孔裝藥后上端用炮泥封賭，每個(gè)藥孔均采用雙瞬發(fā)雷管和導(dǎo)爆索的雙起爆網(wǎng)路起爆配置，粉碎孔的裝藥孔與空孔采用相間配置，裝藥孔爆破以空孔為臨空面，空孔與裝藥孔截面積之比為1∶1，裝藥粉碎孔采用不耦合值為1.7～1.9的裝藥結(jié)構(gòu)，粉碎區(qū)空孔與裝藥孔體積之和≥實(shí)巖體積20％，整個(gè)爆破采用延時(shí)25～50ms的預(yù)裂孔先爆，破碎孔和粉碎孔后續(xù)同爆的兩段微差毫秒雷管。
全文摘要
本發(fā)明的深井爆破成井施工方法屬于豎井開(kāi)挖技術(shù)領(lǐng)域。提出一種深豎井一次爆破成井的施工方法。采用在深豎井全斷面上鉆三種類(lèi)型爆破孔，第一類(lèi)沿圓形井周邊布鉆周邊光面爆破的巖石預(yù)裂孔，第二類(lèi)在井周邊預(yù)裂孔的內(nèi)側(cè)布鉆巖石破碎孔，第三類(lèi)在豎井軸心區(qū)布鉆粉碎孔。預(yù)裂孔采用不耦合空氣柱間隔裝藥，破碎孔和粉碎孔采用常規(guī)的不耦合連續(xù)裝藥，每個(gè)藥孔均采用雙瞬發(fā)雷管和導(dǎo)爆索的雙起爆網(wǎng)路起爆，粉碎孔采用空心孔與裝藥孔相間配置，采用微差毫秒雷管延時(shí)，預(yù)裂孔裝藥先爆，后續(xù)粉碎孔裝藥和破碎孔裝藥同時(shí)起爆。井深在鉆孔允許偏斜度內(nèi)可達(dá)任意深度，可實(shí)現(xiàn)直接從下巷道出渣料。
文檔編號(hào)E21D1/00GK1434191SQ02100620
公開(kāi)日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2002年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月25日
發(fā)明者燕鳴, 龔銀廉, 黃堅(jiān), 裴瑞珠, 王勇, 崔曉明, 孫合群, 姜新偉, 杜長(zhǎng)江 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍工程兵第四十一旅