冷凍段爆破技術(shù)在司家營大水礦床的應(yīng)用

劉 輝 盧尚鵬 范天文 劉永進

(河北鋼鐵集團礦業(yè)公司)

冷凍段爆破技術(shù)在司家營大水礦床的應(yīng)用

劉 輝 盧尚鵬 范天文 劉永進

(河北鋼鐵集團礦業(yè)公司)

司家營鐵礦大水礦床某主井采用了凍結(jié)法施工方式進行預(yù)治水，因地質(zhì)條件、鉆機設(shè)備、人員操作、施工管理等多種因素導(dǎo)致冷凍段試挖至20 m時出水，致使冷凍段嚴(yán)重過凍。為此，在井筒冷凍段采用松動爆破技術(shù)進行施工，松動并破碎井筒內(nèi)的凍土。結(jié)果表明，冷凍段采用新的爆破技術(shù)后，施工難度得以降低，施工進度得到提升。

大水礦床 凍結(jié)法施工 冷凍段過凍 松動爆破

司家營礦區(qū)某主井第四系覆蓋層較厚，且臨近灤河古河道，地下水補給豐富，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，故對該井第四系及風(fēng)化基巖層采用凍結(jié)法進行施工。2#主井自開機冷凍歷時51 d，兩水文孔均已冒水，觀察7 d后，于冷凍第58 d開始試挖井筒。然而冷凍段試挖至20 m處時，井筒內(nèi)出現(xiàn)較大涌水，隨即將人員設(shè)備撤出井筒。根據(jù)現(xiàn)場測量涌水情況，判定冷凍交圈未閉合或不徹底，因此將井筒灌水至靜水位進行第2次凍結(jié)，根據(jù)每天測溫孔、冷凍孔溫度及凍結(jié)壁發(fā)展情況，至39 d時再次試挖。屆時，凍結(jié)壁已發(fā)展進井筒內(nèi)3～4 m，采用人工風(fēng)鎬掘進，施工難度較大，進度緩慢。因此，在冷凍段采用爆破技術(shù)進行施工，松動并破碎井筒內(nèi)的凍土。

1 某主井水文地質(zhì)概況

(1)第Ⅰ含水組。地層以上迭階地型式假整合于上更新統(tǒng)之上，構(gòu)成灤河漫灘階地和灤河一級階地，主要由砂、圓礫、卵石組成，卵石粒徑一般為3～5 cm，最大可達15 cm以上，分選中等，磨圓度較好，底板標(biāo)高-15.98 ～10.96 m，平均-2.48 m，厚5.0～25.99 m，平均14.39 m，其上覆有3～6 m的粉土或黏性土。1979年孔群抽水試驗時，中心孔水位降低4.86 m時出水量為17 324 m3/d，滲透系數(shù)為32.0 m/d；水位降低7.03 m時出水量21 251 m3/d，滲透系數(shù)為315 m/d，屬微承壓水。

(2)第Ⅱ含水組。多隱伏于Ⅰ組之下，部分出露地表，構(gòu)成灤河二級階地，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)、巖性粒度、賦水性能、地貌特征和水力性質(zhì)差異，垂直上可分為2個含水段：①上段(Ⅱ1)，巖性主要為粉細(xì)砂夾薄層黏性土，含水弱而不均，底板標(biāo)高-2.12～14.39 m，平均10.95 m，厚6.85～22.3 m，平均15.6 m，單位涌水量1.99～8.95 m3/(h·m)，滲透系數(shù)為15.0 m/d，屬潛水；②下段(Ⅱ2)，巖性主要以粉細(xì)砂、卵礫石為主，厚度大而穩(wěn)定，富水性強，底板標(biāo)高-94.69～-16.34 m，平均-51.52 m，厚0～72.1 m，平均39.41 m，滲透系數(shù)為178.0～224.7 m/d，屬承壓水。

(3)第Ⅲ含水組。主要含水巖性為中砂、細(xì)砂、圓礫、卵石、含礫石粗砂，受原始地形控制，含水層起伏較大，底板標(biāo)高-134.79～-42.61 m，平均-73.12 m，厚0～37.68 m，平均10.77 m。群孔抽水試驗時，中心孔水位降低1.9 m時出水量為6 855 m3/d，滲透系數(shù)為144 m/d，礦區(qū)中部孔群抽水時，水位降低15.4 m，出水量為106 600～15 500 t/d，滲透系數(shù)為47.7 m/d。

2 井筒凍結(jié)情況

主井井筒凈直徑為6.5 m，井筒深800.3 m，井口設(shè)計標(biāo)高+20.3 m，凍結(jié)深度為216 m。該主井采用上述凍結(jié)方案進行施工，第1次試挖時出水，隨即灌水至靜水位進行第2次凍結(jié)，前后冷凍歷時110 d，致使井筒嚴(yán)重過凍。井筒內(nèi)凍土發(fā)展最多的達3～4 m(卵石層)，發(fā)展最少的也有1.5～2 m(中砂層)。井筒自20 m以下，采用人工風(fēng)鎬掘進，歷時1個月僅掘至51 m(月進尺31 m)，施工強度大，掘進效率緩慢。

3 爆破施工

3.1 鑿巖設(shè)備

根據(jù)井筒掘支參數(shù)和工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，凍結(jié)段采用YT28型鑿巖機，鑿孔深1.6 m,凍結(jié)段鉆頭選用直徑為42 mm的一字型合金鉆頭。鑿孔的注意點有：①合理安排各工序的銜接，減少輔助時間，提高鉆孔速度；②按設(shè)計參數(shù)施工，保證鉆孔深度和精度，降低鉆孔誤差；③保證掏槽孔施工精度，掏槽孔應(yīng)超深于輔助孔和周邊孔，各孔點落點應(yīng)保持平齊、同深，加大底孔裝藥做功能力，力求爆破后工作面光滑平齊。

3.2 炸藥選擇

為了減少對圍巖的破壞，周邊眼采用小藥卷裝藥，凍結(jié)段選用藥卷規(guī)格為φ35 mm×400 mm，單卷重0.30 kg。由于掘進中工作面溫度低于-5 ℃，應(yīng)采用抗凍水膠炸藥或2#巖石粉乳炸藥。

3.3 炮眼深度

由于采用金屬的液壓整體模板高度為4 m，且考慮冷凍段施工安全，凍結(jié)段鑿孔深1.6 m(掏槽眼眼深1.8 m，其余眼深1.6 m)，故采用三掘一砌的循環(huán)組織形式，掏槽方式為直眼掏槽。

3.4 炮孔布置

炮眼布置的直徑與井筒直徑有關(guān)，采用光面爆破技術(shù)。最小抵抗線(W)為600～750 mm，炮眼間距為(0.8～1.2)W，炮眼布置及相關(guān)爆破參數(shù)見表1。

表1 冷凍段爆破參數(shù)及炮眼布置

3.5 裝藥及填堵

首先將炮孔內(nèi)殘渣采用壓風(fēng)吹凈，并檢查炮孔深度是否符合設(shè)計要求，然后采用集中裝藥的方式，用木制φ30 mm圓木將藥卷推進至設(shè)計深度并用炮泥封堵嚴(yán)實。

3.6 聯(lián)線及起爆

經(jīng)檢查裝藥無誤后，即可進行聯(lián)線工作。聯(lián)線采用傳統(tǒng)的串并聯(lián)方式，導(dǎo)爆管為1～7段，每10發(fā)為1束，由1根導(dǎo)爆管用防水絕緣膠布引爆，利用專用放炮電纜送電，采用專用高頻起爆器起爆。起爆順序為自掏槽眼向外逐圈起爆。

3.7 爆后效果

當(dāng)?shù)貙訔l件穩(wěn)定、冷凍段成孔較好時，每次爆破段高可達1.4 m，具體爆破效果見表2。

表2 冷凍段爆破效果

由于在凍土上進行鉆孔，成孔率受地層條件影響較大。當(dāng)?shù)貙訔l件復(fù)雜時，容易造成塌孔或堵孔的情況，此時僅考慮對有效孔進行裝藥爆破，局部因無法成孔造成的欠挖可采用人工風(fēng)鎬進行掘進，確保每次爆破的掘進段高達到1.4 m左右。

3.8 爆后掘進

該井冷凍段爆破施工后，每循環(huán)進尺1.4 m，循環(huán)時間13 h，采用三掘一砌的施工組織形式。經(jīng)過1個月的爆破掘進，該井冷凍段月掘砌進尺達58 m，大大降低了施工難度，減少了人工費用。

4 結(jié) 論

(1)施工中，周邊眼布置時應(yīng)對照凍結(jié)孔偏斜圖，對向井筒內(nèi)偏斜的凍結(jié)管在掘進工作面應(yīng)作明顯標(biāo)記，并根據(jù)凍結(jié)管傾斜情況，及時調(diào)整周邊眼位置，確保周邊炮孔距凍結(jié)管不小于1.2 m。

(2)控制總裝藥量，周邊眼裝藥長度不宜超過孔深1/2，單位體積巖石炸藥量不大于1.2 kg/m3。

(3)鉆眼結(jié)束后，及時利用壓風(fēng)吹出孔內(nèi)的巖粉和水分，防止結(jié)冰堵孔，并用木棍堵住炮眼口。

(4)爆破前應(yīng)關(guān)閉全部凍結(jié)器的閥門，并暫停鹽水循環(huán)，放炮后應(yīng)首先檢查鹽水箱的水位以及井幫有無漏鹽水現(xiàn)象。特別應(yīng)查明靠近井幫的凍結(jié)管情況，當(dāng)確認(rèn)無損壞時，方可恢復(fù)鹽水循環(huán)。

(5)風(fēng)動工具的防凍措施：①在井口安設(shè)離心式壓風(fēng)脫水器，利用離心原理將壓風(fēng)里的水分脫出，凈化壓風(fēng)；②使壓風(fēng)管經(jīng)過凍結(jié)溝槽，讓壓風(fēng)預(yù)冷之后放掉冷凝的水分；③配齊風(fēng)動工具，出現(xiàn)上凍現(xiàn)象后應(yīng)及時更換；④加強風(fēng)動工具的維修保養(yǎng)，隨時檢修，確保正常運行。

2015-01-04)

劉 輝(1986—)，男，副科長，助理工程師，063701 河北省唐山市灤縣響堂鎮(zhèn)。