中深孔凍土爆破技術(shù)在特厚沖積層凍結(jié)井筒中的應(yīng)用

呂冬超

摘? ?要：為解決趙固二礦西風(fēng)井井筒鈣化和膠結(jié)的表土段黏土層爆破效果差的問題，特與專業(yè)的爆破公司合作研究，并邀請(qǐng)國內(nèi)井筒凍土爆破頂尖專家，通過對(duì)鉆孔設(shè)備的改造及爆破參數(shù)的優(yōu)化，提高了循環(huán)進(jìn)尺，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

關(guān)鍵詞：特厚沖積層;凍土爆破;SJZ-6.7傘鉆

在立井井筒掘進(jìn)過程中，鉆眼爆破工作是一項(xiàng)主要工序，約占整個(gè)掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺時(shí)間的20%～30%，是實(shí)現(xiàn)井筒快速掘砌的重要因素之一，鉆眼爆破的效果直接影響其他工序及井筒施工速度、工程成本，必須予以足夠的重視。

在整個(gè)鉆眼爆破工作中，鉆眼所占工時(shí)最長。加快鉆眼速度、加大眼深、提高眼孔質(zhì)量以及提高鉆眼的機(jī)械化程度為其主要發(fā)展方向。

隨著我國鑿井技術(shù)的發(fā)展，凍結(jié)表土段的深度已經(jīng)超過700 m。由于超深厚表土段深部黏性土層多為固結(jié)、半固結(jié)狀態(tài)，再加上深部凍結(jié)的時(shí)間較長，這些地層若不采用中深孔爆破施工，則掘進(jìn)效率太低。但目前國內(nèi)超深厚表土段凍土爆破技術(shù)尚不成熟，深部凍結(jié)表土段施工進(jìn)度很難突破60 m/month。

1? ? 工程概況

趙固二礦西回風(fēng)立井井筒凈直徑6.00 m，井筒設(shè)計(jì)深度914.00 m（含井底水窩12.00 m），其中井筒穿過表土層厚度為704.60 m，黏性土層的累計(jì)厚度為630.39 m，占沖積層總厚度的89.47%。井筒穿越黏土（含砂質(zhì)黏土）多為灰白色，膠結(jié)程度高，含大量鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)，較硬且粘。﹣400.00 m以下黏性土層的干密度1.67～2.44 kg/m3，含水量6.46%～16.90%，﹣10 ℃時(shí)凍脹率1.87%～6.26%。沖積層及風(fēng)化基巖段采用凍結(jié)法施工，凍結(jié)深度783.00 m，井壁厚度900.00～1 950.00 mm。超深厚沖積層深部凍結(jié)時(shí)間長，固結(jié)、半固結(jié)黏土層所占比例大，直接用機(jī)械開挖較難，施工進(jìn)度很難突破60 m/month，需要采用爆破施工工藝。

井筒外壁掘砌至﹣80 m以后，主要揭露土層為鈣質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土、礫石，其性質(zhì)為：黏土多固結(jié)程度高、致密均勻，硬度大;砂質(zhì)黏土多為灰白色，膠結(jié)程度高，含大量鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)，較硬;礫石層中主要含砂、水，掘進(jìn)時(shí)凍土進(jìn)入荒徑1 000～1 500 mm。掘進(jìn)過程中挖掘機(jī)挖掘非常困難，主要以人工使用破碎機(jī)、強(qiáng)力風(fēng)鎬破土掘進(jìn)，機(jī)械化配套設(shè)備根本發(fā)揮不到應(yīng)有的作用，且在施工中造成挖掘機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)多次損壞，采用4 m高的模板砌筑，井下工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大大增加，施工效率很低，為降低勞動(dòng)強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度，減少循環(huán)時(shí)間及井幫暴露時(shí)間，井筒外壁﹣190 m以下采取爆破掘進(jìn)，挖掘機(jī)、中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)配合局部人工挖掘，經(jīng)過多次摸索研究，優(yōu)化出較好的爆破施工方案。

2? ? 凍結(jié)表土段爆破技術(shù)革新

2.1? 深厚沖積層的黏性凍土中進(jìn)行爆破施工存在的問題

（1）目前國內(nèi)井筒施工中所用的鑿孔工具多為SJZ-6.7傘鉆配套YCZ-70型鑿巖機(jī)及φ25 mm六棱中空合金鉆桿或人工使用鑿巖機(jī)配φ25 mm六棱中空合金鉆桿。黏性凍土中使用上述鉆具時(shí)，鉆頭旋轉(zhuǎn)發(fā)熱易造成土層中水或冰（融化為水）與土結(jié)合，形成泥漿堵塞鉆頭，或現(xiàn)場(chǎng)大顆粒土屑返不出鉆孔，致使無法鉆進(jìn)。使用水打眼也可以造孔成功，但在深井施工工作面上存有水泥砂漿，給施工環(huán)境、施工安全以及施工人員本身造成巨大的影響，而凍結(jié)段鉆孔、掘進(jìn)，工作面帶水作業(yè)易造成堵（凍）眼，也會(huì)提高壁后土層含水率或增加井幫結(jié)霜，易增大壁后土層回凍的凍脹力，給新筑外層井壁帶來影響，因此使用水打眼并不是一個(gè)好的解決辦法。

（2）由于爆破現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同，鉆爆地質(zhì)環(huán)境不同，導(dǎo)致所采用的爆破參數(shù)不同，大多數(shù)光面爆破參數(shù)是針對(duì)堅(jiān)硬程度f=5～10的巖石，對(duì)凍土光面爆破參數(shù)的研究較少，特別是對(duì)﹣420 m以下的黏土（含砂質(zhì)黏土）層，光面爆破參數(shù)均需重新探索，否則爆破掘砌施工速度仍然超不過65 m/month。

2.2? 趙固二礦西風(fēng)井施工中對(duì)鉆孔設(shè)備的改造

趙固二礦西風(fēng)井施工中通過對(duì)SJZ-6.7傘鉆的改造創(chuàng)新，把YCZ-70型鑿巖機(jī)更換為MQT-150型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)機(jī)頭，增大了鉆機(jī)扭矩，配風(fēng)動(dòng)煤鉆機(jī)專用φ43 mm麻花鉆桿以及Y字鉆頭，提升了鉆桿剛度，并順利將黏滯的土屑帶出孔眼，提高了鉆進(jìn)黏土的效率，成功解決了固結(jié)、半固結(jié)黏土和凍結(jié)土黏土的造孔難題，提高了造孔效率，造孔深度可達(dá)4 m，如圖1—2所示。

2.3? 爆破參數(shù)的試驗(yàn)探索

2.3.1? 炸藥選型

炸藥選用為T220-nd巖石水膠炸藥（﹣25 ℃），藥卷規(guī)格Φ35 mm×300 mm×0.35 kg，密度為1 213 kg/m3，猛度為16～18 mm，爆力為350 mL，爆速為4 100～4 400 m/s。該類型炸藥在凍結(jié)法施工中抗凍效果較好，爆破速度穩(wěn)定。

2.3.2? 連線與起爆

地面距離井口>20 m設(shè)專用起爆箱，起爆箱加設(shè)聯(lián)動(dòng)閉鎖防止誤送電，放炮電壓380 V，放炮電纜采用一趟MY3×16+1×16橡套專用放炮電纜，專用放炮電纜通至吊盤下層盤專用接線盒內(nèi)。爆破母線采用3.8 mm2銅母線電纜，放炮母線上端與放炮電纜相連，下端與雷管腳線相連。井下工作面各炮眼裝藥、聯(lián)線完畢后，從吊盤下放放炮母線至工作面，放炮母線上端與放炮電纜相連，下端與雷管腳線相連，經(jīng)檢查裝藥、聯(lián)線無誤后，吊盤等設(shè)備提至距離工作面40 m安全高度，并將模板油缸保護(hù)好，待所有人員升井至地面后，井口附近設(shè)置好20 m警戒距離后再進(jìn)行放炮。爆破參數(shù)如表1所示。

3? ? 爆破應(yīng)用效果

爆破后預(yù)期的爆破效果，降低了炸藥消耗量，炮眼利用率在87.5%～93.3%。豎井成型較好，爆破面光滑無片幫，為后續(xù)澆筑混凝土提供了良好的工作面。趙固二礦西風(fēng)井通過凍結(jié)調(diào)控和凍掘配合，實(shí)現(xiàn)了井幫溫度設(shè)計(jì)的調(diào)控目標(biāo)，基本維持深部黏性土層井幫溫度在﹣11～﹣7 ℃范圍，施工環(huán)境溫度良好，避免了低溫對(duì)炸藥起爆的影響，爆破掘進(jìn)的炸藥起爆率和爆破效果均超過以往深凍結(jié)井筒，由實(shí)際工程應(yīng)用可以看出深部黏性凍土的爆破每炮循環(huán)進(jìn)尺由2.6 m左右逐漸提高至2.8 m以上，甚至突破3.0 m。

4? ? 結(jié)語

中深孔凍土爆破在趙固二礦西風(fēng)井的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了該爆破參數(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用上的可行性，為工程掘進(jìn)提供了一定經(jīng)驗(yàn)價(jià)值，為趙固二礦西風(fēng)井凍結(jié)表土段施工中探索出了一套安全、快速、經(jīng)濟(jì)合理的凍土爆破技術(shù)，創(chuàng)造了連續(xù)4個(gè)月深厚表土段成井速度80 m/month的成績，為我國凍土爆破積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王建平，靖洪文，劉志強(qiáng).礦山建設(shè)工程[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2]于建新.超深厚沖積層立井凍結(jié)爆破快速掘砌施工技術(shù)[J].煤炭工程，2019（11）：33-37.