申守德
(兗礦新陸建設(shè)發(fā)展有限公司,山東 濟(jì)寧 273500)
井筒的掘鑿施工是礦山井巷施工的重點(diǎn)與難點(diǎn),其工期占井巷施工的40%[1]。中深孔爆破技術(shù)被廣泛用于礦山剝離、采礦掘鑿等工程,其炮眼孔徑一般為50~350 mm,孔深為4~20 m。中深孔爆破技術(shù)的合理應(yīng)用,能夠有效提高井筒掘鑿速度與質(zhì)量,在保障安全的前提下帶來經(jīng)濟(jì)效益[2]。
烏海能源棋盤井煤礦的副立井井筒經(jīng)過地質(zhì)斷層破碎帶,井壁出現(xiàn)了較大的淋水,井筒直徑7.5 m,凈斷面44.2 m2,屬于大斷面井筒[3]。鑿井爆破初期,采用了傳統(tǒng)的大并聯(lián)一把抓的雷管引爆接線方法,出現(xiàn)了成片拒爆現(xiàn)象,后經(jīng)過中深孔爆破參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化與起爆電流校核,解決了雷管拒爆不響的問題,實(shí)際爆破效果較為理想。
棋盤井煤礦東區(qū)副立井井口標(biāo)高+1 404.0 m,落底標(biāo)高+925.0 m,工程量504 m。其中,基巖段(垂深10~479 m)為錨網(wǎng)+雙層鋼筋混凝土井壁,鋼筋保護(hù)層內(nèi)層厚度為50 mm,外層厚度為70 mm。其中10~210 m 段井壁厚度均為600 mm,混凝土強(qiáng)度等級為C40;210~277 m 段井壁厚度均為600 mm,混凝土強(qiáng)度等級為C50;277~479 m 段采用單層鋼筋混凝土,井壁厚度均為500 mm,混凝土強(qiáng)度等級為C50。
根據(jù)本工程的特點(diǎn),采用短段掘砌混合作業(yè)一次成井施工法進(jìn)行施工。施工時采用Ⅴ型井架,兩套單鉤提升,主提選用JKZ-2.8/15.5 型絞車配4 m3座鉤吊桶,副提選用2JK-3.0/18.3 型絞車配3 m3座鉤吊桶,SJZ6.9 六臂傘鉆打眼,中深孔爆破,HZ-6 型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)抓巖,JS1500 型攪拌機(jī)、配PL-1600自動計量配料系統(tǒng)自行攪拌混凝土,選用4.0 m 段高金屬整體刃腳模板砌壁。
炸藥:爆破材料選用防水二級煤礦許用乳化炸藥,藥卷規(guī)格Ф45 mm×400 mm。
爆破:分段毫秒延期6 m 長腳線電雷管。
起爆電源:380 V 動力電源。
裝藥起爆方式:不耦合反向裝藥,地面起爆。
(1)炮眼深度的選擇
采用SJZ6.9 氣動液壓式六臂傘鉆打眼,配備6臺YGZ-70 型鑿巖機(jī),直眼掏槽形式[4],掏槽眼深度為4.4 m,其他輔助眼為4.2 m。
(2)炮眼數(shù)目確定
式中:N為炮眼數(shù)目;q為單位巖體炸藥消耗量,1.2~2.0 kg/m3,傘鉆取2.0 kg/m3;S為掘進(jìn)面積,取59.4 m2;η為炮眼利用率,90%;m為藥卷長度,取0.40 m;a為炮眼裝藥系數(shù),一般取0.4 ~0.7,傘鉆取0.4;p為每個藥卷重量,取0.5 kg。
計算炮眼數(shù)為213 個,經(jīng)優(yōu)化和經(jīng)驗取207 個,每循環(huán)炸藥消耗量550 kg 左右。
(3)爆破參數(shù)圖表
爆破參數(shù)見表1,爆破效果見表2,炮眼布置如圖1。
表1 棋盤井煤礦副立井基巖段爆破參數(shù)表
表2 爆破效果表
圖1 井筒炮眼布置圖(單位:mm)
(4)雷管布置聯(lián)線
0 號中心眼不裝藥,但必須清理干凈,用木橛做好保護(hù)。掏槽眼安裝Ⅰ段毫秒延期段發(fā)電雷管起爆炸藥,二圈輔助眼安裝Ⅱ段引爆炸藥,依次類推。采用串并聯(lián)的方法進(jìn)行雷管聯(lián)線,即一組串聯(lián)10~11 個雷管,串夠10 組,再將這10 組并聯(lián),最后與放炮母線連接。
在實(shí)際施工中,由于井壁的淋水較大,造成了工作面積水,采用一把抓、大并聯(lián)雷管的引爆連線方法,出現(xiàn)了雷管成片的拒爆不響現(xiàn)象。為排除雷管有質(zhì)量問題,對雷管作了“坐力”引爆以及外觀等抽查檢驗,全部合格。炸藥廠告知該種長腳線電雷管每個電阻約為9~10 Ω,每個雷管的起爆電流應(yīng)在3 A 以上。
現(xiàn)場選用防水二級煤礦許用乳化炸藥(殉爆距離≥20 mm,猛度≥10 mm,爆速≥3.0×103m/s),雷管為6 m 長腳線毫秒延期瞬發(fā)電雷管。由于炸藥廠只能提供前五段毫秒延期電雷管,根據(jù)目前的情況和《煤礦安全規(guī)程》[5]的要求,先將10~11 個雷管串聯(lián),再將經(jīng)過串聯(lián)的10~11 組并聯(lián),最終與放炮母線連接。
電線電阻計算公式:
式中:S為引爆電纜截面積,mm2;P為電阻系數(shù),P銅=0.018 4 Ωmm2/m(20℃時);L為引爆電纜長度,m。
引爆母線采用35 mm2鎧裝橡套電纜,長度為816 m,母線電阻Rm=0.018 4×816/35=0.43 Ω。
聯(lián)線采用1.5 mm2銅線做基線,長度為50 m,聯(lián)線電阻RJ=0.018 4×50/1.5=0.61 Ω。
考慮接線點(diǎn)處的接觸電阻:
式中:Uj為接觸電壓降,V;I為通過觸頭電接觸處的電流,A。
經(jīng)測量與計算,總接觸電阻為Rj=1 Ω 左右。
故線路的總電阻按RX=Rm+RJ+Rj=2 Ω 計算。
每個電雷管經(jīng)過實(shí)際測量電阻=9~10 Ω,取最大值10 Ω。
每組電雷管串聯(lián)電阻為:
式中:N為電雷管串聯(lián)數(shù)量;R為電雷管單個電阻,為10 Ω。
電雷管總并聯(lián)電阻為:
若一次全爆破206 發(fā)雷管,采用6 組21 個雷管串聯(lián)、4 組20 個雷管串聯(lián),然后10 組并聯(lián)的連接方式,電雷管總并聯(lián)電阻RW=1/(6/210+4/200)=20.59 Ω,回路總電阻為R總=RW+RX=22.59 Ω。
線纜電流為:I=U/R=380 V/22.59 Ω=16.8 A。
進(jìn)行通過單個雷管的最大電流計算為:Imax=I/{4×[(4/200)/(6/210)+1]}=2.47 A
由于單個雷管最大起爆電流Imax=2.47 A<3 A,不能滿足起爆要求??梢园l(fā)現(xiàn),爆破初期采用的一把抓大并聯(lián),母線與各個雷管的聯(lián)線方法,雷管的電流<2.47 A,雷管必然不會引爆。
由于廠家只能提供5 段毫秒延期電雷管,因此井筒一個斷面的一次爆破,必須分兩次進(jìn)行,才能完成206 發(fā)雷管的全斷面爆破任務(wù)。采用一組串聯(lián)10 只雷管,一次并聯(lián)10~11 組的方式。
現(xiàn)進(jìn)行單根雷管最小電流驗算,此時按并聯(lián)11組算:
每組電雷管串聯(lián)電阻RW1=R×N=10×10=100 Ω;
電雷管總并聯(lián)電阻為RW=100÷11 =9.09 Ω;
回路總電阻為:R總=RX+RW=9.09+2=11.09 Ω;
通過單個雷管最小電流為:Imin=V/ 11×R總=380/(11.09×11)=3.12 A >3 A。
可知,此時通過單個雷管的最小電流Imin=3.12A>3 A,符合電雷管起爆要求。
經(jīng)過實(shí)際引爆,效果較為理想。在實(shí)際裝藥爆破操作中還應(yīng)做好如下細(xì)節(jié):
(1)爆破母線要單獨(dú)懸吊,不可與管道、工作面巖石等接觸;
(2)各雷管的腳線串聯(lián)好后,各個接線點(diǎn)要懸空,腳線相連的地方要用砂紙磨光并用防水絕緣膠布包裹,防止淋水淋濕接線點(diǎn);
(3)與引爆母線連接的雷管腳線要有足夠的接觸面,連線的地方最好用砂紙磨光,并扎牢,用防水絕緣膠布包扎緊且懸空,不能與井底工作面的積水接觸;
(4)由于采用反向裝藥,裝藥時雷管腳線在炮孔中的滑行距離較長,需輕柔地將裝引爆藥按放到孔底,防止磨破雷管腳線的絕緣皮,造成雷管電流變小拒爆;
(5)指定專人負(fù)責(zé)監(jiān)督檢查裝藥接線各個細(xì)節(jié)的情況,嚴(yán)格把關(guān)整個爆破過程。
針對有較大淋水的大斷面井筒實(shí)施爆破鑿井,采用中深孔爆破技術(shù),選用防水二級煤礦許用乳化炸藥,避免使用一把抓、大并聯(lián)的接線方式,校核單個雷管最小起爆電流需滿足要求,作為爆破網(wǎng)路設(shè)計的依據(jù),在裝藥操作時注意細(xì)節(jié),能有效避免雷管拒爆的問題,從而實(shí)現(xiàn)較好的爆破效果。