大淋水大斷面井筒掘鑿深孔爆破拒爆問題的解決方案

申守德

（兗礦新陸建設發(fā)展有限公司，山東 濟寧 273500）

井筒的掘鑿施工是礦山井巷施工的重點與難點，其工期占井巷施工的40%[1]。中深孔爆破技術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。中深孔爆破技術的合理應用，能夠有效提高井筒掘鑿速度與質量，在保障安全的前提下帶來經濟效益[2]。

烏海能源棋盤井煤礦的副立井井筒經過地質斷層破碎帶，井壁出現了較大的淋水，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)的大并聯一把抓的雷管引爆接線方法，出現了成片拒爆現象，后經過中深孔爆破參數的設計優(yōu)化與起爆電流校核，解決了雷管拒爆不響的問題，實際爆破效果較為理想。

1 概況

棋盤井煤礦東區(qū)副立井井口標高+1 404.0 m，落底標高+925.0 m，工程量504 m。其中，基巖段（垂深10～479 m）為錨網+雙層鋼筋混凝土井壁，鋼筋保護層內層厚度為50 mm，外層厚度為70 mm。其中10～210 m 段井壁厚度均為600 mm，混凝土強度等級為C40；210～277 m 段井壁厚度均為600 mm，混凝土強度等級為C50；277～479 m 段采用單層鋼筋混凝土，井壁厚度均為500 mm，混凝土強度等級為C50。

根據本工程的特點，采用短段掘砌混合作業(yè)一次成井施工法進行施工。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 型中心回轉抓巖機抓巖，JS1500 型攪拌機、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。

2 爆破設計

2.1 爆破器材的選擇

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。

2.2 爆破參數計算

（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，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）炮眼數目確定

式中：N為炮眼數目；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，一般取0.4 ～0.7，傘鉆取0.4；p為每個藥卷重量，取0.5 kg。

計算炮眼數為213 個，經優(yōu)化和經驗取207 個，每循環(huán)炸藥消耗量550 kg 左右。

（3）爆破參數圖表

爆破參數見表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）雷管布置聯線

0 號中心眼不裝藥，但必須清理干凈，用木橛做好保護。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。采用串并聯的方法進行雷管聯線，即一組串聯10～11 個雷管，串夠10 組，再將這10 組并聯，最后與放炮母線連接。

3 爆破過程中出現的問題與解決方法

在實際施工中，由于井壁的淋水較大，造成了工作面積水，采用一把抓、大并聯雷管的引爆連線方法，出現了雷管成片的拒爆不響現象。為排除雷管有質量問題，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在3 A 以上。

3.1 優(yōu)化接線方式

現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，再將經過串聯的10～11 組并聯，最終與放炮母線連接。

3.2 起爆電流校核

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，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。

聯線采用1.5 mm2銅線做基線，長度為50 m，聯線電阻RJ=0.018 4×50/1.5=0.61 Ω。

考慮接線點處的接觸電阻：

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。

每個電雷管經過實際測量電阻=9～10 Ω，取最大值10 Ω。

每組電雷管串聯電阻為：

式中：N為電雷管串聯數量；R為電雷管單個電阻，為10 Ω。

電雷管總并聯電阻為：

若一次全爆破206 發(fā)雷管，采用6 組21 個雷管串聯、4 組20 個雷管串聯，然后10 組并聯的連接方式，電雷管總并聯電阻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，爆破初期采用的一把抓大并聯，母線與各個雷管的聯線方法，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，必須分兩次進行，才能完成206 發(fā)雷管的全斷面爆破任務。采用一組串聯10 只雷管，一次并聯10～11 組的方式。

現進行單根雷管最小電流驗算，此時按并聯11組算：

每組電雷管串聯電阻RW1=R×N=10×10=100 Ω；

電雷管總并聯電阻為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。

經過實際引爆，效果較為理想。在實際裝藥爆破操作中還應做好如下細節(jié)：

（1）爆破母線要單獨懸吊，不可與管道、工作面巖石等接觸；

（2）各雷管的腳線串聯好后，各個接線點要懸空，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；

（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）指定專人負責監(jiān)督檢查裝藥接線各個細節(jié)的情況，嚴格把關整個爆破過程。

4 結論

針對有較大淋水的大斷面井筒實施爆破鑿井，采用中深孔爆破技術，選用防水二級煤礦許用乳化炸藥，避免使用一把抓、大并聯的接線方式，校核單個雷管最小起爆電流需滿足要求，作為爆破網路設計的依據，在裝藥操作時注意細節(jié)，能有效避免雷管拒爆的問題，從而實現較好的爆破效果。