鉆孔注漿護壁技術在大南湖二號露天礦火燒區(qū)爆破中的應用

梁 斌

（新疆安順達礦山技術工程有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

巖石的爆破破碎主要是炸藥爆炸應力波和爆炸氣態(tài)產(chǎn)物膨脹共同作用的結果，要保證燒變巖石爆破效果，就必須保證鉆孔質量、裝藥質量和填塞質量。大南湖二號露天煤礦Ⅳ火燒區(qū)地質條件下的鉆孔爆破，現(xiàn)場采用恒特HT150 型一體化潛孔鉆機、SWD138R 型一體化潛孔鉆機進行火燒區(qū)鉆孔作業(yè)，由于巖石性脆易碎，鉆孔過程中風機吹渣壓力過大會導致炮孔吹成空洞，鉆具抽取后就塌孔無法進行后續(xù)的裝藥爆破，給Ⅳ火燒區(qū)的剝離作業(yè)造成很大影響，必須采取措施解決火燒區(qū)鉆孔成型問題，以保證火燒區(qū)的正常剝離作業(yè)。目前，該礦燒變巖石區(qū)域正位于采場推進前方，無法解決鉆孔問題，將直接影響采場剝離爆破，從而影響采煤生產(chǎn)，因此，解決火燒區(qū)鉆孔質量問題是首要任務。

1 工程概況

哈密大南湖礦二號露天煤礦位于新疆哈密市境內，屬哈密市南湖鄉(xiāng)管轄，距哈密市區(qū)約84 km，距南湖鄉(xiāng)約45 km。相互平行的哈羅公路和哈羅鐵路從大南湖二號露天煤礦西北部穿過，哈羅鐵路在本礦附近設有巴特站，將滿足大南湖礦區(qū)優(yōu)勢資源轉化。目前新疆重要的運輸干線蘭新鐵路和甘新公路（312 國道）自東南而西北由礦區(qū)北東側經(jīng)過，距礦區(qū)邊界約60 km。礦區(qū)交通十分便利。

大南湖二號露天煤礦位于殘丘臺地區(qū)，殘丘山體低而散亂，山頂渾圓，相對高差不大，干谷寬闊，臺地臺面較平坦，地表被殘積、坡積的巖屑層所覆蓋，通稱戈壁（南湖戈壁）。礦區(qū)及周邊50 km 范圍內無地表水系。

大南湖礦區(qū)西區(qū)地處哈密市南無植被荒漠戈壁區(qū)，氣候條件比市區(qū)更差。哈密市年平均氣溫8～11℃，1 月最冷，7 月最熱，最熱月與最冷月的平均氣溫之差（氣溫年較差）較大，一般可達36～40 ℃。

哈密大南湖二號露天煤礦Ⅳ火燒區(qū)位于礦田中北部，火燒面積較大，火燒面積大約7.06 km2，占年度總剝離量的1/3，Ⅳ火燒區(qū)是由于煤層自燃導致煤層上覆巖系及圍巖燒變、烘烤，使變形特性原本塑性的巖石變的性脆易碎，巖體呈碎裂結構，結構體呈片狀、板狀、碎塊狀、楔形、菱形體等。同時巖石中存在大量燒變程度較高，較硬的孤石。

2 火燒區(qū)爆破難題解決

首先，改進鉆孔設備，通過對原裝FH400 型水井普通鉆機進行改進，并在鉆孔成形后及時進行泥漿護壁，成孔率顯著提高，可達95 %以上；其次，改變爆破參數(shù)，將巖石剝離爆破臺階高度由原來的10 m 調整減少到5 m，分臺階進行爆破，減少炮孔深度、增加鉆孔成孔率；再次增加穿孔密度，降低穿孔直徑，將孔網(wǎng)參數(shù)由原來的排距5 m，孔距為7.5～8 m，調整為排距5 m，孔距為6～6.5 m，將孔徑φ138 mm 調整為φ120 mm。經(jīng)過工程實踐，取得了良好的爆破效果[1-4]。

2.1 常規(guī)鉆孔設備

常規(guī)鉆孔設備一般為露天潛孔鉆機，常用潛孔鉆機有分體機和一體機，分體機機械化程度較低，如金科590 型潛孔鉆機、開山KG510 型潛孔鉆機等，鉆機和動力設備空壓機是分開的2 臺獨立設備，一體機機械化程度較高，如SWD138R 型一體化潛孔鉆機，恒特HT150 型一體化潛孔鉆機等，空壓機和鉆機的動力設備是由同一臺采油機提供，集成化程度較高。常用鉆孔直徑為120 mm 或138 mm，最大鉆孔深度25 m。最大提升速度25～30 m/min，回轉速度0～100 r/min，最大爬坡度25°～30°。分體機鉆機質量4～5 t，最大行走速度1.8～2.5 km/h，鉆孔能力40～50 m/h。一體機鉆機質量15～25 t，最大行走速度3.5～4.5 km/h，鉆孔能力60～70 m/h。

2.2 設備改造

根據(jù)火燒區(qū)地質情況，普通潛孔鉆機鉆孔完成鉆孔后，鉆具抽取后就塌孔，無法進行爆破作業(yè)。只有采用水井鉆機鉆孔，采用泥漿護壁技術才能完成鉆孔，采用普通型水井鉆機鉆孔效率較低，效果不理想。因此，對原裝FH400 型水井普通鉆機進行了改進，改進主要內容為：①對履帶進行了加長，增加了鉆機的穩(wěn)定性；②對鉆機塔架進行了前移，使操作較原機更為方便、靈活；③將空壓機、發(fā)動機、發(fā)電機、泥漿筒、泥漿泵、散熱器集中設置安裝在鉆機平臺上，成為一體式鉆孔機，改進后設備功能齊全、布置合理、使用方便，適合火燒區(qū)作業(yè)。

2.3 設備鉆具技術改進

1）沖擊器位置。常規(guī)潛孔鉆機的沖擊器緊接著鉆頭，處于鉆孔底部，沖擊器效率較高，但是對鉆孔周邊振動較大，周邊圍巖破碎時，易振動造成塌孔。鉆桿的連接采用的是牙形絲扣連接。鉆頭底部設置2 個垂直小孔。因下置沖擊器接觸孔周邊破碎圍巖時，易振動造成塌孔，現(xiàn)將原來的下置沖擊器，改進為頂置沖擊器，克服了原設備的缺點，鉆孔成孔率大大提高。

2）鉆桿的材質強度及改變鉆桿形狀。鉆桿的材質由原來使用27CrMo 鋼材，改為26CrMo 鋼材（S135 鋼級），提高了鉆桿的材質強度，增加了鉆桿的耐磨性，延長了鉆桿的使用壽命。將原來使用圓形的鉆桿，改為六棱形，其優(yōu)點為：排渣空間大、效果好，在棱形邊上可加焊EDZCr-B-OA 耐磨焊條，增加其耐磨損性，延長了使用壽命。

3）與鉆桿的連接。原來鉆頭與鉆桿的連接采用是牙形絲扣連接，現(xiàn)改為波紋絲扣連接，受力均勻耐用，克服了原來連接部位易斷現(xiàn)象，延長了使用壽命。

4）鉆頭改進。將原有鉆頭底部設置的2 個垂直小孔（φ15 mm），改造為傾斜孔，克服了原來易堵小碎石的現(xiàn)象。在原有鉆頭上加焊6～8 條加強焊縫，厚度一般在3 mm，增加其磨損性。

3 護壁技術方案

1）爆破參數(shù)的確定[4-5]。情況下大南湖二號露天煤礦，巖石剝離爆破臺階高度10 m，孔徑138 mm，炮孔布置參數(shù)為排距5 m，孔距7.5～8 m，鉆孔超深0.5 m。由于火燒區(qū)鉆孔成型難度較大，為了提高成孔率，確定臺階高度降低為5 m，孔深定為5.0 m，孔徑減小為φ120 mm。

2）護壁技術選擇。根據(jù)現(xiàn)有的技術和設備條件，護壁技術有2 個方案可供選擇：①方案1：泥漿護壁，孔深到位后，孔內灌注泥漿，再通過空壓機的風壓作用將泥漿吹至孔壁圍巖縫隙中，形成護壁層；方案1 優(yōu)點：成孔率可達95%以上，成本低，人員較少，工藝較簡單，操作時間較短；缺點：噪音較大；②方案2：跟管護壁，邊鉆邊跟管，孔深到位后，下設抗靜電PVC 套管；方案2 優(yōu)點：成孔率高，達到100%，噪音較??；缺點：施工時間較長，成本高，人員使用較多，勞動強度較大，工藝較復雜。經(jīng)過經(jīng)濟技術及優(yōu)缺點比較，選擇方案1 泥漿護壁技術，泥漿采用鉆井液用膨潤土與水配置而成，配比為1：14。

3）護壁工藝。鉆孔2 m→孔口灌注泥漿，護孔口→鉆孔到設計深度→打開空壓機吹孔內巖渣→提鉆桿距孔底100 mm→孔內灌注泥漿→打開空壓機利用風壓作用將泥漿吹至孔壁圍巖縫隙中，形成護壁層新工藝[6]。

4 爆破參數(shù)改變及爆破效果

4.1 爆破參數(shù)改變

將爆破臺階由原來的10 m 臺階調整為5 m，分臺階進行爆破，減少炮孔深度、增加鉆孔成孔率；增加穿孔密度，降低穿孔直徑，將孔網(wǎng)參數(shù)由原來的排距5 m，孔距為7.5～8 m，調整為排距5 m，孔距為6～6.5 m，將孔徑φ138 mm 調整為φ120 mm[7]。

火燒區(qū)內采用的爆破參數(shù)為：孔徑φ120 mm，孔深為5 m，孔距為6～6.5 m，排距5 m，前排坡頂距3～3.5 m，均為垂直孔；炮孔一般布置4～5 排，為多排梅花孔布置方式，采用耦合連續(xù)裝藥方式，線裝藥密度14 kg/m，每孔裝藥量35 kg，填塞長度2.5 m，起爆藥卷采用2 號巖石乳化炸藥（φ32 mm，0.3 kg/卷），內設1 發(fā)電子雷管，炸藥采用的是混裝乳化炸藥，爆破網(wǎng)路為電子雷管專用網(wǎng)絡，孔間延期時間40 ms，排間延期時間80 ms，為正向起爆方式，平均單耗為0.21 kg/m3。

4.2 爆破效果

采用普通鉆機在火燒區(qū)鉆孔，成孔率僅為30 %，塌孔現(xiàn)象較為嚴重，爆破后經(jīng)常有留根底現(xiàn)象，有時還需二次爆破處理，影響鏟裝作業(yè)，綜合效率較低。采用新工藝泥漿護壁技術后，成孔率可達95 %以上，爆破后，無飛石沖孔現(xiàn)象，爆堆集中，達到了露天松動爆破的效果，爆堆最低處下降約100 mm 左右，無留根底現(xiàn)象，6～7 m 深度內可滿足挖運作業(yè)的要求，爆破效果較好。

5 結語

對于大南湖二號露天礦火燒區(qū)內存在的燒變巖及燒變程度較高較硬的孤石，采用現(xiàn)有的穿孔設備施工時，鉆具抽取后就塌孔，無法進行后續(xù)的裝藥爆破，通過技術創(chuàng)新，使用了適合火燒區(qū)的穿孔設備，采用了注漿護壁技術，成功解決了在火燒區(qū)燒變巖中進行穿爆工程的技術難題。