Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．５３８ Ｆｅｂｒｕａｒｙ．２０１４ 现代矿业 Ｍ０ＤＥＲＮ ＭＩＮＩＮＣ 总第５３８期 ２０１４年２月第２期 ・实用技术・ 深孔锅底爆破在立井施工中的应用 苏 洪 洪斌鹏 龚 悦 （１．安徽理工大学化学工程学院；２．广州宏大爆破股份有限公司；３．湖南涟邵建设工程有限责任公司） 摘要大红山井筒深达１ ２７９ ＩＴＩ，地质条件复杂，对施工进度要求较高。通过对立井爆破中 掏槽爆破、光面爆破和锅底爆破中的关键技术问题进行分析和研究，最终采用两阶混合掏槽、大直 径深孔、锅底、光面爆破技术，提高了爆破效果，加快了施工进度，为类似条件下井筒爆破施工提供 了理论依据和技术支持。 关键词掏槽爆破光面爆破锅底爆破 在矿山建设中立井施工是最重要的工程之一，工 程质量好坏和进度快慢直接影响着矿井建设的质量 因此，必须合理选择掏槽方式和掏槽参数，使岩石完 全破碎，形成槽洞，达到较高的槽眼利用率。 ２．１．１掏槽爆破形式 立井掏槽爆破形式归纳起来分为三大类：斜眼 和周期。立井掘进主要的方法是钻眼爆破法，深孔爆 破技术增加循环进尺度，便于发挥大型凿井设备的作 用，锅底爆破便于清渣和排水，２种技术结合使用，从 而提高了工程进度，节约成本，经济效益显著。 掏槽、直眼掏槽和｝昆合掏槽 Ｊ。 斜眼掏槽是一种掏槽方向倾斜于工作面的掏槽 方式，适用于各类岩石，多采用楔形掏槽和锥形掏 槽。斜眼掏槽一般炮眼数目较少，炸药用药量小，可 以充分利用自由面，并且由于爆炸气体在岩石中作 用时间长，炸药较集中，能充分利用爆炸能量，易将 被破碎的岩石抛出，形成更大的掏槽腔，取得良好的 爆破效果，但是斜眼爆破的钻眼方向难以掌握，要求 钻眼工人具有熟练的技术水平，炮眼深度受掘进断 面的，小断面掘进爆破并不适用，爆破下岩石的 ｌ 工程概况 大红山二期废石箕斗井井口地表处标高为 ＋１ ２０Ｏ １ＴＩ，井底标高为一７９ ｍ，井深达１ ２７９ ｍ。井 筒掘进直径为６．３ ｍ。岩石坚固系数ｆ＝８～１０，井 筒正常涌水量小于１０ ｍ。／ｈ。井筒设计永久支护混 凝土厚４００ ｍｎ３。 采用ＳＺＪ－５．６型伞钻打眼，配套６台ＹＧＺ－７０型 凿岩机，１０ ｔ吊葫芦吊挂在翻矸平台下。钻眼前，采 用提升机下放伞钻至吊盘下（转挂至专用伞钻提吊 稳车上），连接风水管，打开伞钻撑杆撑牢井壁，试 钻、钻眼。装岩设备为ＨＺ－６中心回转抓岩机，工作 能力为５０ ｍ ／ｈ。 抛掷距离较远，抛出的爆碴分散，容易损坏支护和设 备，不利于出碴。 直眼掏槽是一种掏槽方向垂直于工作面的掏槽 方式，能够克服斜眼掏槽受巷道断面大小等缺 点，爆破效果也较为理想，但是直眼掏槽炮眼较多， 采用的乳化炸药主要技术参数：药卷长度为 ２００ ｍｍ，药卷直径为４０ ｍｍ，炸药密度为１．１～ １．２ ｇ／ｃｍ ，每卷药重０．３７５ ｋｇ。为了满足深孔的起 炸药用药量大。在直眼掏槽中使用较多的是两阶掏 槽孔同深和两阶掏槽孔不同深２种，安徽理工大学 专门对两阶掏槽孔同深和两阶掏槽孔不同深的情况 进行了对比试验研究 ］，结果表明两阶槽孔同深的 槽腔体积增大，炮眼利用率明显提高。 爆，选用７ ｍ长脚线，１～９段半秒延期导爆管雷管。 ２深孔爆破 ２．１掏槽爆破 立井爆破中最关键的技术之一就是掏槽爆破， 掏槽的好坏直接影响着其他炮眼的爆破效果 １］。 混合掏槽是两种以上的掏槽方式混合使用，一 般为直眼掏槽和斜眼掏槽混合形式，２种掏槽方式 的结合使用正好弥补了各自的缺点，而且爆破效果 也非常好。 苏洪（１９８７一）男，硕士研究生，２３２００１安徽省淮南市舜耕中 路１６８号。 大红山二期废石箕斗井采用混合掏槽形式，两 １２５ 总第５３８期 现代矿业 ２０１４年２月第２期 阶直、斜眼掏槽，一阶斜眼插角为８２。。 ２．１．２掏槽爆破参数 （１）掏槽孔布置。掏槽爆破主要是利用炸药爆 炸对岩石的破裂作用，使槽腔内的岩石充分破裂，因 此可以利用裂隙圈半径公式确定炮眼间距ｄ和炮眼 布置圈径Ｄ，通常ｄ＜ｒ，Ｄ＜２ｒ，ｒ为破裂区半径。根 据爆炸应力波计算破裂区半径 ］： ｒ＝（ｂ／Ｊ１） 。ｒｂ， （１） Ｔ 式中，口为应力波衰减系数，ｏ＝２一 ，７为岩石 １— 泊松比；Ｓ 为岩石动载抗拉强度，ＭＰａ；ｂ为切向应 力与径向应力的比值，ｂ＝ ；ｒ 为炮孑Ｌ半径，ｍｍ； ｌ一 Ｐ 为作用于孔壁的初始径向峰值应力，Ｎ。 耦合装药时： 一知 ； （２） 不耦合装药时： ｐ・ Ｄ （ ／Ｓ＇ｅ）ｎ，＿ （３） 式中，Ｐ。为炸药密度，ｋｓ／ｍ。；Ｄ 为炸药爆速，ｍ／ｓ；ｐ 为岩石密度，ｋｇ／ｍ ；Ｃ。为纵波波速，ｍ／ｓ；ｒ 、ｒｈ分别 为装药半径和炮孔半径，ｍｍ；／２为爆炸生成气体碰 撞岩壁时产生的应力增大倍数，８—１ １。 由于掏槽孔炮孑Ｌ直径为５０ ｍｍ，药卷直径为 ４５ ｍｎｌ，不耦合装药，所以按式（３）计算孔壁的初始 径向峰值应力，然后代入式（１）中计算，得出结论： 在２ ＩＴＩ的圈径内都会产生裂隙。 大红山项目部采用ＳＺＪ－５．６型伞钻打眼机，最 小打孔圈径为１．６ ｍ，经过工程实践中的微调，最终 确定一阶掏槽眼圈径为１ ６００ ｍｍ，共８个炮眼，炮 眼间距为６１４ ｍｍ；两阶掏槽眼圈径为１ ８００ ｍｍ，共 ８个炮眼，炮眼间距为６８８ ｍｍ。掏槽眼布置均在裂 隙区范围内。爆破参数见表１。 表１大红山废石箕斗井爆破设计参数 …号 掏槽眼Ｉ～８ ｉ．６ 嚣 ３６ １４ １１２ Ｉ 掏槽眼９～１６ Ｉ．８ ３６ １４ Ｕ２ Ⅱ 辅助眼１７～２６ ２．８ ４９．５ １２ １３２ Ⅲ 辅助眼２７～４０ ４．０ ７２ １２ １９２ １Ｖ 辅助眼４１～５８ ５．２ ９０ １０ ２００ Ｖ 周边眼５９～９９ ６．２ １４８．５ ８ ２６４ ＶＩ （２）掏槽药量。掏槽爆破不仅要破碎岩体，而 １２６ 且还要把破碎的岩体抛出槽腔，形成新的自由面和 掏槽腔，所以掏槽爆破的单位炸药用药量要比其他 炮孔的多。掏槽药量理论上可通过体积药量计算， 并在理论计算量的基础上加２０％～４０％。 Ｑ： ａｒＤ２￣Ｔｌｂｑ， （４） 式中，Ｑ为单个槽孔装药量，ｋｇ；叼为炮眼利用 率，％；ｚ 为炮孔深度，ｍ；ｇ为炸药单耗，ｋｇ／ｍ ；Ⅳ为 炮孔数，个。 综合考虑钻眼速度和钎杆磨损情况，确定炮孔 深度为４．５ ＩＴＩ，圈径按１．８ Ｉｌｌ计算，炸药单耗确定为 ３．０ ｋｇ／ｍ。，按式（４）理论计算单孔装药量为４．０ ｋｇ， 因为掏槽孔比一般炮孔药量多，经过现场试验和理 论计算，最终确定掏槽眼的单孔装药量为５．２ ｋｇ。 （３）辅助眼参数。辅助眼的作用是进一步扩大 掏槽爆破形成的自由面，破碎岩石，形成较大体积的 爆破漏斗。由于辅助眼爆破之前，已经有了掏槽眼 爆破所形成的自由面，所以辅助眼的单孔用药量较 掏槽孔有所减少，但减少过多会出现岩石破碎不均， 产生大块岩石，影响抓岩清渣的效率。通过试炮，确 定最优单孔装药量为４．５ ｋｇ，共１２卷药卷。因为破 裂区的半径约为１ ｍ左右，所以辅助眼圈径以１ ｎｌ 左右的增幅增加。三圈辅助眼的圈径分别为２．８， ４．０，５．２ １３３。详细爆破参数见表１。 ２．２光面爆破 光面爆破是一种爆破后使断面岩体表面平整光 滑的控制爆破技术，它的好坏直接影响断面成型规 整及能否减少爆破冲击波和应力波对周边围岩的影 响，因此井筒爆破均应采用光面爆破技术，在实际施 工过程中必须在理论知识的基础上对光面爆破参数 进行优化。 ２．２．１炮孔间距 光面爆破产生机理为相邻两炮孔装药同时起爆 后，爆炸应力波由炮孔向四周传播，在各自炮孔壁上 产生初始裂隙，然后在爆生气体“气楔”作用下使裂 隙延伸扩大，最后贯穿形成平整断面。因此，合理的 炮孔间距应保证贯穿裂隙完全形成。炮孔间距可用 下式求解： ｄ１＝２ｒｋ＋（ ）ｄｂ， （５） 式中，ｄ 为周边孔间距，ｍ；ｐ 为爆炸气体充满炮眼 时的静压，Ｎ；ｒ 为每个炮眼产生的裂缝长度，ｍｉｌｌ；ｄ 为周边孔直径，ｍｍ。 现场多依据经验公式： 苏 洪洪斌鹏等：深孔锅底爆破在立井施工中的应用 ２０１４年２月第２期 ｄ１＝（１０～１５）ｄｂ． （６） 根据药卷直径为４０ ｍｍ，取炮孔直径为４５ ｍｍ， 由式（６）作指导，通过现场试炮，确定按ｄ ＝１３ｄ 计 算最优，得到ｄ ＝５８５ ｍｍ，考虑到药孔平均分布，最 终确定ｄ１＝５９０ ｍｍ。 ２．２．２最小抵抗线和炮眼邻近系数 周边眼的最小抵抗线决定着光爆层岩石能否适 当地破碎，而确定周边眼的最小抵抗线在于合理地 选择装药邻近系数ｍ。根据工程实践经验，ｍ值应 该根据工程中岩石的坚固性来选择，一般情况，，ｎ＝ ０．８～＿【．０。经理论研究和工程实践表明光爆炮孑Ｌ密 集系数可以适当增大，但也不宜超过１．２＿４ Ｊ。 最小抵抗线可通过下式求得： ＝ ｑａｌｔｂ， （７） 式中， 为最小抵抗线，ｍ；ｆ 为炮眼长度，ｍ；ｑ 为 炮眼内的装药量，ｋｇ；ｄ 为周边孔问距，ｒｎ；ｑ为爆破 系数，相当于单位耗药量，对ｆ＝４—１０的岩石，ｑ的 变化范围为２～５ ｋｇ／ｔｏ＿ 。 周边眼每孔为８卷药卷，炮眼内装药量ｑ 为 ３ ，炸药单耗ｇ确定为３．０ ｋｇ／ｍ ，ｄ１：勾５９０ ｍｍ，ｆｂ 为４．５ １ＴＩ，通过计算可得最小抵抗线 ＝０．４ ｍ。在工 地通过单炮孔爆破漏斗实验，确定最小抵抗线 ＝ ０．５ Ｉｌｌ。 ２．２．３装药结构和起爆方式 周边眼的作用主要是形成规整的断面和稳定的 围岩，所以周边眼一般采用不耦合装药结构。不耦 合装药结构又大致分为径向间隙不耦合和轴向垫层 不耦合装药。轴向垫层不耦合装药结构多以水、空 气和柔性材料为间隔介质。研究表明采用轴向垫层 不耦合装药结构能够获得较好的光面爆破效果，是 一种较为理想的光面爆破装药形式 。 周边眼的起爆方式分为正向起爆和反向起爆， 正向起爆即为起爆药位于炮孔上部，反向起爆为起 爆药位于炮孔下部。 ： 红山废石箕斗井周边眼采用反向装药结构， 孔内用水炮泥装填，孔口用炮泥堵塞。炸药爆炸时， 水炮泥相当于水雾和空气，由于空气介质的存在，降 低了冲击波的峰值压力，减少了药柱周围围岩的过 破碎．．同时空气介质增加了爆生气体在岩石内的作 用时间和应力场强度，炸药的能量得到充分利用，使 岩石破碎均匀，周边眼眼痕完整，岩壁规整无裂缝。 ３锅底爆破 ：匠年来，工程单位为了提高井巷的掘进速度，提 出了一种新的爆破技术：炮眼由井筒中心向外逐圈 提高落底高度，使每个循环爆破后形成类似于锅底 形工作面，统称为锅底爆破。井巷施工中影响井巷 掘进速度的一个重要因素就是清渣和排水排浆工作 费时，锅底爆破后废石和水浆自动集中于锅底， 提高了集渣速度、清底质量和排水排浆效率。锅底 爆破还具有扩大自由面、减少岩石夹制作用，提高其 他炮眼的炮眼利用率等一系列优点 Ｊ，所以在工程 实践中被广泛应用。 大洪山废石箕斗井采用锅底爆破，分区、划片钻 眼，一圈斜掏槽眼落底高度为０．３ ＩＩ１，二圈掏槽眼落 底高度为０．４ ｍ，一圈辅助眼落底高度为０．６５ ｍ，二 圈辅助眼落底高度为０．９ ｍ，三圈辅助眼落底高度 为１．２ ＩＴＩ，周边眼落底高度为１．４５ ｍ。锅底爆破示 意见图１。 图１锅底爆破示意（单位：ｍ） 大红山废石箕斗井共钻６圈炮眼，炮眼总数为 ８９个，炮眼总长４００．５ ＩＴＩ，总装药量为３７１．４ ｋｇ。掏 槽眼２圈：一圈掏槽眼圈径为１ ６００ ｍｉｌｌ，８个眼，深 ４．５ ｍ；二圈掏槽眼圈径为１ ８００ ｍｍ，８个眼，深 ４．５ ｍ。辅助眼３圈：一圈辅助眼圈径为２ ８００ ｒｎｌＴｌ， ９个眼，深４．５ ｍ；二圈辅助眼圈径为４ ０００ ｍｍ，１３ 个眼，深４．５ ｍ；三圈辅助眼圈径为５ ２００ ｍｍ，１８个 眼，深４．５ ｍ。周边眼圈径为６ ２００ ｍｍ，眼距为 ５９０ ｍｍ，眼深４．５ ｍ，３３个炮眼。周边眼眼底落在掘 进轮廓线上，辅助眼均匀布置于掏槽眼和周边眼之 间。采用两阶直、斜眼掏槽，大直径深孔，锅底，弱冲， 光面爆破。炮眼布置见图２。爆破参数详见表１。 图２炮眼布置（单位：ｍ） （下转第１３４页） １２７ 总第５３８期 现代矿业 ２０１４年２月第２期 图３ 预应力锚索加强支护结构（单位：ｍｍ） 图４ 低、高压注浆加固示意（单位：ａｍ）ｒ 低压注浆后２～３ ｄ，利用低压浅孔注浆管进一 护。通过预应力锚索施工前的低压浅孔注浆，可以 将喷层壁后松散破碎的围岩胶结成整体，防止锚索 步实施高压深孔渗透注浆，以增强浆液的渗透性，扩 大注浆范围，进一步提高注浆加固效果，在不破坏初 施工过程中将深部潜水从钻孔中导出而造成大面积 涌水。含软弱夹层段可考虑采用该施工工艺。 次锚网喷的基础上，显著提高围岩的承载力。先用 ＋２８ ｍｍ钻头进行扫孔，扫孔深度控制在５．０ ｍ左 右。高压深孔渗透注浆过程中渗透注浆材料以高渗 透性、高强度的水泥浆液为主，可采用５２．５级普通 硅酸盐水泥，水灰比控制在０．５～０．６，掺加水泥量 ０．７％的ＮＦ高效减水剂。浆液的结石率不低于 ９５％，强度不低于３０ ＭＰａ。当围岩中的裂隙细小， 无法进行深孔注浆时，可采用超细水泥制作注浆材 料，以保证注浆加固效果。施工时注浆压力控制在 ３～５ ＭＰａ，加固范围控制在５．０ ｍ左右。低、高压注 浆加固示意见图４。 ４ 结—论 （１）通过对水泵房变形观测，累计变形量为５０ ６０ ｍｍ，安全可靠。 （２）超前探水预注浆能很好地封堵裂隙水，防 止大的涌水事故发生，注浆工艺合理，效果明显。 （３）全断面锚网喷能及时封闭围岩，预应力锚 索起到加固支护作用，保证结构安全，低压浅孔注浆 和全断面高压复注能加强支护，防止渗水，保证水泵 房使用安全。 参考文献 完成全断面高压深孔注浆后，再进行一次喷浆， 喷射混凝土强度和配合比同前述要求，喷厚７０～ ８０ ｍｍ，使总喷厚达到１５０ ｍｍ。 ［１］ 董方庭．井巷设计与施工［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社， １９９４． 若锚索施工过程钻孔出水，则及时进行注浆堵 水，并将该段施工顺序调整为锚网喷支护一低压浅 ［２］ 王江峰，韩立军，宗义江，等．深井破碎围岩巷道“三锚”动态迭 加支护技术研究［Ｊ］．中国煤炭，２ＯＬＯ（１１）：４＿６． 孔注浆一预应力锚索加强支护一全断面复注加强支 （上接第１２７页） （收稿日期２０１３．１１．２５） 参考文献 ４ 结语 通过对深孔爆破和锅底爆破的关键技术的研 究，提出了切实可行的技术参数，在大红山立井施工 中应用，炮眼利用率达到９０％左右，循环进尺达到 ［１］ 王文龙．钻孔爆破［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，１９８９． ［２］杨小林，林从谋．地下工程爆破［Ｍ］．武汉：武汉理工大学出版 社．２００９． ［３］ 宗琦，刘积铭．立井深孔直眼分段掏槽破岩作用和参数设计 ４．０ ｍ，周边眼眼痕率达到８３％，取得了令人满意的 爆破效果。立井深孔锅底爆破技术大大提高了井巷 ［Ｊ］．爆破，１９９３，１０（４）：４９－５３． ［４］徐颖，宗琦．光面爆破软垫层装药参数理论分析［Ｊ］．煤炭 学报，２０００，２５（６）：６１０－６１３． ［５］ 王汉军．锅底形中深孔爆破技术在立井施工中的应用［Ｊ］．建 井技术，２０００，２１（３）：２９．３１． 掘进速度和效率，对今后类似条件下的井筒爆破施 工具有较好的借鉴作用。 （收稿日期２０１３—１２．１７） １３４
