针对光面爆破在深大立井冻土爆破中的应用问题,结合赵固二矿西风井冻结段掘进施工项目背景,开展了冻土光面爆破试验。通过试验,不断调整光面爆破参数,取得了较好的爆破效果。从爆破参数、装药结构及施工管理等方面,介绍了该井筒冻结段掘进施工中的光面爆破技术应用情况,对类似工程具有一定指导意义。
理论研究和室内试验在深层冻土爆破参数设计中存在着限制,结合赵固二矿西风井冻土掘进的施工特点,开展爆破参数优化现场实验。以掘进速度、安全、质量为评价依据,对炸药选择、钻眼机具、炮眼布置和深度、装药参数和起爆顺序等参数进行优化分析。结果表明:通过合理设置中空孔、一二级掏槽孔、辅助孔和周边孔的孔距与间排距,调整装药参数和雷管段位等手段,使得爆后土体均匀无大块,将爆破进尺由1.9 m提高至2.8 m,炮孔利用率由67.9%提高至93.3%;同时将爆破振动控制在安全范围以内,实测井壁最大振动速度为8.39 cm/s,保证了施工安全性;通过经济效益比较分析,优化后的爆破方案较之前显著提高了施工效率,缩减掘进工期44.5 d,大大节约了施工成本和冻结成本。
本文结合矿井的实际,首先介绍了矿井工程,阐述了影响冻土的因素,重点分析立井冻土爆破快速施工技术。立井冻土爆破快速施工技术的应用有效地提高了施工安全性,并加快了施工速度,降低了工人劳动强度,促进了矿井的安全生产。
杨村煤矿风井采用冻结法施工,冲积层段深部有1层36.5m厚的粘土层,埋深412.37～448.87m。该粘土层导热系数低,膨胀性大。为保证该粘土层冻结壁温度和强度,采取了强化冻结措施,造成该粘土层上、下部位的其他土层井帮温度过低,冻土大量进入荒径。掘砌施工中,采用挖掘机、破碎锤、铣挖机联合破土、刷帮的机械化作业方式,配合使用中心回转式抓岩机装罐;地面用胶带输送机,直接将混凝土输送至井口灰罐内,由提升机下放到井下,供井壁浇筑使用,快速完成了井筒掘砌工程。
永城煤电集团顺和煤矿风井井筒深部冻土及风化基岩段采用锚杆钻机钻眼爆破法施工,克服了钻眼速度慢、爆破困难、冻结管易断裂等难题,提高了施工安全性,加快了施工速度,平均日成井由1.7m提高到了3.16m,同时降低了工人劳动强度。
崩落爆破通常承担整个立井冻土掘进爆破40%～60%的破土量。宽孔距崩落爆破能够增加自由面的有效利用、增强自由面应力波的反射拉伸作用和消除或减小冻土中的应力降低区。在理论分析的基础上进行冻土爆破漏斗模型试验,综合考虑爆破漏斗体积和爆破后两炮眼间最大凸量,初步认为炮眼密集系数m=1.5左右时较为合理。结合立井崩落炮眼成圈弧形布置和冻土所受夹制作用相对较大的特点,建议应在此基础上适当降低立井冻土崩落爆破炮眼密集系数,这在进一步的工程实践中得到了验证。
立井冻土掘进爆破合理的段间延迟时间应是在保证冻结壁和冻结管安全的前提下,能够获得良好的爆破效果。本文以此为出发点,重点从新自由面完全形成和降低爆破震动效应两个方面,对延迟起爆时间进行了初步探讨,建立了间隔延迟时间的计算结构模型;并就目前立井冻土爆破的施工条件,提出获得良好爆破效果的起爆延迟时间是100～200ms;而为降低爆破震动确保安全,延迟间隔时间则宜取200～250ms;综合考虑取值250ms,即选用1/4秒系列雷管较为适宜。现场井筒冻结段掘进爆破实践也验证了1/4秒延期起爆的合理性。
结合冻土爆破破坏特征,从理论上分析探讨立井冻土掘进掏槽爆破和光面爆破机理参数设计,在此基础上进行工程应用。结果表明:立井冻土爆破以浅眼多循环、眼深1.2～1.4m为宜;较为合理的掏槽参数为:圈径1.0～1.2m,眼距500～700mm,单耗药量2.2～2.8kg/m3;较为合理的光爆参数为:眼距500～600mm,光爆层厚度500～700mm,炮眼密集系数0.8～1.2,炮眼装药集中度120～160g/m,空气垫层或空气间隙不偶合装药结构。
引用岩石爆破理论，结合冻土爆破破坏特征，探讨了立井冻土钻爆法施工掏槽参数和光爆参数的设计计算方法．在此基础上，以冻结砂土为原型进行掏槽爆破和光面爆破模型试验．结果表明，当孔深Lb＝1．0～1．5m时，较为合理的掏槽爆破参数为：单位耗药量q＝1．8～2．4kg／m3，槽孔布置圈径D＝1．0～1．2m，孔距b＝500～700mm；较为合理的光面爆破参数为：炮孔间距b＝500～700mm，炮孔密集系数m＝0．8～1．2，径向空气间隙或轴向空气垫层不偶合装药结构．
