CN1067759C - 天井深孔法掘进中的爆破法扩孔工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种天井深孔法掘进中的爆破法扩孔工艺，其特点是在设计的空孔位置上，钻凿出与其它掏槽孔和周边孔同径的炮孔，然后用分段爆破的方法将该孔扩大到要求的孔径，这一爆破法扩孔工艺的成功，大大的简化扩孔工艺，解决了机械法扩孔存在的缺欠，而且降低了扩孔费用，进而降低成井成本，提高效率并对安全高效的天井掘进方法-深孔法的推广使用将起一定的推动作用。

Description

天井深孔法掘进中的爆破法扩孔工艺

本发明涉及爆破方法类，特别涉及天井深孔法掘进中的爆破法扩孔工艺。

众所周知，天井深孔爆破掘进法是一种安全、高效的天井掘进方法，1961年以来，国内不少矿山采用了这一先进的天井掘进法，国外许多国家也都在推广使用深孔法，使用较多的国家有瑞典、前苏联、芬兰和日本等国；按掏槽形式的不同，深孔法可分为以空孔为自由面的平行炮孔掏槽的深孔法和球状药包漏斗掏槽的深孔法，根据1982年冶金工业出版社出版的《井巷工程》；两种方法相比较，由于漏斗掏槽不需要大直径空孔，所需炮孔数较少，因而不仅其成本相应较低，而且还大大地缩短了穿孔时间，另外由于是漏斗掏槽，所以对炮孔的精确度要求也不如平行炮孔掏槽高，因此，平行炮孔掏槽很有被漏斗掏槽取代的可能，但是，由于漏斗掏槽须用高密度、高威力的乳化油炸药、浆状炸药或甘油炸药，而目前国内外矿山普遍使用的仍是铵油炸药和铵梯炸药。由于乳化油炸药、浆状炸药的使用很有限，硝化甘油炸药又太昂贵，且安全性差、不易保存，此外由于漏斗掏槽要求的天井断面较大，所以相比之下，目前国内、外使用深孔法成井的矿山，大部分仍使用平行炮孔掏槽，故此，进一步完善平行炮孔掏槽的深孔法是很必要的；事实证明，平行炮孔掏槽的深孔法若采用大直径空孔，可以减少辅助孔个数，降低炸药消耗，增大炮孔的允许偏斜范围，防止邻孔破坏，增加分段爆破高度，改善爆破效果，因此，应在经济允许的前提下尽量增大空孔的孔径，目前，国内外在使用平行炮孔掏槽的深孔法时，大直径空孔都是用机械方法形成，其形成方法有扩孔和套孔，根据1983年9月中南矿冶学院井巷工程教研室的论文汇编《凿岩爆破》，结合附图1至附图3说明采用机械法扩孔存在以下难以解决的问题：

图1为机械法扩孔并联导向器示意图。

图2为机械法套孔与原空孔间相互关系示意图。

图3为套孔方位与原空孔的关系示意图。

(1)为导向杆、(2)为钻头、(3)为原来空孔、(4)为套孔。

如附图1所示，若用并联导向器套孔，由于导向杆(1)与钻头(2)之间存在着摩擦力，因此，钻头(2)相对导向杆(1)将始终产生一个与钻头(2)旋转方向相同的力距，由于力矩的作用，套出的空孔(4)与原来的空孔(3)的空间相互关系呈麻花状，如附图2所示，这使空孔某些孔段实际上没起大直径空孔的作用，根据1983年9月中南矿冶学院井巷工程教研室论文汇编《凿岩爆破》，如附图3所示；采用牙轮钻扩孔其扩孔刀具的寿命最高为70m左右，而低的还不到22m，扩孔成本高达50-90元/m以上，扩孔速度为0.78m/h～1.03m/h，这说明使用牙轮钻扩孔也同样存在成本高、效率低，刀具寿命低的问题，根据1985年6月长沙矿山研究院等的《KY-120型地下牙轮钻机，扩孔刀具，深孔分段爆破掘进天井工艺技术鉴定文件》，根据1981年7月出版、冯保成著的《金属矿山盲天井深孔爆破一次成井新工艺》。这些存在的问题，极大地限制了大直径空孔的应用，故目前，国内用平行炮孔掏槽的深孔法掘进天井的矿山，使用大直径空孔进行掏槽爆破的并不多，急需解决上述存在的问题，即是扩孔或套孔成本高，效率低；扩孔或套孔需配备专门的扩孔钻头或器具；扩孔钻头的使用寿命低等。

本发明的目的就是针对上述平行炮孔掏槽的深孔法掘进中扩孔工艺存在的问题，提供一种爆破法扩孔工艺，以降低扩孔成本，提高扩孔效率，所谓爆破法扩孔工艺，就是在设计的空孔位置上钻凿出与其它掏槽孔和周边孔同径的炮孔，然后用分段爆破的方法将该孔扩大到要求的孔径

结合附图4说明本发明的技术构思：

图4为岩体在药包作用下的破坏现象示意图。

(5)为粉碎区、(6)为裂隙区、(7)为药包。

依据本发明的目的，提供一种爆破法扩孔工艺，其原理是从人们在从事岩石爆破机理研究的试验中发现，根据U.兰基弗斯著的《现代岩石爆破技术》，岩体在药包的爆破作用下，靠近药包的部分岩体将发生过粉碎性破碎，形成爆破粉碎区(5)，又称压缩区，粉碎区以外为裂隙区(6)，如附图4所示，这是因为药包(7)起爆后，爆轰气体形成的几万个大气压的压力远远地超过岩石动抗压强度，而大多数岩石在冲击载荷作用下表现为脆性，故在压缩区的岩石多被压成粉末，形成爆破粉碎区；少数弹塑性岩石在爆轰气体的高压作用下，在压缩区被压成粉末和发生塑性压缩，因此用爆破法扩孔，孔壁附近的岩体势必会发生粉碎性破碎或粉碎性破碎和塑性压缩，从而达到扩孔的目的。

本发明的具体内容：

采用深孔法掘进天井时，其炮孔由周边孔、掏槽孔和空孔组成，炮孔的数量由需要形成的天井的规格、形状、炮孔直径和空孔直径等因素决定；周边孔和掏槽孔的孔径相同，炮孔的长度即为天井的长度。爆破法扩孔就是利用爆破的方法，将与掏槽孔、周边孔同径的空孔扩大成大直径空孔，其具体方法是：首先在设计的空孔位置上钻凿出与掏槽孔、周边孔同径的孔，然后根据围岩的完整程度，将孔沿孔深自下而上分成长度为5-10m的若干段(围岩完整时取大值，反之取小值)，在每段内分次爆破扩孔；瀑破扩孔时，每次只爆破一段，每次爆破后，应测量爆破后的孔径，若未达到要求的孔径，可在同一孔段内再进行一次扩孔爆破，如此反复，直至达到要求的空孔直径，已扩孔爆破的一段空孔达到要求后，可依次向上进行相邻一段空孔的爆破扩孔，直至完成整个空孔的扩孔工作，扩孔爆破时，靠天井上部2m左右的空孔无需(也不能)扩孔，也就是说扩孔只需进行到天井上部2m以下，爆破法扩孔完成后，即可按设计钻凿其他掏槽孔和周边孔，之后进行爆破成井工作。

结合附图5说明本发明的实施例：

图5为深孔法掘进炮孔设计示意图。

(8)为空孔、(9)、(10)为掏槽孔、(11)、(12)、(13)、(14)为周边孔。

1、拟掘进的天井的参数：断面规格为2×2m²、天井长42.5m、倾角90°；该天井采用深孔法掘进，设计炮孔布置如附图5所示，其中(8)为空孔、(9)、(10)为掏槽孔、(11)、(12)、(13)、(14)为周边孔，空孔(8)直径为250～300mm，掏槽孔(9)、(10)直径为120mm；

2、爆破扩孔步骤：

先用坑内牙轮钻机在设计的空孔位置上钻凿孔径120mm的空孔(8)，钻完孔后将钻机移到安全处，然后由下而上按5～7m的分段高度逐段爆破扩孔，各孔段进行爆破扩孔时，采用与成井爆破时相同的方法堵塞拟爆破孔段的下端，装填300mm左右的碎岩渣，然后装填炸药和雷管，雷管采用电雷管或非电导爆管，装完药最后在炸药上都填塞1m左右高的水袋或岩屑堵孔，之后即可起爆扩孔；各孔段第一次爆破，可采用与爆破孔径相适应的药卷，第二次以上的爆破可将药卷沿纵向破开采用偶合装药，每次爆破扩孔后，需要测量爆破后的孔径，若末达到要求的孔径，则需在同一孔段进行扩孔爆破，直至达到要求的空孔直径，完成一个孔段的爆破扩孔后，再按同样的方法进行上部一个孔段的扩孔爆破工作，如此循环，直至进行到距上部井口2m以下为止，即完成整个空孔的爆破扩孔工作；爆破扩孔工作完成后，再用牙轮钻机钻凿余下的炮孔(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)最后进行爆破成井工作。

3、扩孔爆破单体试验：

(1)试验地点的围岩为片麻岩，中硬，f=10-12，岩石整体性较好；

(2)试验所用炸药为2^#硝铵岩石炸药；

(3)试验结果见表1

表1

孔号	原孔径(mm)	爆破后孔径(mm)		装药量(kg/m)
						第一次爆破	第二次爆破	第一次爆破	第二次爆破
		1	84	122	185	5.18	5.86
2	84	120	-	4.4	-
3	84	201	-	4.41	-

如表1所示，共进行三个孔的扩孔爆破试验，原孔径均为84mm，孔号1^#第一次扩孔爆破后孔径为122mm，消耗炸药5.18kg/m；第二次扩孔爆破后孔经由122mm扩大为185mm，炸药消耗5.86kg/m；孔号2^#第一次扩孔爆破后孔径为120mm，消耗炸药4.4kg/m；孔号3^#第一次扩孔爆破后孔径为201，消耗炸药4.14kg/m。

本发明的效果：

本发明与潜孔钻扩孔和牙轮钻扩孔分别进行经济比较，其结果见表2和表3：

潜孔钻扩孔与爆破法扩孔经济比较表    表2

序号	项    目	单价元	机械法(潜孔钻)扩孔		爆破法扩孔
							每米用量	元／m	每米用量	元／m
			1	材料费
	炸    药(kg)	1.6							3～6	4.8～9.6
				火雷管(个)	0.1							0.267	0.03
	导爆管(m)	0.1							5.33	0.53
				导火线(m)	0.15							O.53	0.08
	非电雷管(个)	0.4							O.53	0.21
			2	扩孔刀具							5.6
8	设备折旧							0.77
			4	维修费							0.38
5	备件费							3.00
			6	动力费							10.98
7	水    费							1.78
				合  计							22.51		5.65～10.45

由表2可知，采用爆破法扩孔时，单位扩孔费用较采用潜孔钻扩孔低： $\[1-(\frac{10.45}{22.51}~\frac{5.65}{55.51})\]\×100\%=53.6\%~75.8\%$

牙轮钻扩孔与爆破法扩孔经济比较表    表3

序号	项    目	单价元	机械法(牙轮钻)扩孔		爆破法扩孔
							每米用量	元／m	每米用量	元／m
			1	材料费
	炸  药(kg)	1.60							5～12	8～19.2
				火雷管(个)	0.10							0.53	0.05
	导爆管(m)	O.15							10.07	1.01
				导火线(m)	O.15							1.07	O.16
	非电雷管(个)	O.40							1.07	O.43
			2	扩孔刀具(个)	1500	O.014～0.045					21.43～68.18
3	设备折旧							5.65
			4	维修费							2.15
5	工  资							8.159		2.87
			6	动力费							2.01
7	水  费							1.95
				合  计							47.01～93.56		12.43～23.63

由表3可知，采用爆破法扩孔时，单位扩孔费用可比采用牙轮钻扩孔低： $\[1-(\frac{23.63}{47.01}~\frac{12.43}{93.56})\]\×100\%=49.7\%~86.7\%$

本发明大大的简化扩孔工艺，解决了机械法扩孔存在的缺欠，而且扩孔费可大大降低，此外由于爆破法扩孔时使空孔周围的岩石产生了许多裂纹，大大的削弱了这部分岩石的强度，所以掏槽爆破时还可因此而减少炸药的消耗量，从而这一工艺对安全、高效的天井掘进方法-深孔法的推广使用将起一定的推动作用。

Claims (1)

1、一种天井深孔法掘进中的爆破法扩孔工艺，天井深孔法掘井的炮孔由周边孔、掏槽孔和空孔组成，炮孔的数量由需要形成的天井的规格、形状、炮孔直径和空孔直径等因素决定；周边孔和掏槽孔的孔径相同，炮孔的长度即为天井的长度，其特征在于，利用爆破的方法，在设计的空孔位置上，钻凿出与其它掏槽孔和周边孔同径的炮孔，然后用分段爆破的方法将该孔扩大到要求的孔径；即是在设计的空孔位置上钻凿出与掏槽孔、周边孔同径的孔，然后根据围岩的完整程度，将孔沿孔深自下而上分成长度为5-10m的若干段(围岩完整性取大值、反之取小值)，在每段内分次爆破扩孔；爆破扩孔时，每次只爆破一段，每次爆破后应测量爆破后的孔径，若未达到要求的孔径，可在同一孔段内再进行一次扩孔爆破，如此反复，直至达到要求的空孔直径，已扩孔爆破的一段空孔达到要求后，可依次向上进行相邻一段空孔的爆破扩孔，直至完成整个空孔的扩孔工作，但扩孔爆破时，靠天井上部2m左右的空孔不能扩孔，在扩孔爆破完成后，即可按设计钻凿其他掏槽孔和周边孔，之后进行爆破成井作业。

Images