CN108132006A - 防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构及其爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构及其爆破方法，包括在天井中心钻凿炮孔的中央空孔和围绕中央空孔设置的若干掏槽孔；中央空孔和掏槽孔内沿井深方向分层装药，中央空孔内在分层之间的位置固定设置药包，相邻药包之间为空腔，药包通过雷管和导爆管串联起爆连接；掏槽孔内在各个分层分别连续填装炸药，形成装药段，相邻装药段之间通过炮泥隔开，所有装药段通过雷管和导爆管串联起爆连接。通过孔内和孔间微差起爆的方式，中央空孔内安装球状药包向掏槽破碎岩体施加向下的抛渣动力，及时为后续辅助孔、周边孔的爆破提供补偿空间。较大范围的自由面下爆破可有效防止破碎岩块堵塞爆腔，增加有效的成井补偿空间，实现一次成井高效作业。

Description

防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构及其爆破方法

技术领域

本发明属于岩石爆破技术，具体涉及一种防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构及其爆破方法，主要用于硬岩条件下的天井掘进。

背景技术

天井掘进具有纵观尺寸大于横观尺寸的特点，但是施工空间狭窄，爆破自由面小，严重制约了掘进效率。一次成井技术结合合理的炮孔布置方式是加快天井施工和降低掘进成本的有效方法，在天井掘进过程中掏槽孔起爆自由面小，在碎岩条件差，特别是硬岩条件下，岩体碎胀系数较大，松散破碎岩块占据空间较大，在一次成井过程中可能造成掏槽腔堵塞，影响抛渣。天井掘进设计掏槽范围内破碎岩块及时抛渣对后续辅助孔及周边孔的爆破效果尤为关键。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对在硬岩条件下因为爆破碎岩堵塞掏槽腔导致天井掘进效率低的问题，提供一种防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构及其爆破方法，解决硬岩天井一次成井过程中的掏槽腔体高效抛渣问题，实现硬岩条件下天井高效一次爆破成井。

本发明采用如下技术方案实现：

防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，包括在天井中心钻孔的中央空孔1和围绕中央空孔1设置的若干掏槽孔2；

所述中央空孔1和掏槽孔2内沿井深方向分层装药，其中，

所述中央空孔1内在分层之间的位置固定设置药包11，相邻药包11之间为空腔，所述药包11通过雷管和导爆管串联起爆连接；

所述掏槽孔2内在各个分层分别连续填装炸药，形成装药段21，相邻装药段21之间通过炮泥22隔开，所有装药段21通过雷管和导爆管串联起爆连接。

进一步的，所述药包11固定连接在楔形木塞12一端，并通过楔形木塞12固定塞进中央空孔1内部。

进一步的，所述楔形木塞12沿轴向设有通孔，并通过该通孔贯穿连接保护管15，所有药包11连接的楔形木塞12通过保护管15串联连接，中央空孔内布置的导爆管穿设在保护管15内，并在对应每个药包11的保护管内部位置固定设置起爆该药包的雷管。

优选的，所述药包11为球状药包。

优选的，所述保护管15采用PVC管。

在本发明的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构中，所述中央空孔1的孔径大于掏槽孔2。

进一步的，所述掏槽孔2的周边还布置有辅助孔3和周边孔4，所述辅助孔3采用与掏槽孔2相同的分层连续装药结构，所述周边孔4为分层空气间隔装药结构。

本发明还公开了上述防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构的爆破方法，具体包括如下步骤：

第一步、在天井爆破区域完成中央空孔1、掏槽孔2、辅助孔3和周边孔4的凿岩钻孔；

第二步、对钻孔后的中央空孔1和掏槽孔2进行分层装药，将药包11固定到中央空孔1内部分层之间的位置，对掏槽孔2以及辅助孔3和周边孔4进行装药，并分别引出各个爆破孔的导爆管；

第三步、起爆，包括孔内微差起爆以及孔之间微差起爆，其中，孔内分层之间微差起爆的顺序为下分层→相邻上分层，孔之间微差起爆的顺序为掏槽孔2→中央空孔1→辅助孔3→周边孔4，所有孔同一分层起爆完成后，再按照孔之间的微差起爆顺序起爆对应孔的相邻上分层，直至爆破完成。

进一步的，所述第二步中，需要填装炸药的孔之间装药量按照掏槽孔>辅助孔>周边孔的原则一次完成装药作业。

本发明适用于上向掘进工序，一次凿岩，一次装药，钻孔沿井深方向分层，分层间与分层内微差起爆。垂直于天井初始自由面沿井筒延伸方向钻凿平行深孔，贯穿天井全高，根据天井高度及围岩条件划分起层数，从而完成符合设计要求的掘进工程的掘井工艺。

主要的爆破孔由掏槽孔、辅助孔、周边孔组成，并且在掏槽孔的中央钻凿孔径大于装药孔的中央空孔作为掏槽孔爆破初始补偿空间，根据现场凿岩机械确定满足要求的空孔参数。在中央空孔的分层交界处安置球状药包，球状药包置于木制楔形塞上，木制楔形塞中央钻凿通孔串于PVC管上合适位置并固定，引爆球状药包的雷管及导爆管均置于PVC管空腔内。在PVC管顶端固定导爆管端头，导爆管下方连接到雷管，借助重力作用及雷管下方的导爆管牵引作用将雷管固定到适当的起爆位置。井下作业空间较小，PVC管弹性较好可弯曲，在有限空间内可将球状药包及固定药包的楔形木塞送入中央空孔内并固定。

掏槽方式为直孔桶形掏槽，分层内掏槽孔起爆后球状药包紧跟起爆，当前分层内的掏槽爆渣在重力及球状药包爆力驱动下向下抛出。球状药包的爆破主要起抛渣作用，掏槽腔体内爆渣抛出为辅助孔爆破提供自由面及补偿空间，辅助孔起爆后周边孔最后起爆。当前分层起爆完成后相邻上分层按照同样次序起爆，直至最后分层起爆完成，至此完成天井掘进。

由上所述，本发明从掏槽岩体高效抛渣角度出发，提高天井一次成井掘进效率，改善爆破成井效果，可在地下金属矿山的天井高效掘进中进行推广应用工。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的炮孔平面分布示意图，具体表现炮孔之间的分布关系。

图2为实施例中的炮孔纵剖面示意图，具体表现炮孔内的装药结构。

图3为实施例中的药包结构示意图。

图中标号：

1-中央空孔，101-空腔，11-药包，12-楔形木塞，13-雷管，14-导爆管，15-保护管；

2-掏槽孔，21-装药段，22-炮泥，

3-辅助孔，

4-周边孔。

具体实施方式

实施例

参见图1和图2，图示中的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构为本发明的优选方案，具体包括在天井中心钻孔的中央空孔1、围绕中央空孔1设置的若干掏槽孔2以及围绕掏槽孔2布置的辅助孔3和周边孔4，其中掏槽孔2、辅助孔3和周边孔4为主要的爆破孔，中央空孔1为掏槽孔爆破初始提供补偿空间，并提高掏槽爆破的碎石抛掷性和增强对掏槽部位岩石夹持性的破岩能力。

将中央空孔1、掏槽孔2、辅助孔3和周边孔4均内沿井深方向分成相同的I、II、III层，并分别对每层进行分层装药。

具体的，中央空孔1的孔径要大于掏槽孔2的孔径，在中央空孔1孔内每层分层之间的位置固定设置药包11，药包1采用球状药包，如图3所示，药包11固定连接在楔形木塞12的底端，楔形木塞12可以通过工具向下塞入到中央空孔1的任意位置并保持固定，药包11通过楔形木塞12固定在中央空孔1内部分层之间的分界位置，相邻药包11之间的中央空孔1内部为仅有空气的空腔101，中央空孔1的三层在第Ⅰ和Ⅱ分层之间设置两组药包11，两组药包11通过雷管13和导爆管14串联起爆连接。

由于本实施例采用分层微差爆破的方式，为了保护孔内未爆的导爆管和雷管，本实施例在所有的楔形木塞12沿轴向设有通孔，通过该通孔贯穿连接PVC管制作的保护管15，所有药包11连接的楔形木塞12通过保护管15串联连接在一起，保护管15的长度应当保证将导爆管从中央空孔内引出，并在保护管15在中央空孔的顶端固定导爆管端头，将串联药包的导爆管14穿设在保护管15内，雷管13连接在导爆管14上，借助重力作用及雷管下方的导爆管牵引作用将雷管固定到适当的起爆位置，对应每个药包11的起爆位置。

掏槽孔2和辅助孔3内在I、II、III三个分层内分别连续填装炸药，形成三段单独的装药段21，相邻装药段21之间在分层分界的位置通过炮泥22隔开，周边孔4内则在每个分层内采用空气间隔装药结构，同时每个分层之间通过炮泥隔开。每个孔内的装药段21分别通过雷管和导爆管串联起爆连接。

掏槽孔2、辅助孔3和周边孔4的雷管和导爆管设置与现有的连续装药结构相同，本实施例在此不做赘述。

以下以直径3000mm，高10000mm的圆形断面天井一次成井施工为例，详细说明采用上述炮孔布置结构的爆破方法：

第一步、在天井爆破区域完成中央空孔1、掏槽孔2、辅助孔3和周边孔4的凿岩钻孔；

如图1所示，沿着井深方向将天井划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层，分层高度依次为3000mm、4000mm、3000mm。在天井顶部凿岩空间内采用凿岩台车钻凿下向平行深孔，中央空孔1设置在天井中心，掏槽孔2在以中央空孔1为圆心、半径为330mm的圆周轨迹上均匀设置4个，辅助孔3和周边孔沿掏槽孔外周以及天井的边缘布置若干，其中中央空孔1的孔径为115mm，其余的掏槽孔2、辅助孔3和周边孔4的孔径为75mm，凿岩工序一次完成；

第二步、对钻孔后的中央空孔1和掏槽孔2进行分层装药，将药包11固定到中央空孔1内部分层之间的位置，对掏槽孔2以及辅助孔3和周边孔4进行装药，并分别引出各个孔的导爆管；

其中，掏槽孔2、辅助孔3和周边孔4均采用2#岩石炸药，装药孔药量按照掏槽孔>辅助孔>周边孔的原则一次完成装药作业。中央空孔1内的球状药包11置于楔形木塞12上，楔形木塞12的中央钻凿空孔并串于保护管15上合适位置并固定，引爆球状药包的雷管13及导爆管14均置于保护管15的空腔内，根据分层高度确定相应区段内导爆管长度，使得起爆雷管13位于对应起爆的球状药包的中央位置，通过工具按照下层到上层的顺序将楔形木塞12连同药包11塞进中央空孔内部对应位置。

第三步、起爆网络敷设完成进行起爆，分别按照孔内微差起爆以及孔之间微差起爆的方式进行爆破，其中，孔内分层之间微差起爆的顺序为下分层→相邻上分层，孔之间微差起爆的顺序为掏槽孔2→中央空孔1→辅助孔3→周边孔4，所有孔同一分层起爆完成后，再按照孔之间的微差起爆顺序起爆对应孔的相邻上分层，直至爆破完成，即先完成I分层内的所有孔的微差起爆后，然后向上依次进行II分层和III分层的微差起爆。中央空孔1内的两组药包11分别在I分层和II分层的微差起爆顺序中进行，最上方的III分层微差爆破过程中，由于前两次爆破已经形成了一定的抛渣补偿空间，不需要中间空孔1内再设置药包进行起爆。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，其特征在于：包括在天井中心钻孔的中央空孔(1)和围绕中央空孔(1)设置的若干掏槽孔(2)；

所述中央空孔(1)和掏槽孔(2)内沿井深方向分层装药，其中，

所述中央空孔(1)内在分层之间的位置固定设置药包(11)，相邻药包(11)之间为空腔，所述药包(11)通过雷管和导爆管串联起爆连接；

所述掏槽孔(2)内在各个分层分别连续填装炸药，形成装药段(21)，相邻装药段(21)之间通过炮泥(22)隔开，所有装药段(21)通过雷管和导爆管串联起爆连接。

2.根据权利要求1所述的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，所述药包(11)固定连接在楔形木塞(12)一端，并通过楔形木塞(12)固定塞进中央空孔(1)内部。

3.根据权利要求2所述的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，所述楔形木塞(12)沿轴向设有通孔，并通过该通孔贯穿连接保护管(15)，所有药包(11)连接的楔形木塞(12)通过保护管(15)串联连接，中央空孔内布置的导爆管穿设在保护管(15)内，并在对应每个药包(11)的保护管内部位置固定设置起爆该药包的雷管。

4.根据权利要求3所述的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，所述药包(11)为球状药包。

5.根据权利要求4所述的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，所述保护管(15)采用PVC管。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，所述中央空孔(1)的孔径大于掏槽孔(2)。

7.根据权利要求6所述的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构，所述掏槽孔(2)的周边还布置有辅助孔(3)和周边孔(4)，所述辅助孔(3)采用与掏槽孔(2)相同的分层连续装药结构，所述周边孔(4)为分层空气间隔装药结构。

8.权利要求7中所述的防堵塞快速成井掏槽炮孔布置结构的爆破方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步、在天井爆破区域完成中央空孔(1)、掏槽孔(2)、辅助孔(3)和周边孔(4)的凿岩钻孔；

第二步、对钻孔后的中央空孔(1)和掏槽孔(2)进行分层装药，将药包(11)固定到中央空孔(1)内部分层之间的位置，对掏槽孔(2)以及辅助孔(3)和周边孔(4)进行装药，并分别引出各个爆破孔的导爆管；

第三步、起爆，包括孔内微差起爆以及孔之间微差起爆，其中，孔内分层之间微差起爆的顺序为下分层→相邻上分层，孔之间微差起爆的顺序为掏槽孔(2)→中央空孔(1)→辅助孔(3)→周边孔(4)，所有孔同一分层起爆完成后，再按照孔之间的微差起爆顺序起爆对应孔的相邻上分层，直至爆破完成。

9.根据权利要求8中所述的爆破方法，所述第二步中，需要填装炸药的孔之间装药量按照掏槽孔>辅助孔>周边孔的原则一次完成装药作业。