CN112197657B - 一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，该施工方法包括如下步骤：步骤S1，立井采用冻结法施工；根据立井掘进直径的设计范围，从内向外开凿两圈掏槽孔、四圈辅助孔以及一圈周边孔；四圈辅助孔从内向外依次为辅助孔三、辅助孔四、辅助孔五与辅助孔六，一圈周边孔为周边孔七；步骤S2，钻进成孔后，使用高压风枪进行清孔；步骤S3，在掏槽孔、辅助孔与周边孔中均从孔底至孔口依次填充聚能管和黄土炮泥，聚能管内设置有药卷，黄土炮泥中填充有水炮泥，聚能管的外周面上沿轴向开设有切缝，切缝的长度小于聚能管的轴向长度，切缝远离聚能管的轴向两端部；步骤S4，从内向外依次起爆掏槽孔、辅助孔、周边孔。

Description

一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法

技术领域

本发明属于冻土爆破技术领域，具体涉及一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法。

背景技术

随着立井冻结法广泛使用，对冻土爆破技术提出了更为严格的要求。由于冻结钻爆法具有灵活简便、耗损少、对地下复杂工况适应性强得多特点，在实际工程中取得了较好的效果，因此冻土爆破技术是当下研究的重点。

以赵固二矿西风井为例，赵固二矿西风井冲积层厚度为704.6m，其中黏土层表土厚度达到620m，工作面下方土体围压较大且冻结密实，井筒开挖荒径10m，掘进断面78.5m²，设置一圈掏槽孔、三圈辅助孔、一圈周边孔，共布置145个孔，爆破后炮孔利用率为67％，每循环进尺1.9m；也即现有的施工方法炮孔利用率低，循环进尺小，而由于每次爆破掘进深度较小，就需要增加爆破次数，这也就使得立井施工的工期较长，增加了施工成本。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，以至少解决目前冻土爆破施工方法的施工工期较长等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，该冻土爆破施工方法包括如下步骤：

步骤S1，立井采用冻结法施工；根据立井掘进直径的设计范围，从内向外开凿两圈掏槽孔、四圈辅助孔以及一圈周边孔；两圈掏槽孔从内向外依次为一级掏槽孔与二级掏槽孔，四圈辅助孔从内向外依次为辅助孔三、辅助孔四、辅助孔五与辅助孔六，一圈周边孔为周边孔七；

步骤S2，钻进成孔后，使用高压风枪进行清孔；

步骤S3，在掏槽孔、辅助孔与周边孔中均从孔底至孔口依次填充聚能管和黄土炮泥，所述聚能管内设置有药卷，所述黄土炮泥中填充有水炮泥，所述聚能管的外周面上沿轴向开设有切缝，所述切缝的长度小于所述聚能管的轴向长度，所述切缝远离所述聚能管的轴向两端部；

步骤S4，从内向外依次起爆掏槽孔、辅助孔、周边孔。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，所述步骤S1中，所述立井的掘进荒径为10m；

一级掏槽孔、二级掏槽孔、辅助孔三与辅助孔四之间的任意相邻两圈的圈距范围为0.5-0.65m，在一级掏槽孔、二级掏槽孔、辅助孔三与辅助孔四中任意相邻的两个孔的孔距范围均为0.6-0.75m；

辅助孔四与辅助孔五之间的圈距范围为0.8-1.0m，辅助孔五中任意相邻的两个孔的孔距范围为0.95-1.05m；

辅助孔五、辅助孔六与周边孔七之间的任意相邻两圈的圈距范围为0.6-0.65m，辅助孔五、辅助孔六与周边孔七中任意相邻的两个孔的孔距范围均为0.75-0.86m。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，所述掏槽孔、辅助孔与周边孔均为炮孔，炮孔密集系数的范围是1.5-2.5。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，在所述步骤S1中，在最内圈的所述一级掏槽孔的内部设置有一圈中空孔；

优选地，多个所述中空孔均布在直径为1m的圆周上。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，所述中空孔、掏槽孔、辅助孔与周边孔的孔深范围为3.0-3.2m；所述中空孔与一级掏槽孔的孔深大于所述辅助孔与周边孔的孔深。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，所述中空孔、掏槽孔与靠近所述掏槽孔的一圈辅助孔采用垂直平行布孔，辅助孔四、辅助孔五、辅助孔六的孔底向外倾斜设置，辅助孔四、辅助孔五、辅助孔六的孔深的轴向与水平方向形成的夹角为c，夹角c的角度范围为91°-95°。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，所述中空孔、掏槽孔与辅助孔的钻孔直径范围为0.035-0.05m；

优选地，钻孔直径为0.045m；

再优选地，所述周边孔采用锚杆钻机钻设，钻孔直径为0.055m。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，在所述步骤S4中，所述掏槽孔、辅助孔与周边孔均通过毫秒延期电雷管引爆，各孔所连接的毫秒延期电雷管均通过串并联方式起爆。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，一级掏槽孔与二级掏槽孔的毫秒延期电雷管的段别为1段；

辅助孔三与辅助孔四的毫秒延期电雷管的段别为3段；

辅助孔五与辅助孔六的毫秒延期电雷管的段别为4段；

所述周边孔七的毫秒延期电雷管的段别为5段。

如上所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，作为优选方案，所述聚能管的材质是PVC。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

该深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，井帮温度保持在-10℃左右，冻土具有一定的塑性；在掏槽孔、辅助孔与周边孔这些炮孔中设置具有切缝的聚能管，该聚能管为PVC管，由于切缝处是聚能管较为薄弱的位置，在爆破时，聚能管的切缝处最先发生破裂，这也就实现了聚能管的定向断裂，从而实现炮孔的定向爆破；采用定向爆破的方式，能够有效控制炮孔爆破(包括掏槽孔、辅助孔与周边孔)对立井周围冻土的扰动损伤，实现立井的精准爆破而不影响周围冻土。采用具有切缝的聚能管定向断裂的爆破方式，可以保证每一圈炮孔的利用率，确保立井循环进尺，大大提高立井爆破掘进施工速度，实现快速爆破。

设置两级掏槽孔，不仅起到增加自由面的作用，还能够增大掏槽体积，为后续炮孔爆破提供了有效的碎胀空间。

该施工方法的7圈炮孔之中，相邻两圈炮孔之间的圈距较小，同时设置每圈炮孔上相邻两个炮孔较大的孔距，实现大孔距小圈距的设置，尽可能的减小炮孔数量，提高爆破效率，加快爆破进度，实现良好的爆破效果。

本施工方法中大孔距小圈距的炮孔设置方式，增加炮孔的圈数，同时增大每一圈炮孔上的孔距，使得炮孔的布置更加合理，使炮孔密集系数在1.5-2.5之间，相比于常规0.8-1.0的炮孔密集系数，本施工方法中的炮孔在径向上的排布更加密集，使得冻土在立井径向上被完全炸透达到更好的爆破效果，提升了炮孔利用率，保证循环进尺，实现深厚冲积层大直径立井的快速爆破。

附图说明

图1为本发明实施例中掏槽孔、辅助孔与周边孔的布置图；

图2为附图1中A-A向的剖面图。

图中：1、一级掏槽孔；2、二级掏槽孔；3、辅助孔三；4、辅助孔四；5、辅助孔五；6、辅助孔六；7、周边孔七；8、中空孔；a、圈距；b、孔距；c、夹角；L、孔深。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

根据本发明的具体实施例，如图1-2所示，本发明提供一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，本发明中的深厚冲积层的厚度不小于400m，立井的开挖荒径范围为8-10m(开挖荒径可为8m、8.4m、8.5m、9m、9.4m、9.5m、9.9m、10m等)，立井爆破效果对于工期、爆后成型、模板支护以及其他施工工艺都有较大影响。基于光面爆破的基本原理，通过优化炮孔布置、装药参数、起爆方式等方法，达到最佳的爆破效果；对立井井壁的振动要在合理区间内，减少对井壁的损伤；爆破后块度大小适宜，便于铲装和运输。结合立井自身特点，采用依次起爆掏槽孔→辅助孔→周边光爆孔(即周边孔)的爆破方案。

该冻土爆破施工方法具体包括如下步骤：

步骤S1，立井采用冻结法施工，冻土温度在-10～-15℃之间(可选-10℃、-11℃、-12℃、-13℃、-14℃、-15℃)，从而保证冻土不会被完全冻实，使得冻土具有一定的塑性；根据立井的设计范围，从内向外开凿2圈掏槽孔、4圈辅助孔以及1圈周边孔；2圈掏槽孔从内向外依次为一级掏槽孔1与二级掏槽孔2，4圈辅助孔从内向外依次为辅助孔三3、辅助孔四4、辅助孔五5与辅助孔六6，1圈周边孔为周边孔七7。两级掏槽孔的设置，不仅起到增加自由面的作用，还能够增大掏槽体积，为后续炮孔爆破提供了有效的碎胀空间。

一级掏槽孔1内设置一圈中空孔8，中空孔8所在的圆周直径为1m，中空孔8设有四个，四个中空孔8均布在直径1m的圆周上；在一级掏槽孔1的内部预先设置中空孔8，从而为掏槽孔的爆破提供碎胀空间，使得掏槽孔爆破具有较好的效果。

一级掏槽孔1、二级掏槽孔2、辅助孔三3、辅助孔四4、辅助孔五5、辅助孔六6以及周边孔七7均为炮孔，7圈炮孔采用大孔距小圈距的布置方式，炮孔密集系数的范围在1.5-2.5(可选取1.5、1.6、1.7、2.0、2.3、2.4、2.5等)之间，相比于常规0.8-1.0的炮孔密集系数，本申请中采用了大孔距小圈距设置方式，炮孔在径向上的排布更加密集，使得冻土在立井径向上能够完全被炸透达到更好的爆破效果，从而提升炮孔利用率，保证循环进尺。炮孔密集系数为孔距与最小抵抗线之比。

炮孔的大孔距小圈距的具体设置数据如下：

一级掏槽孔1、二级掏槽孔2、辅助孔三3与辅助孔四4之间的任意相邻两圈的圈距a范围为0.5-0.65m(可选0.5m、0.6m、0.62m、0.65m等)，一级掏槽孔1、二级掏槽孔2、辅助孔三3与辅助孔四4中任意相邻的两个孔的孔距b范围为0.6-0.75m(可选0.6m、0.62m、0.65m、0.68m、0.7m、0.73m、0.75m等)；

辅助孔四4与辅助孔五5之间的圈距a范围为0.8-1.0m(可选0.8m、0.9m、0.95m、1.0m等)，辅助孔五5种任意相邻的两个孔的孔距b范围为0.95-1.05m(可选0.95m、0.96m、1.0m、1.05m等)；

辅助孔五5、辅助孔六6与周边孔七7之间的任意相邻两圈的圈距a范围为0.6-0.65m(可选0.6m、0.62m、0.65m等)，辅助孔五5、辅助孔六6与周边孔中任意相邻的两个孔的孔距b范围为0.75-0.86(可选0.75m、0.8m、0.85m、0.86m等)。

一级掏槽孔1、二级掏槽孔2、辅助孔三3、辅助孔四4、辅助孔五5、辅助孔六6以及周边孔七7的孔深L范围为3.0-3.2m(可选3.0m、3.1m、3.2m等)；中间孔与一级掏槽孔1的孔深L大于其余炮孔的孔深L。一级掏槽孔1、二级掏槽孔2、辅助孔三3以及周边孔七7采用垂直孔，也即其炮孔垂直于水平面；辅助孔四4、辅助孔五5、辅助孔六6的孔底向外倾斜设置，辅助孔四、辅助孔五、辅助孔六的孔深的轴向与水平方向形成的夹角为c，夹角c的角度范围为91°-95°(可选91°、92°、93°、94°、95°等)。中空孔8、掏槽孔与辅助孔的钻孔直径范围为0.035-0.05m(可选0.035m、0.045m、0.055m等)；优选地，钻孔直径为0.045m；周边孔采用锚杆钻机钻设，钻孔直径为0.055m。

其中：中空孔、一二级掏槽孔和辅助孔三、四采用垂直平行布孔，避免在爆破中心炸药能量释放不均；辅助孔五、六、七孔底向外倾斜，充分利于炸药能量，使爆破后冻土土块均匀无大块。冻土具有低强度、易融化、易冻胀等特点，钻具在冻土钻孔中需要保持较好的排渣能力。设计采用前期的伞钻配合锚杆钻机，实现快速钻孔，且钻头耐磨，耐热性能好，麻花钻杆排粉效果好，消除了冻土中钻孔卡钻难题。

步骤S2，钻进成孔后，使用高压风枪进行清孔。

步骤S3，在掏槽孔、辅助孔与周边孔中均从孔底向孔口依次填充聚能管和黄土炮泥，聚能管内设置有药卷黄土炮泥中填充有水炮泥，聚能切缝管的外周面上沿轴向开设有切缝，也即聚能管为装有炸药的聚能切缝管，切缝的长度小于聚能管的轴向长度，切缝远离聚能切缝管的轴向两端；该聚能切缝管的材质是PVC(即聚氯乙烯)。在聚能切缝管内放置有药卷。聚能切缝管上对称的开设有两条切缝，两条切缝与聚能切缝管的轴线处于同一个平面内；聚能切缝管放入到炮孔中，所有炮孔中聚能切缝管的切缝连接起来，尽量处于每圈炮孔的圆周上，也即聚能切缝管的切缝与轴线所处的平面垂直于炮孔与所在圆周的圆心之间的连线。

在炮孔中设置聚能切缝管进行定向爆破时，需要在炮孔中预留轴向空间与径向空间，便于爆生气体的作用得以发挥。炮孔采用反向连续装药结构，为提高炸药利用率，确保爆破效果，炮孔用炮泥封实，填塞长度不小于1m，防止冲孔。

炮孔中设置具有聚能切缝管，由于切缝处是管较为薄弱的位置，在爆破时，聚能切缝管的切缝处最先发生破裂，这也就实现了聚能切缝管的定向断裂，从而实现炮孔的定向爆破；采用定向爆破的方式，能够有效控制炮孔爆破(包括掏槽孔、辅助孔与周边孔)对立井周围冻土的扰动损伤，实现立井的精准爆破而不影响周围冻土。由于冻土存在一定的塑性，采用切缝管定向断裂的爆破方式，可以保证每一圈炮孔爆破效率，确保立井循环进尺，大大提高立井爆破掘进施工速度，实现快速爆破。

步骤S4，从内向外依次起爆掏槽孔、辅助孔、周边孔。掏槽孔、辅助孔与周边孔均通过毫秒延期电雷管引爆，各孔所连接的毫秒延期电雷管均通过孔外串并联方式起爆。一级掏槽孔1与二级掏槽孔2的毫秒延期电雷管的段别为1段；辅助孔三3与辅助孔四4的毫秒延期电雷管的段别为3段；辅助孔五5与辅助孔六6的毫秒延期电雷管的段别为4段；周边孔七7的毫秒延期电雷管的段别为5段。

炸药的冲击速率越大，冻土破碎越容易，但消耗的能量也越大。爆炸后，炮孔残余量少，可持续施工。炸药利用率高，减少爆破次数，爆后岩石块度大小适宜，方便清理与出渣。立井采用冻结法施工，冻土温度在-10℃以下，因此炸药选用具有抗低温、耐水性特点的T220-nd抗冻水胶炸药(-25℃)，药卷规格：Φ35mm×300mm×0.35kg。孔内采用煤矿许用毫秒延期电雷管起爆，实际使用过程中，存在1、2段雷管跳段叠加现象，故取消2段电雷管；《煤矿安全规程》规定最后一段的延期时间不得超过130ms，故雷管段别最终选定为1、3、4、5段。

经过本发明实施例的施工设计，将炮孔布置为7圈。毫秒延期电雷管段别：一二级掏槽孔采用1段，辅助孔三和辅助孔四采用3段，辅助孔五和六采用4段，周边孔七采用5段。总装药量为250～260kg(可根据实际情况选取250kg、251kg、255kg、256.9kg、258kg、260kg等)，炮孔中炸药的使用量与冻土的强度有关，冻土的强度与冻结温度有关，冻结温度越低，冻土强度越高。装药总炮孔为150～190个(可根据实际情况选取151、155、160、170、184、190等)，爆破效果较好。二级掏槽孔不仅起到增加自由面的作用，还增大了掏槽体积，为后续炮孔爆破有效提供了碎胀空间。采用本施工方法，能够实现炮孔利用率在90％以上，确保立井掘进的循环进尺。

实施例2

上述实施例1中的冻土爆破施工方法中的爆破参数是一个大致的范围，可根据施工中的实际情况进行选取。本实施例2以开挖荒径9.4m的立井、冻土温度保持在-10℃为例，设计一组爆破效果较优的爆破参数，优化的爆破参数能够取得更好的爆破效果，保证循环进尺，实现立井的快速爆破。一级掏槽孔1与二级掏槽孔2的单孔装炸药量为1.4kg；辅助孔三3的单孔装炸药量为1.75kg；辅助孔四4与辅助孔六6的单孔装炸药量为2.1kg；辅助孔五5的单孔装炸药量为2.8kg；周边孔七7的单孔装炸药量为0.7kg。采用本发明的装药量，提高炸药单耗，单位炸药消耗量为1.3kg/m³；具体爆破参数如下表1所示：

表1炮孔的具体设置数据(爆破参数)

综上，本发明提供的一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法的技术方案中，井帮温度保持在-10℃左右，冻土具有一定的塑性，同时采用聚能切缝管定向断裂的爆破方式，可以保证每一圈炮孔爆破效率，确保立井循环进尺，大大提高立井爆破掘进施工速度，实现快速爆破。

本施工方法中小圈距大孔距的设置，实现了炮孔密集系数在1.5-2.5之间，相比于常规0.8-1.0的炮孔密集系数，本施工方法中的炮孔在径向上的排布更加密集，使得冻土在立井径向上被完全炸透达到更好的爆破效果，提升了炮孔利用率，保证循环进尺，实现深厚冲积层大直径立井的快速爆破。

采用本发明的爆破方案，冻土爆破后的爆堆集中、块度均匀，便于铲装，提高了装渣效率。同时，减少了超欠挖，断面轮廓符合设计要求度高，有效改善了爆破效果，提高了生产效率，节约了成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，其特征在于：该冻土爆破施工方法包括如下步骤：

步骤S1，立井采用冻结法施工；根据立井掘进直径的设计范围，从内向外开凿两圈掏槽孔、四圈辅助孔以及一圈周边孔；两圈掏槽孔从内向外依次为一级掏槽孔与二级掏槽孔，四圈辅助孔从内向外依次为辅助孔三、辅助孔四、辅助孔五与辅助孔六，一圈周边孔为周边孔七；

步骤S2，钻进成孔后，使用高压风枪进行清孔；

步骤S3，在掏槽孔、辅助孔与周边孔中均从孔底至孔口依次填充聚能管和黄土炮泥，所述聚能管内设置有药卷，所述聚能管的外周面上沿轴向开设有切缝，所述切缝的长度小于所述聚能管的轴向长度，所述切缝远离所述聚能管的轴向两端部；

步骤S4，从内向外依次起爆掏槽孔、辅助孔、周边孔；

所述掏槽孔、辅助孔与周边孔均为炮孔，炮孔密集系数的范围是2.3-2.5；

所述炮孔采用大孔距小圈距的设置方式；

所述步骤S1中，所述立井的掘进荒径的范围为9.5-10m；

一级掏槽孔、二级掏槽孔、辅助孔三与辅助孔四之间的任意相邻两圈的圈距范围为0.5-0.6m，在一级掏槽孔、二级掏槽孔、辅助孔三与辅助孔四中任意相邻的两个孔的孔距范围均为0.7-0.75m；

辅助孔四与辅助孔五之间的圈距范围为0.8-1.0m，辅助孔五中任意相邻的两个孔的孔距范围为0.95-1.05m；

辅助孔五、辅助孔六与周边孔七之间的任意相邻两圈的圈距为0.62m，辅助孔五、辅助孔六与周边孔七中任意相邻的两个孔的孔距均为0.86m；

在所述步骤S1中，在最内圈的所述一级掏槽孔的内部设置有一圈中空孔；

多个所述中空孔均布在直径为1m的圆周上；

所述中空孔、掏槽孔与辅助孔的钻孔直径范围为0.035-0.05m；

所述周边孔采用锚杆钻机钻设，钻孔直径为0.055m；

所述一级掏槽孔有8个，总装药量为11.2kg；

所述二级掏槽孔有14个，总装药量为19.6kg；

所述辅助孔三有18个，总装药量为31.5kg；

所述辅助孔四有22个，总装药量为46.2kg；

所述辅助孔五有21个，总装药量为58.8kg；

所述辅助孔六有30个，总装药量为63kg；

所述周边孔有38个，总装药量为26.6kg；

聚能切缝管上对称的开设有两条切缝，两条切缝与聚能切缝管的轴线处于同一个平面内；聚能切缝管放入到炮孔中，所有炮孔中聚能切缝管的切缝连接起来，处于每圈炮孔的圆周上，聚能切缝管的切缝与轴线所处的平面垂直于炮孔与所在圆周的圆心之间的连线。

2.根据权利要求1所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，其特征在于，所述中空孔、掏槽孔、辅助孔与周边孔的孔深范围为3.0-3.2m；所述中空孔与一级掏槽孔的孔深大于所述辅助孔与周边孔的孔深。

3.根据权利要求1所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，其特征在于，所述中空孔、掏槽孔与靠近所述掏槽孔的一圈辅助孔采用垂直平行布孔，辅助孔四、辅助孔五、辅助孔六的孔底向外倾斜设置，辅助孔四、辅助孔五、辅助孔六的孔深的轴向与水平方向形成的夹角为c，夹角c的角度范围为91°-95°。

4.根据权利要求1所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述掏槽孔、辅助孔与周边孔均通过毫秒延期电雷管引爆，各孔所连接的毫秒延期电雷管均通过串并联方式起爆。

5.根据权利要求4所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，其特征在于，一级掏槽孔与二级掏槽孔的毫秒延期电雷管的段别为1段；

辅助孔三与辅助孔四的毫秒延期电雷管的段别为3段；

辅助孔五与辅助孔六的毫秒延期电雷管的段别为4段；

所述周边孔七的毫秒延期电雷管的段别为5段。

6.根据权利要求1-5任一所述的深厚冲积层大直径立井冻土爆破施工方法，其特征在于，所述聚能管的材质是PVC。

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