1、1矿建立井硬岩凿岩施工新技术摘 要：为了提高凿岩机的工作效率和硬岩地层的立井施工速度，解决立井凿岩工序中的噪音和高能耗等突出问题。对于硬岩地层立井井筒掘进施工，原来采用的钻爆施工措施，爆破效率不足 60%，后经过多次改进，选用液压伞钻钻孔和高威力炸药爆破，采取二阶混合掏槽方式，取得较好的经济效益。 关键词：硬岩 钻眼爆破 液压伞钻 高威力炸药 中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）08-0331-01 目前，矿山立井机械化快速施工破岩方式主要采用钻爆法施工，而造孔普遍采用以压缩空气为动力的伞型钻机，这种钻机一般有 59 台风动凿岩机同时作业，每次钻孔深
2、度 45 米，造孔速度较快、效率相对较高。但对于硬度大的岩石极不适应，主要是造孔时间长，易断钎杆、掉钻头、卡钻等现象。为此，在借鉴岩石平巷施工采用的液压凿岩台车的应用情况下，创新伞钻凿岩机具的办法：即采用电动液压伞钻代替风动伞钻，提高凿岩机的工作效率，提高硬岩地层的立井施工速度，并解决立井凿岩工序中的噪音和高能耗等突出问题。 一、程地质概况 国投新集一矿的井田位于凤台县城西 17 公里处，走向长 6.85 公里、宽 3.65 公里，面积 25 平方公里。矿井原设计生产能力为 90 万吨/年，2经过改扩建后，核定生产能力达到 400 万吨/年。新集一矿西副井是该矿改扩建的一个井筒，井筒全深 75
3、5 米，净直径 7.2 米，冻结深度 300 米，新生界松散层厚度 190.26 米；寒武系片麻岩深度 190442.6 米，厚度252.6 米；二迭系含煤地层深度 442.6810 米；其中寒武系片麻岩属于风化基岩，主要有角闪片麻岩和花岗片麻岩组成，但岩芯完整，RQD=70%80%，裂隙发育，以块状和柱状为主，岩石普氏硬度系数 f 最高可达 17，极其坚硬。 二、钻眼爆破施工方法 钻眼选用 YSJ4.8 型液压伞钻，它主要有液压凿岩机、推进系统、动臂、立柱、摆动架、支撑臂、液压水气系统、电气系统、调高器等九部分组成。根据液压伞钻所选配的 HYD200 液压凿岩机的性能，结合岩石完整性好、硬度
4、大的地层特点，钎杆选用波形螺纹连接的六方钎杆，型号为 B35，螺纹直径为 32 毫米，长度为 5.5 米；选用直径为 51 毫米和57 毫米的钻头。钻孔深度 5 米，每次爆破进尺为 3.84.0 米，爆破率达到 80%左右，B35 钎杆不仅可以满足使用要求，且不会象 B25 钎杆那样易于扭曲和折断。根据岩石的特性，在钻头的使用中根据岩石的变化，及时改变钻头规格型号可以很好地提高造孔速度、便于装药，提高爆破效率。 钎头从头部的合金分部形式主要分为一字型钎头、十字型钎头和球齿型钎头三类。一字型钎头由于价廉物美而应用广泛，十字型和球齿型钎头用于一些岩石特硬、岩石磨蚀性强等场所。 钎杆和钎头一般的选择
5、匹配原则为：大功率的凿岩机选用横断面积3大的钎杆，选用优质的单位面积抗冲击力强的钎杆，选用厚片、高片的硬质合金钎头或十字型钎头（增加硬质合金的体积，降低单位体积承受的冲击力） 。硬岩选择高强度的硬质合金减少碎片的可能性，磨石性强的岩石应选择抗磨性好的硬质合金。 炸药周边眼选用直径 35 毫米水胶炸药，其余炮孔选用直径 45 毫米水胶炸药。雷管选用非电导爆毫秒雷管，选用段发为MS1、MS3、MS5、MS10、MS15、MS20，均为 6.5 米长脚线。延长时间间隔分别为 50 毫秒、110 毫秒、380 毫秒、880 毫秒、2000 毫秒。联线方式为簇并联。 三、炮眼布置及施工要求 1.炮眼布置
6、 实践证明，对于硬岩地层立井钻眼爆破施工采用通常的施工方法，爆破效率很低，达不到 60%，严重制约了施工速度。根据硬岩坚固致密的特性，选用高威力水胶炸药，增加炸药的爆炸力，并在施工过程中逐步完善炮眼布置形式，使爆破效率稳定在 80%以上，最高达到 90%，取得较好的经济效益。炮眼布置参数见表 1。 炮孔布置为：辅助孔为两圈，均为直眼，孔位偏差不得大于 75 毫米，炮眼呈梅花型布置；周边眼开孔圈径 7.8 米，孔底圈径 8.0 米，这样便于支钻操作，有利于井筒成形。在施工过程中，为了确保井筒施工质量，每次钻孔前由测量人员根据井筒中心线画出井筒轮廓线，防止超挖和欠挖，降低掘进施工质量，造成不必要的
7、返工或支护材料浪费现象出现。 表 1 炮眼布置参数 4爆破预期效果，炮眼利用率 80%，每循环进尺 3.8 米，每循环爆破实体岩数量 190 立方米，每循环炸药消耗量 329.4 公斤，单位原岩炸药消耗量 1.73 公斤/立方米，每米井筒炸药消耗量 91.5 公斤/米，每循环炮眼长度 474.4 米，单位原岩炮眼消耗量 1.44 米/立方米，每米井筒炮眼消耗量 131.8 米/米，单位原岩雷管消耗量 0.3 个/立方米，每米井筒雷管消耗量 27.2 个/米。 2.钻孔要求 掏槽眼共两圈，内圈采用斜眼掏槽，孔口圈径 1.8 米，孔底圈径 1.4米。钻孔时四部钻交替施工，这样才能确保开孔圈径不大于
8、 1.8 米，扩槽孔采用直眼掏槽，当岩石软时可适当减少外圈掏槽眼的数量。在钻进掏槽眼时要确保各孔相互平行对称，孔位偏差不得超过 60 毫米。 3.装药要求 第一圈掏槽眼采用孔内微差爆破，在炮孔下部装 3 卷炸药，3 段雷管反向引爆，上封 400 毫米岩粉，再装 3 卷炸药、1 段雷管正向引爆。炮泥均采用岩粉加水封堵，周边孔仅封堵 400 毫米岩粉，这样可以减轻爆破对井壁的破坏。 四、效果评价 1.节能减排：电动液压系统所需的功率仅是气动钻机功率的 30%，且液压凿岩机不排除废气，没有废气夹杂的油污所造成对环境的污染，提高了工作面的能见度，降低噪音，改善操作环境。 2.凿岩效率高，速度快：经试验对比，在同类岩石和相同孔径的情况下，凿深孔用液压凿岩机比气动凿岩的凿岩速度提高两倍以上，凿岩5速度可达 0.81.5 米/分。 3.钻杆成本低：由于液压凿岩机的转速、压力等参数可调整，因此能在不同岩石条件下选择最优的凿岩参数，使得钻杆适应不同的岩层条件，减少钻杆损坏。又由于液压凿岩冲击应力波平缓，传递效率高，因此钻具和钎杆一般可节约 15%20%。 4.采用液压凿岩机施工可提高施工质量：由于液压凿岩机能保证钻孔深度和间距的精度，提高炮孔和井筒掘进的施工质量，减少材料浪费。作者简介：孟祥浩，1956 年 12 月生，安徽萧县人，本科，高级工程师，主要从事井巷施工技术及地下特殊工程施工研究。
