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深孔分段爆破成井技术

2013-10-22 责任编辑:朱亮亮

完成时间:19791980

工程地点:新疆托里县齐依球金矿区

完成单位:新疆地矿局第二区域地质调查大队(原第五地质大队)

项目主持人及参加人员:肖  纯、覃明智、刘志章、刁保进

撰稿人:肖 

 

1   概述

浅井工程是地质找矿工作的重要手段和技术方法,它能直接地揭示地质构造、弄清矿体赋存状况,能更准确地取得地质资料和成果,对提交成果和地质报告的质量起着重要作用。

新疆托里县齐依球金矿是一个大型矿床,1979年被列为新疆地矿局重点详查项目,要求三年完成。按地质设计书布置一批浅井工程,以弄清矿区浅部(15m以上部分)地质构造和矿体变化。该区干旱缺水,气候恶劣,岩石为凝灰质砂岩、含矿石英脉等,致密坚硬;对这类坚硬的岩石,手工作业和电动凿岩无能为力;内燃、风动凿岩,所排出废气和产生的粉尘及机器噪声,对作业人员身体健康有损害。在这种情况下,选择利用现有的取样钻机,对浅井钻孔,从地表一次把炮孔钻成,然后再逐段进行爆破成井。通过论证和申请,“深孔分段爆破成井”被批准立项,列为新疆地矿局重点科技攻关项目,由第五地质大队负责组织进行。

 

2   项目的主要内容

21爆破方案的选择

本项目是应用QJD系列取样钻机代替凿岩机或人工钻孔,在预定的浅井部位,把炮孔一次打到底,然后分段进行爆破成井。

22爆破的技术关键

钻孔与地面垂直且相互平行;合理的装药量;保证扩孔后孔径达到120150mm;正确的填塞和起爆顺序。

23技术的先进性与可行性

这项技术吸收了现代采矿技术的“深孔爆破一次成井新工艺”的深孔钻孔方法,全井炮孔一次性钻成,省时,省力,有利于安全。又考虑到小断面不利于深孔爆破,而在爆破技术上采用了“浅孔多循环”作业法,分段进行爆破,逐段成井。这种方法适应小断面(2m×2m以下)勘探浅井的特点。本着扬长避短,坚持先进性与现实性统一的原则,所采用的方法简易可行,设备轻便,机动灵活,劳动强度低,技术上先进。与其他现有的掘进方法相比较,具有更大的机动性、适应性、安全性。

 

3   钻孔与爆破成井技术设计

31地质条件

施工区地表为第四系洪积砂砾层,厚度在0515m之间,约为34级。矿层为褐铁矿化石英脉破碎带,厚薄不一,约为57级,含矿石英脉为89级;围岩为凝灰质砂岩、绿泥石化凝灰质砂岩等,致密坚硬,为79级。浅井就是布置在破碎带上穿入围岩,以弄清岩矿产状。

32钻孔

321浅井断面与炮孔位置

根据地质要求,浅井断面选为14m×11m

在断面的长轴中心线上,对称布置两个垂直钻孔,孔距为0607m(见图1),孔深为15m,即浅井的预定深度。

322钻孔工作

(1)钻孔工具:争光10-1型取样钻机。

(2)钻机安装要求:修平地基,钻架与地面要垂直,安装时用水平尺严格校正。

(3)开孔:用大一级的钻头或肋骨钻头开孔,钻完一管便可下孔口管,同时也把钻具下人孔内,再在孔口管四周堵塞黏土和石子,并且用钢钎尾砸实,用扳手转动钻具,使其不与孔口管碰撞为宜。

(4)钻进:对不同地层,选用不同的钻进方法。在地表砾石和土层中,使用肋骨合金钻头;在6级以下的岩层,如褐铁矿化破碎带,使用ф56mm和ф56mm的合金钻头钻进;在79级岩层,如凝灰质砂岩、褐铁矿化凝灰岩、绿泥石化凝灰质粉砂岩,主要使用表镶单管ф46mm金刚石钻头钻进。

33清孔、封孔与井口开挖

331  清孔

钻孔结束后,需立即将提水筒用绳拴挂放人孔内,将残存的冲洗液提出孔外,使钻孔大体干燥、干净。

332封孔

清孔后进行封孔。封孔方法是:

(1)填料:干燥黏土。

(2)方法:填料在下入孔内之前先用锤子砸碎(不要大块或石子),以防堵在钻孔中途。投填料时,可备一个漏斗(见图2),使其慢慢下落。如发生堵孔,可用绳子拴一根钢钎下人孔内,上下提动几下便可。投入填料直到接近孔口位置,不必砸实。封孔工序很重要,应力求不出现空段,否则会影响爆破效率。

333挖掘井口

地表12m以内,大都是第四系洪积砂砾层,或风化岩石,此段地层松软,可用人工在预定施工的部位挖掘成型,尽可能不放炮,这样可使井口壁避免因强烈的爆炸冲击波的直接破坏而坍塌,挖掘工作应到达稳定的岩层中,再进行爆破,在接近井口松软岩层的段落爆破,也要适当控制炸药量。

334掏孔

(1)工具:套筒、一字钢钎、尖头钢钎和掏勺。

(2)操作方法:先把工作面清理干净,找出钻孔位置,用尖头钢钎把孔口碎石撬松、捣碎,然后下人套筒把碎渣、黏土捞出。所掏炮孔的深度,按照每次爆破需要确定。所掏的孔段必须把泥浆刮干净。

34爆破设计

341爆破方案的确定

为了取得良好的爆破效果,在浅井施工中,使工作面获得两个以上的自由面,为爆硒成井创造条件。使两个炮孔中的一个起着掏槽孔的作用,另一个孔则起着破碎岩石作用或在同一个爆破阶段的上段爆破岩石,下段扩孔均可达到成井的目的。

342爆破参数

爆破参数见表1、表2

不同岩层的爆破参数也是不一样的。因此,表1是在较坚硬地层条件下的数据,其中也包含经验数据,但大体上是符合实际情况的。在施工浅井过程中,岩层情况也是在不断变化的,所以装药量也应视岩石条件的变化而做一定的调整。其装药结构见图3(略)

343爆破方法

(1)爆破材料与起爆方法:采用8号毫秒电雷管,2号岩石铵梯炸药,电起爆法。

(2)平行爆破法:两个炮孔同在一个阶段上,当1号炮孔爆破后,可以创造一个新的自由面,为2号炮孔破碎所剩下的岩石创造条件。下端炮孔的扩孔药包也随即爆炸,完成扩孔目的。然后2号炮孔爆炸,推齐工作面,其下端炮孔也完成扩孔。

(3)梯段爆破法:两个炮孔爆破时相差一个梯段,段高0607m,上段爆破岩石,下段扩孔,爆破后又创造一新的梯段。

有关提升、通风、支护等工序与地质素描、岩矿采样工作,介于爆破作业之间进行,成井工作即告完成。

 

4   成井效果

1980年从组织试验到生产应用所完成的浅井,井深138156m,断面14m×11m,炮孔布置、爆破方法的选择是合适的。在几组爆破方法中,以梯段爆破效果为最好,爆破效率可达100%,井壁成型良好,略呈椭圆形,有的爆破因岩石变化,装药量掌握不准,出现一些超、欠挖现象,主要在两种不同岩性结合部位发生,可利用风镐略加整修,即可成型。深孔分段爆破成井技术是成功的,并达到以下目的:

(1)在浅井施工中,实现了钻孔机械化,减轻了工人的体力劳动强度。由于在地表一次完成钻孔工作,避免了井下凿岩产生的粉尘给工人造成的危害,从而改善了井下的作业条件,有利于安全生产。

(2)在坚硬岩层中,采用了金刚石钻进技术,比合金钻进时效提高了34倍,提高了钻进速度。

(3)开孔和终孔的孔距偏差小,孔深15m时,上下孔距差为5cm(斜率为033),达到了预期要求。

(4)在爆破技术上,突破了习惯使用的小孔密集排列,而采用大直径、梯段爆破和平行爆破法,使扩孔和爆破同时进行,节约了重复进行爆破的时间,并以最少数量的炮孔达到了成井的目的。

(5)利用取样钻机作为钻孔工具,比采用风动或电钻钻孔要经济、实用、简便,无需压风、发电及柴油机等重型辅助设备,适于流动性较大的普查找矿工作使用,并且扩大了取样钻机的使用范围。

总之,深孔分段爆破成井技术,在国内外是一项先进的成井工艺,这项技术在地质勘探小断面浅井工程中应用,尚属首次,它的应用成功,突破了以往浅井单一采用的“凿岩爆破法”,使小断面浅井(竖井)工程增添了一种具有特色的新技术方法。

 

5   项目的经济效益和社会效益

51经济效益

深孔分段爆破成井,不仅是工艺技术的改革,同时有很大的经济效益。在掘进循环作业中,钻孔时间比例较普通法有较大降低,在托里金矿区68级岩石中,单位进尺钻孔时间比风钻要减少27%,比手工作业要减少72%。采取机械提升,深孔爆破作业工效为036m(工·班),同样条件下风钻作业工效为019m(工·班),手工作业工效低于005m(工·班),单位成本,深孔爆破成井为92元/m。风钻凿岩为2117元/m,手工钻孔为194元/m(不得超过7级岩石)

52社会效益

由于在地表一次性把炮孔钻到预定井深,每次爆破之前,工人只需下井清理炮孔堵塞物,而不需要在井下钻孔。因此,从根本上改善了施工的劳动条件,防止了井下钻孔时的粉尘和噪声对人体的危害,保护了工人的身体健康。

 

6   项目推广应用

这项技术主要应用于地质普查或勘探小断面浅井施工,也可用于其他部门同类小型工程的施工。

在新疆地矿局五大队于1980年进行试验应用后,六大队于1982年进行了推广,三大队从1983年起在所有浅井工程中推广应用,都大幅度提高了生产效率,充分发挥了取样钻机的作用。

摘自《中国典型爆破工程与技术》