[00142301]松动爆破技术在特厚坚硬黄土层立井施工中的应用与创新

1、任务来源与背景： 该项目属自选课题。邵寨井田位于甘肃省灵台县,地处陇东黄土高原南部,属黄土丘陵塬区,区内沟壑纵横,海拔最高约1300 m,最低920 m,相对高差约300 m。塬面两侧沟谷切割较深,基岩多出露在沟谷之中,其余大面积为第四系风成黄土覆盖,井田面积约22.51 km2。回风立井井口中心坐标x=3874925.000,y=36484421.000,z=+1292.500 m,井筒设计深度864.5m,其中表土段294m,基岩段570.5m,净直径Φ6.0m。表土段井壁为双层钢筋混凝土、素混凝土、锚网喷+钢筋混凝土井壁,采用普通法施工。 2、技术原理及性能指标： 技术原理为：通过对黄土层立井掘砌变形扰动研究,确定出井壁支护厚度及合理的掘砌段高;利用伞钻配新型螺旋钻杆干式打眼,实现坚硬黄土层打深孔且成孔质量高的要求;采用深孔松动爆破技术,由黄土层特性及爆破特性确定出松动爆破参数,保证坚硬黄土层爆破掘进进尺及施工安全、井筒成型质量、井壁围岩人为扰动小;-100 ～-294 m坚硬黄土层段,利用伞钻配新型螺旋钻杆干式打眼及深孔松动爆破、小型防爆挖掘机配合修帮,3.8m段高单缝液压伸缩式下行金属模板,底缷式吊桶下料及方位浇筑技术,混凝土掺入BR-5型增强防水剂,短段掘砌单行作业施工工艺,保证混凝土浇筑的连续性和井壁质量、接茬质量。 性能指标为：研究特厚坚硬黄土层立井快速施工中的井壁支护厚度及掘砌段高,钻爆技术,通过该技术的实施,解决黄土层湿陷性、弱膨胀性质、遇水易引起黄土层胶接结构破坏产生较大的塑性变形难题,达到特厚坚硬黄土层立井掘砌快速、安全施工。 （1）采用该技术,实现了第四系294m特厚黄土层、黄土层厚度占井筒深度34%、深度864.5m的立井井筒快速施工。 （2）黄土层表土段井壁分别为双层钢筋混凝土、素混凝土、锚网喷+钢筋混凝土井壁,壁厚为500mm/600mm/700mm/800mm,井壁砼强度等级为C40/ C50/ C60/ C65,掘砌段高3.8 m。 （3）0～-100m段采用小型防爆挖掘机挖掘、抓岩机辅助装土、短段掘砌单行作业;-100m～-294m段采用伞钻配新型螺旋钻杆干式打眼、坚硬黄土层深孔松动爆破掘进、3.8m短段掘砌单行作业方式的施工工艺。 （4）伞钻配新型螺旋钻杆干式打眼施工,螺旋钻杆材料为42MnMo7实心钻杆,接头材料为40Cr,钻头为两翼金刚石复合片钻头,直径为56 mm,外径为50 mm,螺距为30 mm,中心杆直径为34 mm,其充填率达到0.37。 （5）坚硬黄土层深孔松动爆破施工,采用复式直眼掏槽方式,布置五圈炮眼进行深孔松动爆破。第一圈为8个掏槽眼,眼深2200mm,掏槽 3、技术的创造性和先进性： 在甘肃省、乃至西北地区,首次成功在294m厚的黄土层中安全掘砌深度864.5m的立井井筒,且294m厚的黄土变形破坏机理差异大;新型黄土层干式打眼螺旋钻杆对特厚坚硬黄土层特殊地质条件下的立井钻爆掘进打眼施工具有很强的针对性和创新性,实现了在黄土层中快速高效打深眼的目的;采用的深孔松动爆破技术使井筒成型质量高、井壁围岩人为扰动小。完成的施工技术创新在我国处于先进水平,这一施工速度和效益居我国目前的领先水平。 采用机械化配套设备以及先进的短段掘砌单行作业方式,带来了很好的经济、社会效益。该项技术可以为同地区其他矿井提供参考,具有重大的指导和借鉴意义。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性： 目前,我国特厚坚硬黄土层立井施工技术研究很少,坚硬黄土层立井掘砌施工中的爆破参数的设计以及黄土层打眼技术的研究都很有限,国内外类似的复杂工程先例极少,大部分矿区遇到厚松散层或特厚黄土层时大多采用冻结法和注浆法施工,特厚黄土层立井掘砌施工安全生产面临诸多技术难题。 针对特厚坚硬黄土层复杂地层条件下,采用的伞钻配新型坚硬黄土层干式打眼螺旋钻杆打眼技术及深孔松动爆破掘进技术,丰富了我国和世界的黄土层条件下的立井掘砌施工的技术经验,促进了黄土层立井掘砌施工技术的进步和发展,为大面积黄土层覆盖地区的立井和斜井井筒掘砌施工提供了可靠的理论依据。 随着“控制东部、稳定中部、发展西部”思路的实施,西部地区的煤矿建井工程增多,工程实践中遇到的特厚黄土层立井施工也会增多。 5、应用情况及存在的问题： 在邵寨煤矿回风立井掘砌施工中,虽然取得了一定的施工技术研究成果,但还有许多的问题有待进一步进行深入研究。 首先,特制螺旋钻的钻速和扭矩没有详细的计算依据和结果,这对打眼工作有着直接的影响,需要加强研究。其次,国外矿山当前正在研究推广应用数字爆破技术,该技术的应用无疑将使立井掘进爆破走向数字化和精确化,数字爆破技术是本质安全的,将从根本上提高井筒施工爆破的安全性和爆破效果。在复杂地层条件下的特厚坚硬黄土层立井掘砌施工技术创新方面,这应该是需要强加研究的重要方面。