第六章 立井井筒基岩施工立井井筒基岩施工是指在表土层或风化岩层以下的井筒施工，根据井筒所穿过的岩层的性质，目前主要以采用钻眼爆破法施工为主。根据井筒掘砌作业方式的不同，井筒钻眼爆破法的主要施工工序包括钻眼爆破、抓岩提升、卸矸排矸和砌壁支护等。近几年来，我国立井井筒基岩施工机械化水平有了很大的提高。以深孔光爆、设备大型化、支护机械化和注浆堵水打干井为主要内容的凿井技术有了长足的发展。使我国立井井筒施工出现了一个崭新的面貌，为加快建井速度，改善劳动条件，提高工效提供了可靠的物质基础和技术保证。第一节 钻眼爆破在立井基岩掘进中，钻眼爆破工作是一项主要工序，约占整个掘进循环时间的2030。钻眼爆破的效果直接影响其它工序及井筒施工速度、工程成本，必须予以足够的重视。为提高爆破效果，应根据岩层的具体条件，正确选择钻眼设备和爆破器材，合理确定爆破参数，以及采用先进的操作技术。一、钻眼工作在整个钻眼爆破工作中，钻眼所占的工时最长。加快钻眼速度、加大眼深、提高眼孔质量，以及提高钻眼的机械化程度为其主要发展方向。为适应立井施工的要求，凿岩机应具有钻速高、扭矩大、适应性强和运转可靠的特点。(一)钻眼机具的选择1.凿岩机20世纪50年代初，我国研制了YT30型凿岩机，是当时立井掘进的主要机具。60年代末，我国先后引进了日本古河厂的322D型、日本东洋厂的TY76LD型、瑞典阿特拉斯的BBD-90型、芬兰塔母佩勒厂的K-90型等风动凿岩机。70年代初，我国又研制成功中频的YT-23（7655）型、YT-24型、高频的YTP-26型等新型凿岩机，取代了YT30型。并和研制成功的环形钻架配套，使立井钻眼深度达到22.5m。70年代末，外回转重型凿岩机如YGZ-70型，已成为我国伞型钻架的主要配套机型。使立井的钻眼深度可达到34m。到80年代末已在我国的主要矿区的立井施工中广泛使用并取得了较好的经济效益。液压凿岩机的出现，显示了它独特的优越性能。我国在吸取了国外先进经验的基础上，已由湘江风动工具厂研制成功了YYG-90型液压凿岩机，为我国的立井掘进钻孔提供了较先进的设备。立井基岩施工采用手持式凿岩机，由于装备简单，易于操作，目前仍被广泛采用，在软岩和中硬岩中，用它钻凿眼径为3946mm，眼深为2m左右的炮眼效果较好，如加大加深眼孔，钻速将显著降低。为缩短每循环的钻眼时间，可增加凿岩机同时作用台数，一般工作面每24m2布置一台。手持式凿岩机打眼速度慢（每台约34m/h），劳动强度大，眼孔质量较难掌握，特别在硬岩中大深眼更为困难，故它只适用于断面较小，岩石不很坚硬的浅眼施工，难以满足深孔爆破和快速施工的需要。2.伞形钻架伞形钻架是由钻架和重型高频凿岩机组成的风液联动导轨式凿岩机具。由于它具有结构紧凑、机动灵活、钻眼速度快的优点，目前已成为我国立井中深孔爆破的主要钻眼设备。引进的有日本的古河四臂、六臂和德国的六臂、九臂等机型，我国自行研制并应用较广的为FJD系列，其动力有风动和液压两种，其中以FJD-6型应用较多，其结构如图6-1所示，主要结构特征见表6-1。图6-1 FJD系列伞形钻架的结构1吊环；2支撑臂；3中央立柱；4液压阀；5调高器；6底座；7风马达及油缸；8滑道；9动臂油缸；10动臂；11升降油缸；12推进风马达；13凿岩机；14滑轨；15操作阀组；16活顶尖表6-1 伞形钻架的技术特征名 称FJD-4FJD-6FJD-6AFJD-9FJD-9A适用井筒直径 / m4.05.55.06.05.58.05.08.05.58.0支撑臂数量 / 个33333支撑范围 / m4.06.05.06.85.19.65.09.65.59.6动臂数量 / 个46699钻眼范围 / m1.26.51.346.81.346.81.548.601.548.60推进行程 / m4.23.04.24.04.2凿岩机型号YGZ-70YGZ-70YGZ-70,YGZX-55YGZ-70YGZ-70使用风压 / MPa0.50.60.50.60.50.60.50.70.50.7使用水压 / MPa0.40.50.40.50.40.50.30.50.30.5总耗风量 / m2/min40505090100收拢后外形尺寸 / m1.24.01.54.51.657.21.65.01.757.63总重量 / t4.05.37.58.510.5伞形钻架由中央立柱、支撑臂、动臂、推进器、操纵阀、液压与风动系统等组成。打眼前，用提升机将伞钻从地面垂直吊放于工作面中心的钻座上，并用钢丝绳悬挂在吊盘上的气动机上，然后接上风、水管，开动油泵马达，操纵调高器，操平伞钻。支撑臂靠升降油缸由垂直位置提高到水平向上成1015位置时，再由支撑油缸驱动支撑臂将伞钻撑紧于井壁上，即可开始打眼。打眼工作实行分区作业，全部炮眼打眼结束后收拢伞形钻架，再利用提升钩头提到地面并转挂到井架翻矸平台下指定位置存放。伞形钻架的凿岩机必须配用高强度合金钢钎杆，我国YGZ-70型凿岩机所配制的中空硅锰钼钎钢（ZK55SiMnMo），使用效果良好。采用这种凿岩机时，眼深一般不大于一次推进行程。当钻凿更深的炮眼时，也可以采用套钎或用丝扣接长钻杆。选用伞钻打眼，应注意井口应留出伞钻吊运空间和安设移位装置；打眼时伞钻应始终吊挂在钩头或吊盘上，以防支撑臂偶然失灵使钻架倾倒。利用伞钻打眼时，伞钻的架设、收拢和提放等工序均要占用工时。但它机械化程度高、钻速快、一次行程大，钻眼工序的总时间可缩短，对深孔爆破尤为适用，目前已在我国立井井筒施工中得到了普遍的推广应用。今后，应重点解决凿岩机的噪音问题，积极配用液压凿岩机，进一步提高钻眼效率和推进行程。(二)供风和供水在钻眼工作时，伞钻和凿岩机的压风和水的供应是通过并列吊挂在井内的压风管（150mm钢管）和供水管（50mm钢管）由地面送至吊盘上方，然后经三通、高压软管、分风（水）器和胶皮软管将风、水引入各风动机具。工作面的软管与分风（水）器，均用钢丝绳悬吊于吊盘上的气动机上，放炮时提至安全高度。当采用手持式凿岩机打眼时，为减少工作面风（水）管线之间及其与井内其它设备间的干扰，可将风（水）和自动注油系统组合在一起制作成风水笼，由风水笼向各凿岩机供应风、水、油。当采用伞钻打眼时，可由供风（水）系统干管末端引出软管，直接与钻架上的风（水）干管相接，然后分配给各凿岩机。凿岩机要求供水压力一般不超过0.30.5MPa，当井深超过50m时，应设置降压阀或其它降压装置。二、爆破工作爆破工作主要包括爆破器材的选择和爆破参数的确定，并编制爆破图表和说明书。(一)爆破器材的选择立井井筒掘进时的爆破器材选择主要是炸药和雷管的选择。炸药主要根据岩石的性质、井筒涌水量、瓦斯和炮眼深度等因素来进行选定。而雷管目前主要采用8号电雷管。我国立井井筒爆破用炸药主要有铵梯炸药和胶质炸药两大类。铵梯炸药，其主要成分是硝酸铵、梯恩梯和木粉。其成本较低、使用较安全，但因硝酸铵具有较强的吸湿性，所以抗水性较差。只用于浅孔无水、无瓦斯岩层或光面爆破的周边眼中。常用的2号及4号岩石铵梯炸药，标准直径分别为32mm、35mm和38mm，重量为100g、150g和200g三种。光面爆破应改装成细药卷（如25mm），使用时药卷外面应包有腊纸或塑料袋。为了能够在有水的情况下应用，在该炸药中加入沥青、石蜡等憎水剂；为了提高炸药的爆炸性能和爆破效率，可采用抗水铵梯黑、铵梯铝等高威力炸药。胶质炸药，是以硝化甘油为主要成分。具有密度大、可塑性好、抗水性能强和威力高的优点，但是它的感度较高，使用安全性能较差，成本较高。目前我国立井井筒施工普遍采用水胶炸药，这是一种由氧化剂水溶液为载体加入胶结剂、胶联剂、可燃剂、敏化剂等添加剂组成的硝酸铵类含水炸药。它具备了立井爆破要求的抗水性强、装药密度高、使用安全、威力大的特点。我国已生产出了高威力1号、2号、铝100型岩石水胶、一般威力3号和煤矿安全型等品种，并已在我国立井施工中广泛应用。(二)爆破参数的确定由于立井穿过的岩层变化大，影响爆破参数效果的因素较多，目前，对爆破各参数还没有确切的理论计算方法。因此，在设计时，可根据具体条件，用工程类比或模拟试验的方法，并辅以一定的经验计算公式，初选各爆破参数值，然后在施工中不断改进，逐步完善。其主要爆破参数为：1.炮眼深度炮眼深度不仅对钻眼爆破工作本身，而且对其它施工工序机施工组织都有重要影响，它决定着循环时间及劳动组织方式。矿山井巷工程施工及验收规范规定：立井井筒眼深小于2m的为浅眼，23.5m的为中深眼，大于3.5m的为深眼。最佳的眼深，应以在一定的岩石与施工机具的条件下，能获得最高的掘进速度和最低的工时消耗为主要标准。当采用手持式凿岩机时，一般眼深以2m左右为宜；若采用伞钻，能顺利钻凿3.54m的深眼，如接钎钻进，改进排粉能力，炮眼还可以加深。当眼深超过6m时，钻速明显降低，夹钎事故增多，如要加大眼深必须进一步研制和采用新型钻具（如液压式）。炮眼深度还受掏槽效果的限制，以目前的爆破技术，当炮眼过深时，不但降低爆破效率，还会使眼底岩石破碎不充分，岩帮不平整，岩块大而不匀，给装岩、清底以及下一循环的钻眼工作带来困难。此外，炮眼深度还与炸药的传爆性能有关，通常，采用40mm眼径，装入32mm直径的硝铵炸药，用一个雷管起爆，只能传爆67个药卷，最大传爆长度为1.52m（相当于2.5m左右的眼深）。若装药过长，不但爆轰不稳定，效率低，甚至不能完全起爆。因此，采用中深或深眼时，就应从增大炸药本身的传爆性能及消除管道效应着手，改变炸药品种，药卷装填结构和采用导爆索和雷管的复合起爆方式。从钻眼全过程分析，每循环钻眼的辅助时间（如运送钻具、安钻架、移眼位、药卷的运送装填、人员撤离和通风检查等），对不同的眼深变化不太大。当钻深眼时，虽然单孔纯钻眼时间增加了，但折合到单位炮眼长度的钻凿辅助时间却减少了，同时也大大缩小了装岩和支护工作辅助时间的比例。因此，以大抓岩机与伞钻所组成的立井施工机械化作业线，必须采用深孔爆破，才能更好地发挥效益。循环组织是确定炮眼深度的重要依据，为积极推行正规循环作业，实现生产岗位责任制，应尽可能避免跨班循环，力求做到每日完成整循环数。因此，有些施工单位常根据进度要求及循环组织形式，来推算炮眼深度，即（6-1）式中 l炮眼深度，m；L井筒施工计划月进度，m；N每月实际作业天数；平行作业时取30d；锚喷拥挤支护单行作业取2527d；浇灌混凝土单行作业时取1820d；n日完成循环数；一般浅眼每日24个循环，中深眼每日12个循环；炮眼利用率，一般取0.80.9；1月循环率，考虑到难于预见的事故影响（如地质变化、机电故障等）取0.80.9。应该指出，上述经验公式是以循环组织为主要依据来选择眼深，但循环组织的确定，又随炮眼深度变化而变化，两者互为因果。因此，先初选日循环数，然后求得眼深，往往不一定是技术经济上的最优值，这种方法对采用手持式凿岩机打眼、浅眼多循环的工作面尚有一定的实用性，而对当前主要以机械化配套的深孔爆破，一般均以伞钻的一次推进深度来进行确定。当然，实际工作中应结合具体条件来确定合理的炮眼深度。2.炮眼直径用手持式凿岩机钻眼，采用标准直径