冷冻段爆破技术在司家营大水矿床的应用

刘 辉 卢尚鹏 范天文 刘永进

(河北钢铁集团矿业公司)

冷冻段爆破技术在司家营大水矿床的应用

刘 辉 卢尚鹏 范天文 刘永进

(河北钢铁集团矿业公司)

司家营铁矿大水矿床某主井采用了冻结法施工方式进行预治水，因地质条件、钻机设备、人员操作、施工管理等多种因素导致冷冻段试挖至20 m时出水，致使冷冻段严重过冻。为此，在井筒冷冻段采用松动爆破技术进行施工，松动并破碎井筒内的冻土。结果表明，冷冻段采用新的爆破技术后，施工难度得以降低，施工进度得到提升。

大水矿床 冻结法施工 冷冻段过冻 松动爆破

司家营矿区某主井第四系覆盖层较厚，且临近滦河古河道，地下水补给丰富，水文地质条件复杂，故对该井第四系及风化基岩层采用冻结法进行施工。2#主井自开机冷冻历时51 d，两水文孔均已冒水，观察7 d后，于冷冻第58 d开始试挖井筒。然而冷冻段试挖至20 m处时，井筒内出现较大涌水，随即将人员设备撤出井筒。根据现场测量涌水情况，判定冷冻交圈未闭合或不彻底，因此将井筒灌水至静水位进行第2次冻结，根据每天测温孔、冷冻孔温度及冻结壁发展情况，至39 d时再次试挖。届时，冻结壁已发展进井筒内3～4 m，采用人工风镐掘进，施工难度较大，进度缓慢。因此，在冷冻段采用爆破技术进行施工，松动并破碎井筒内的冻土。

1 某主井水文地质概况

(1)第Ⅰ含水组。地层以上迭阶地型式假整合于上更新统之上，构成滦河漫滩阶地和滦河一级阶地，主要由砂、圆砾、卵石组成，卵石粒径一般为3～5 cm，最大可达15 cm以上，分选中等，磨圆度较好，底板标高-15.98 ～10.96 m，平均-2.48 m，厚5.0～25.99 m，平均14.39 m，其上覆有3～6 m的粉土或黏性土。1979年孔群抽水试验时，中心孔水位降低4.86 m时出水量为17 324 m3/d，渗透系数为32.0 m/d；水位降低7.03 m时出水量21 251 m3/d，渗透系数为315 m/d，属微承压水。

(2)第Ⅱ含水组。多隐伏于Ⅰ组之下，部分出露地表，构成滦河二级阶地，根据地层结构、岩性粒度、赋水性能、地貌特征和水力性质差异，垂直上可分为2个含水段：①上段(Ⅱ1)，岩性主要为粉细砂夹薄层黏性土，含水弱而不均，底板标高-2.12～14.39 m，平均10.95 m，厚6.85～22.3 m，平均15.6 m，单位涌水量1.99～8.95 m3/(h·m)，渗透系数为15.0 m/d，属潜水；②下段(Ⅱ2)，岩性主要以粉细砂、卵砾石为主，厚度大而稳定，富水性强，底板标高-94.69～-16.34 m，平均-51.52 m，厚0～72.1 m，平均39.41 m，渗透系数为178.0～224.7 m/d，属承压水。

(3)第Ⅲ含水组。主要含水岩性为中砂、细砂、圆砾、卵石、含砾石粗砂，受原始地形控制，含水层起伏较大，底板标高-134.79～-42.61 m，平均-73.12 m，厚0～37.68 m，平均10.77 m。群孔抽水试验时，中心孔水位降低1.9 m时出水量为6 855 m3/d，渗透系数为144 m/d，矿区中部孔群抽水时，水位降低15.4 m，出水量为106 600～15 500 t/d，渗透系数为47.7 m/d。

2 井筒冻结情况

主井井筒净直径为6.5 m，井筒深800.3 m，井口设计标高+20.3 m，冻结深度为216 m。该主井采用上述冻结方案进行施工，第1次试挖时出水，随即灌水至静水位进行第2次冻结，前后冷冻历时110 d，致使井筒严重过冻。井筒内冻土发展最多的达3～4 m(卵石层)，发展最少的也有1.5～2 m(中砂层)。井筒自20 m以下，采用人工风镐掘进，历时1个月仅掘至51 m(月进尺31 m)，施工强度大，掘进效率缓慢。

3 爆破施工

3.1 凿岩设备

根据井筒掘支参数和工程地质、水文地质情况，冻结段采用YT28型凿岩机，凿孔深1.6 m,冻结段钻头选用直径为42 mm的一字型合金钻头。凿孔的注意点有：①合理安排各工序的衔接，减少辅助时间，提高钻孔速度；②按设计参数施工，保证钻孔深度和精度，降低钻孔误差；③保证掏槽孔施工精度，掏槽孔应超深于辅助孔和周边孔，各孔点落点应保持平齐、同深，加大底孔装药做功能力，力求爆破后工作面光滑平齐。

3.2 炸药选择

为了减少对围岩的破坏，周边眼采用小药卷装药，冻结段选用药卷规格为φ35 mm×400 mm，单卷重0.30 kg。由于掘进中工作面温度低于-5 ℃，应采用抗冻水胶炸药或2#岩石粉乳炸药。

3.3 炮眼深度

由于采用金属的液压整体模板高度为4 m，且考虑冷冻段施工安全，冻结段凿孔深1.6 m(掏槽眼眼深1.8 m，其余眼深1.6 m)，故采用三掘一砌的循环组织形式，掏槽方式为直眼掏槽。

3.4 炮孔布置

炮眼布置的直径与井筒直径有关，采用光面爆破技术。最小抵抗线(W)为600～750 mm，炮眼间距为(0.8～1.2)W，炮眼布置及相关爆破参数见表1。

表1 冷冻段爆破参数及炮眼布置

3.5 装药及填堵

首先将炮孔内残渣采用压风吹净，并检查炮孔深度是否符合设计要求，然后采用集中装药的方式，用木制φ30 mm圆木将药卷推进至设计深度并用炮泥封堵严实。

3.6 联线及起爆

经检查装药无误后，即可进行联线工作。联线采用传统的串并联方式，导爆管为1～7段，每10发为1束，由1根导爆管用防水绝缘胶布引爆，利用专用放炮电缆送电，采用专用高频起爆器起爆。起爆顺序为自掏槽眼向外逐圈起爆。

3.7 爆后效果

当地层条件稳定、冷冻段成孔较好时，每次爆破段高可达1.4 m，具体爆破效果见表2。

表2 冷冻段爆破效果

由于在冻土上进行钻孔，成孔率受地层条件影响较大。当地层条件复杂时，容易造成塌孔或堵孔的情况，此时仅考虑对有效孔进行装药爆破，局部因无法成孔造成的欠挖可采用人工风镐进行掘进，确保每次爆破的掘进段高达到1.4 m左右。

3.8 爆后掘进

该井冷冻段爆破施工后，每循环进尺1.4 m，循环时间13 h，采用三掘一砌的施工组织形式。经过1个月的爆破掘进，该井冷冻段月掘砌进尺达58 m，大大降低了施工难度，减少了人工费用。

4 结 论

(1)施工中，周边眼布置时应对照冻结孔偏斜图，对向井筒内偏斜的冻结管在掘进工作面应作明显标记，并根据冻结管倾斜情况，及时调整周边眼位置，确保周边炮孔距冻结管不小于1.2 m。

(2)控制总装药量，周边眼装药长度不宜超过孔深1/2，单位体积岩石炸药量不大于1.2 kg/m3。

(3)钻眼结束后，及时利用压风吹出孔内的岩粉和水分，防止结冰堵孔，并用木棍堵住炮眼口。

(4)爆破前应关闭全部冻结器的阀门，并暂停盐水循环，放炮后应首先检查盐水箱的水位以及井帮有无漏盐水现象。特别应查明靠近井帮的冻结管情况，当确认无损坏时，方可恢复盐水循环。

(5)风动工具的防冻措施：①在井口安设离心式压风脱水器，利用离心原理将压风里的水分脱出，净化压风；②使压风管经过冻结沟槽，让压风预冷之后放掉冷凝的水分；③配齐风动工具，出现上冻现象后应及时更换；④加强风动工具的维修保养，随时检修，确保正常运行。

2015-01-04)

刘 辉(1986—)，男，副科长，助理工程师，063701 河北省唐山市滦县响堂镇。