CN110030889B - 一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法 - Google Patents

一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法 Download PDF

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Abstract

一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，本发明对地下竖井***开挖的关键技术进行了研究，解决了***开挖中的关键问题，并提出了地下竖井一次***开挖成井的新工法—深孔分区三角网掏槽一次成井，有效的提高了施工效率，解放了生产力，具有显著的经济效益和社会效益，适合大范围的推广和应用。

Description

一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法
技术领域
本发明涉及一种一次***成井的方法，具体涉及一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法。
背景技术
已知的，传统的竖井施工技术主要有两种方法，即下行施工法、上行施工法。其中下行施工法，即自上而下钻孔、***、排烟、排险、出渣、修整，支护、测量等，如此多次反复循环，逐渐向下分层开挖，直至将井挖通为止。用这种施工方法，因井下作业面狭窄、通风困难、升降频繁、作业条件恶劣、工效低，遇有坠落物或其它险情时，井下作业人员无处躲避，故在破碎岩体中开挖竖井，属于劳动强度大、安全难保障的作业之一。由于井壁围岩钳制条件所决定，下行施工法的掘进装药量的***，对围岩损伤扰动比较严重，在岩石较破碎的情况下，使得井壁经常出现超挖或坍塌现象，给后续施工带来许多困难。另外，循环掘进中的重复***扰动，对附近坑道围岩的累积影响也不容忽视，它可导致已经破碎的岩体进一步松动，使本来已经处于围岩复杂应力作用下的坑道支护结构雪上加霜。这种施工方法的钻爆作业，还受到上个循环中支护混凝土龄期的制约，致使施工周期加长，难以满足竖井施工的进度需求。
竖井的另一种传统开挖方法是上行施工法，它是借助吊罐或作业平台自下而上的进行掘进施工。这种施工方法，除不用人工井内出渣外，下行施工法的缺点它都具备，并且危险性更大。
地下竖井施工具有开挖难度高、安全风险大、施工周期长、生产成本高等一系列问题，以上问题直接影响国家工程建设，也一直困扰施工单位。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，本发明对地下竖井***开挖的关键技术进行了研究，解决了***开挖中的关键问题，并提出了地下竖井一次***开挖成井的新工法—深孔分区三角网掏槽一次成井，有效的提高了施工效率，解放了生产力，具有显著的经济效益和社会效益。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，具体包括如下步骤：
第一步、挖硐室：
首先在拟开挖竖井的底部和顶部开挖出硐室，在拟开挖竖井顶部上伸到地表时，无需在顶部开挖硐室；
第二步、布置炮孔并钻孔：
接上步、在竖井内用深孔钻机沿竖井全段高钻孔，所有炮孔一次施工到位，竖井中央掏槽粉碎区布置三角网掏槽粉碎孔和空孔，中央掏槽粉碎区与竖井边沿之间的崩落破碎区布置崩落破碎孔，在竖井开挖边沿上布置预裂孔；
第三步、炮孔装药：
接上步、掏槽粉碎孔和崩落破碎孔采用耦合装药或不耦合装药，预裂孔采用不耦合装药，在采用耦合装药和不耦合装药结构的炮孔中，孔内中央位置均布置两发精确延期起爆***，两发***相隔距离为800～1200mm，炮孔两端的堵塞长度为20～25倍炮孔的直径，耦合装药时，炮孔内填充满***，***与炮孔壁紧密接触；不耦合装药时，炮孔内***不装填满，在炮孔的径向或轴向留有空隙；
第四步、设置***网络及起爆：
接上步，采用延时控制***技术进行***，其各炮孔***的顺序为：首先起爆布置在竖井边沿的预裂孔，沿着竖井开挖轮廓线形成预裂缝，接着起爆掏槽粉碎区的掏槽粉碎孔，将掏槽粉碎区的岩石粉碎并在该区形成掏槽腔；最后起爆崩落破碎区的崩落破碎孔，崩落破碎区的崩落破碎孔按照从里圈到外圈的顺序，一圈一圈有序起爆或逐孔起爆；
第五步、出渣和井壁支护：
接上步，***完成后，爆渣在井内自动下落，下巷道施工人员用装岩机出渣，随着爆渣的逐渐下落，施工人员借助渣面对竖井进行刷帮与锚网喷支护，这样既可免除反复搭设拆除作业平台，也可防止井壁围岩应力释放过度、松胀与坍塌，爆渣装运完毕，井壁刷帮及支护也随即完成。
所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，炮孔的布置方法为首先选定竖井的中央为掏槽粉碎区，掏槽粉碎孔以等边三角形的排列方式布置，在等边三角形的形心位置设置空孔，掏槽粉碎孔与空孔配合，掏槽粉碎孔起爆后，在掏槽粉碎区形成一个与竖井等高的一圆形空腔，为崩落破碎孔的***提供自由面和爆渣容纳空间，掏槽粉碎区之外到竖井开挖边沿线为崩落破碎区，崩落破碎区布置崩落破碎孔，崩落破碎孔以中央粉碎区为中心，呈圆周的形式布置在竖井的开挖轮廓边线与由掏槽粉碎孔组成的三角网区域之间，崩落破碎孔将崩落破碎区岩石进行崩落破碎，预裂孔布置在竖井的开挖轮廓边线上，预裂孔起爆后，沿着开挖轮廓线形成预裂缝，将竖井轮廓线内开挖区岩体与轮廓线外的岩体分离。
所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，所述掏槽粉碎孔的直径为75mm～250mm，其中优选80mm～150mm。
所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，所述预裂孔的直径为50mm～210mm。
所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，所述崩落破碎孔的直径为75～250mm。
所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，所述延时起爆的时间间隔为10～20ms。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明对地下竖井***开挖的关键技术进行了研究，解决了***开挖中的关键问题，并提出了地下竖井一次***开挖成井的新工法—深孔分区三角网掏槽一次成井，有效的提高了施工效率，解放了生产力，具有显著的经济效益和社会效益，适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1是本发明一次***成井的示意图；
图2是本发明中炮孔布置的示意图；
图3是本发明中耦合装药的示意图；
图4是本发明中不耦合装药的示意图；
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图1～4所述的一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，具体包括如下步骤：
第一步、挖硐室：
如图1所示，首先在拟开挖竖井的底部和顶部开挖出硐室，在拟开挖竖井顶部上伸到地表时，无需在顶部开挖硐室；
第二步、布置炮孔并钻孔：
接上步、在竖井内用深孔钻机沿竖井全段高钻孔，所有炮孔一次施工到位，竖井中央掏槽粉碎区布置三角网掏槽粉碎孔和空孔，中央掏槽粉碎区与竖井边沿之间的崩落破碎区布置崩落破碎孔，在竖井开挖边沿上布置预裂孔；所述掏槽粉碎孔的直径为75mm～250mm，其中优选80mm～150mm；所述预裂孔的直径为50mm～210mm；所述崩落破碎孔的直径为75～250mm；
具体实施时，如图2所示，炮孔的布置方法为首先选定竖井的中央为掏槽粉碎区，掏槽粉碎孔以等边三角形的排列方式布置，在等边三角形的形心位置设置空孔，掏槽粉碎孔与空孔配合，掏槽粉碎孔起爆后，在掏槽粉碎区形成一个与竖井等高的一圆形空腔，为崩落破碎孔的***提供自由面和爆渣容纳空间，掏槽粉碎区之外到竖井开挖边沿线为崩落破碎区，崩落破碎区布置崩落破碎孔，崩落破碎孔以中央粉碎区为中心，呈圆周的形式布置在竖井的开挖轮廓边线与由掏槽粉碎孔组成的三角网区域之间，崩落破碎孔将崩落破碎区岩石进行崩落破碎，预裂孔布置在竖井的开挖轮廓边线上，预裂孔起爆后，沿着开挖轮廓线形成预裂缝，将竖井轮廓线内开挖区岩体与轮廓线外的岩体分离等，需要说明的是，炮孔的布置方法申请人已另行申报专利，在此不做累述；
第三步、炮孔装药：
接上步、如图3和图4所示，掏槽粉碎孔和崩落破碎孔采用耦合装药或不耦合装药，预裂孔采用不耦合装药，在采用耦合装药和不耦合装药结构的炮孔中，孔内中央位置均布置两发精确延期起爆***，两发***相隔距离为800～1200mm，炮孔两端的堵塞长度为20～25倍炮孔的直径，耦合装药时，炮孔内填充满***，***与炮孔壁紧密接触；不耦合装药时，炮孔内***不装填满，在炮孔的径向或轴向留有空隙，当炮孔在径向不填满而在轴向上连续装药时，称之为径向不耦合装药；当炮孔在径向填满而在轴向不连续装药时，称之为轴向不耦合装药；当炮孔在径向不填满且在轴向也不连续装药时，称之为径向、轴向不耦合装药；掏槽粉碎炮孔、崩落破碎孔及预裂孔炮孔的不耦合装药可根据药量与炮孔直径的大小，采用上述三不耦合装药结构形式的任何一种；
第四步、设置***网络及起爆：
接上步，采用延时控制***技术进行***，其各炮孔***的顺序为：首先起爆布置在竖井边沿的预裂孔，沿着竖井开挖轮廓线形成预裂缝，接着起爆掏槽粉碎区的掏槽粉碎孔，将掏槽粉碎区的岩石粉碎并在该区形成掏槽腔；最后起爆崩落破碎区的崩落破碎孔，崩落破碎区的崩落破碎孔按照从里圈到外圈的顺序，一圈一圈有序起爆或逐孔起爆；所述延时起爆的时间间隔为10～20ms；所述延时控制***合理的延期时间为：
Figure BDA0002030092600000061
式中：
W——最小抵抗线，kg/m3；
θ——***漏斗锥顶角,弧度；
Cp——岩石中应力波传播的速度，m/s；
B——由裂缝扩展形成新的自由面所需最小裂缝宽度，通常区0.01m；
Vs——裂缝扩展的速度，1m/s左右；
本发明采用精确延时控制***技术能有效的控制***地震波能量，大大降低***振动。瞬时齐爆的***方式产生的地震波能量最大，毫秒精确延时逐排***的方式产生的地震波能量骤然减小，为瞬时齐爆的42％，毫秒精确延时逐个***的方式产生的地震波能量更小，为瞬时齐爆的18％。
本发明增加毫秒延时的起爆段数，能有效提高***地震波降振概率，取得良好的降振效果。
因此在实际***开挖中，为降低***振动产生的破坏，延期时间间隔应取10～20ms最为适宜，起爆段数少，取大值，起爆段数多，取小值。
第五步、出渣和井壁支护：
接上步，***完成后，爆渣在井内自动下落，下巷道施工人员用装岩机出渣，随着爆渣的逐渐下落，施工人员借助渣面对竖井进行刷帮与锚网喷支护，这样既可免除反复搭设拆除作业平台，也可防止井壁围岩应力释放过度、松胀与坍塌，爆渣装运完毕，井壁刷帮及支护也随即完成。
本发明在具体实施时，岩石***的顺序为：
(1)首先起爆布置在竖井边沿的预裂炮孔，沿着拟开挖边线***出一条预裂缝，该裂缝的存在可以有效的割断其他药包***时产生的应力波对围岩的损害。
(2)接着竖井中央的掏槽粉碎区的岩石进行***，并在掏槽粉碎区形成一个与竖井等高的空腔。掏槽粉碎区布置有掏槽粉碎孔和空孔。在深孔分区三角网掏槽一次***成井新工法施工过程中，掏槽粉碎区***最为关键，在该区，掏槽粉碎孔装药量较大，空孔能提供足够的补偿空间和***自由面，掏槽粉碎孔起爆后，掏槽粉碎区的岩石被压碎，粉碎岩渣能在自身重力和爆轰气体作用下，抛掷出来，形成一与竖井等高的空腔，该空腔为后续崩落破碎孔的***提供自由面和岩石破碎空间；
(3)最后崩落破碎区的岩石进行***。崩落破碎区是指掏槽粉碎区边线到竖井拟开挖边线之间的环形区域。在崩落破碎区布置有崩落破碎孔，崩落破碎孔围绕掏槽粉碎区以圆圈形布置，崩落破碎孔按从里圈到外圈的顺序，逐圈***，直至整个竖井***完毕，爆下的岩碴滑落到井底。崩落破碎区的岩石按照从里圈到外圈的顺序，逐圈***，其顺序为：第1圈①→第2圈②→第3圈③，具体如图1所示。
通过本发明的实施，有效的解决了地下竖井一次***开挖成井施工过程中六个方面的关键技术问题：
1、通过对传统的掏槽理论、掏槽方式研究，提出了深孔粉碎掏槽的思路，并首次提出了三角网***掏槽新的掏槽方式，解决了地下竖井一次***开挖成井技术中掏槽***的难题。
2、通过对C-J爆轰理论、岩石冲击波、应力波传播理论及Mises准则研究，得出了相邻深孔柱状装药条件下***形成连续粉碎带与炮孔间距、炮孔装药之间的规律，提出无了限岩石中相邻深孔耦合装药和非耦合柱状装药条件下形成连续压碎带的最大炮孔间距公式，解决了新工法竖井开挖中的掏槽粉碎孔装药量与布置方式的关键技术问题。
3、通过对C-J爆轰理论、岩石冲击波、应力波传播理论及Mises准则研究，得出了相邻深孔柱状装药条件下***形成贯通裂隙带与炮孔间距、炮孔装药之间的规律，提出了无限岩石中相邻深孔非耦合柱状装药条件下形成贯通裂隙带的最大炮孔间距公式，解决了新工法竖井开挖中的预裂孔装药量与布置间距的关键技术问题。
4、通过对利文斯顿理论研究，得出崩落破碎孔装药量、布置间距与崩落岩体之间的规律，提出了崩落破碎孔装药量、布置间距计算式，解决了新工法竖井开挖中的崩落破碎孔布置的关键技术问题。
5、针对二次成岩形成机理进行了研究，得出避免二次成岩与空孔率之间的关系，提出避免产生二次成岩补偿空间的计算式，解决了深孔***二次成岩的关键问题。
6、针对深孔柱状装药精确延时控制***进行了研究，提出降低***震动和改善***效果的措施，并给出合理延期时间选取公式，解决了精确延时控制***的关键技术难题，为实现一次***成井技术所必需的深孔柱状装药精确延时控制***提供了理论支撑。
本发明具有如下优点：
深孔分区三角网掏槽一次***成井技术运用了控制***技术，只需引爆一次，整个竖井按照预先设计好的顺序依次***，一次***成功。
深孔分区三角网掏槽一次***成井技术施工简单，整个竖井只需要一个工作循环，就能完成全部竖井的施工。该新工法采用深孔钻机，将所有的炮孔一次施工到位，即将所有的炮孔一次钻好，炮孔的深度与竖井的高度相等；爆渣在井内自动下落，以便在下巷道用装岩机代替人工井内装渣作业；随着爆渣的逐渐下落，人员可借助渣面对竖井进行刷帮与喷锚网支护，这样可免除反复搭设拆除作业台。
深孔分区三角网掏槽一次***成井技术是通过孔内延期或孔外延期来实现竖井内各分区岩体有序***的，各炮孔内连续或间断装药，中间无需炮泥堵塞隔开，每个炮孔只需两枚***进行起爆即可，装药结构简单；各孔一次***，发生殉爆、哑炮的几率很小。
深孔分区三角网掏槽一次***成井技术避免井壁围岩受多次***扰动的破坏；爆后让爆渣留在井内做临时支撑体，防止井壁围岩松动与坍塌；也可防止井壁围岩应力释放过度、松胀与坍塌。
总之，深孔分区三角网掏槽一次***成井技术克服了传统竖井***施工技术的不足，具有优点，具有广阔的应用前景。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (7)

1.一种深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，其特征是：具体包括如下步骤：
第一步、挖硐室：
首先在拟开挖竖井的底部和顶部开挖出硐室，在拟开挖竖井顶部上伸到地表时，无需在顶部开挖硐室；
第二步、布置炮孔并钻孔：
接上步、在竖井内用深孔钻机沿竖井全段高钻孔，所有炮孔一次施工到位，竖井中央掏槽粉碎区布置三角网掏槽粉碎孔和空孔，中央掏槽粉碎区与竖井边沿之间的崩落破碎区布置崩落破碎孔，在竖井开挖边沿上布置预裂孔；
第三步、炮孔装药：
接上步、掏槽粉碎孔和崩落破碎孔采用耦合装药或不耦合装药，预裂孔采用不耦合装药，在采用耦合装药和不耦合装药结构的炮孔中，孔内中央位置均布置两发精确延期起爆***，两发***相隔距离为800～1200mm，炮孔两端的堵塞长度为20～25倍炮孔的直径，耦合装药时，炮孔内填充满***，***与炮孔壁紧密接触；不耦合装药时，炮孔内***不装填满，在炮孔的径向或轴向留有空隙；
第四步、设置***网络及起爆：
接上步，采用延时控制***技术进行***，其各炮孔***的顺序为：首先起爆布置在竖井边沿的预裂孔，沿着竖井开挖轮廓线形成预裂缝，接着起爆掏槽粉碎区的掏槽粉碎孔，将掏槽粉碎区的岩石粉碎并在该区形成掏槽腔；最后起爆崩落破碎区的崩落破碎孔，崩落破碎区的崩落破碎孔按照从里圈到外圈的顺序，一圈一圈有序起爆或逐孔起爆；
第五步、出渣和井壁支护：
接上步，***完成后，爆渣在井内自动下落，下巷道施工人员用装岩机出渣，随着爆渣的逐渐下落，施工人员借助渣面对竖井进行刷帮与锚网喷支护，这样既可免除反复搭设拆除作业平台，也可防止井壁围岩应力释放过度、松胀与坍塌，爆渣装运完毕，井壁刷帮及支护也随即完成。
2.根据权利要求1所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，其特征是：炮孔的布置方法为首先选定竖井的中央为掏槽粉碎区，掏槽粉碎孔以等边三角形的排列方式布置，在等边三角形的形心位置设置空孔，掏槽粉碎孔与空孔配合，掏槽粉碎孔起爆后，在掏槽粉碎区形成一个与竖井等高的一圆形空腔，为崩落破碎孔的***提供自由面和爆渣容纳空间，掏槽粉碎区之外到竖井开挖边沿线为崩落破碎区，崩落破碎区布置崩落破碎孔，崩落破碎孔以中央粉碎区为中心，呈圆周的形式布置在竖井的开挖轮廓边线与由掏槽粉碎孔组成的三角网区域之间，崩落破碎孔将崩落破碎区岩石进行崩落破碎，预裂孔布置在竖井的开挖轮廓边线上，预裂孔起爆后，沿着开挖轮廓线形成预裂缝，将竖井轮廓线内开挖区岩体与轮廓线外的岩体分离。
3.根据权利要求1所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，其特征是：所述掏槽粉碎孔的直径为75mm～250mm。
4.根据权利要求1所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，其特征是：所述掏槽粉碎孔的直径为80mm～150mm。
5.根据权利要求1所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，其特征是：所述预裂孔的直径为50mm～210mm。
6.根据权利要求1所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，其特征是：所述崩落破碎孔的直径为75～250mm。
7.根据权利要求1所述的深孔分区三角网掏槽一次***成井的方法，其特征是：所述延时起爆的时间间隔为10～20ms。
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