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PVC管在露天煤礦含水巖層爆破的應用

2017-10-12 16:19:11 責任編輯:崔瑋娜

王振新[1]

(1.葛洲壩易普力新疆爆破工程有限公司,新疆,830002)

摘要:隨著露天煤礦開采深度加深,露天開采會面臨水文地質條件復雜化,增加炮孔的充水可能性,從而導致爆破施工難度加大。露天煤礦含水巖層爆破,如按常規單純排水采用混裝銨油炸藥無法有效解決問題,采用抗水炸藥或者混合裝藥,成品過高、使用規模受限,本文結合生產實踐,通過爆破實驗,采用PVC管在露天煤礦含水巖層爆破的應用,對神華新疆吉木薩爾縣能源有限責任公司準東露天煤礦含水巖層爆破應用實例分析,爆破效果可以滿足挖運要求,可以有效解決現場混裝銨油炸藥不防水問題。相比采用成品乳化炸藥更經濟、更環保。

關鍵詞:露天煤礦、含水巖層、PVC管、爆破

 

1 工程概況

神華新疆吉木薩爾縣能源有限責任公司準東露天煤礦位于吉木薩爾縣北偏西約350&ordm;方向,直線距離90km, 公路距離120km;距烏魯木齊218km;向西距216國道10km。行政區劃隸屬吉木薩爾縣三臺鎮,為卡拉麥里西南山前戈壁荒漠地帶,礦區內地表植被稀少,水系不發育,海拔600m左右,相對高差30m~50m左右。露天礦屬大陸干旱荒漠氣候,年溫差和晝夜溫差變化很大,5~8月為夏季,高溫炎熱,白天氣溫常在40℃以上,絕對最高氣溫41.2℃。礦內地表無常年水流,年平均降水量106mm,年蒸發量1202~2382mm,5~8月偶有雷陣雨,冬季積雪稀少。礦區區域范圍處于準噶爾盆地腹地偏東位置,地貌類型主要有:沖積湖積平原、風積沙漠、剝蝕殘余丘陵、剝蝕波狀平原。出露于露天礦的東部邊界,地表呈近南北向帶狀分布,巖性為泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖夾砂巖和煤層。據露天礦內ZK1605、ZK1607、ZK1703、ZK1704孔控制的情況,含水層厚度在23.67-53.48m之間,其中ZK1605孔含水層厚度占整個鉆孔巖層厚度的9%, ZK1607孔占6%,ZK1703孔占10%,ZK1704孔占14%。地層西傾,傾角4°-31°。此含水層主要受大氣降水、地表水的入滲補給。據ZK1605、ZK1607鉆孔抽水試驗成果,單位涌水量(q)為0.00168-0.00238l/s·m(q<0.1l/s·m),滲透系數(K)0.00544-0.00586m/日,由此將此層定為弱含水層。

隨著準東露天煤礦采區深度的增加,采場工作面不斷擴大,含水炮孔是露天煤礦爆破施工中經常遇到的問題,因受區域降雨量、地形及氣候的影響,在實際鉆爆施工中存在大量的含水層,不僅爆破施工難度較大,而且爆破過程中會產生根底偏高、沖孔、大塊較多和爆破效果較差等質量問題,還增加了爆破施工及巖石裝運成本。

2 PVC管在露天煤礦含水巖層爆破的應用

2.1 方案的提出

準東露天煤礦爆破施工中主要采用我公司的現場混裝銨油炸藥,含水巖層主要采用奇臺分公司現場混裝乳膠基質炸藥,由于奇臺分公司乳膠基質產能到期,辦理相關手續,將無法為我公司提供炸藥。給現場含水巖層施工帶來不利因素。近幾年,國內在露天含水層爆破中開展了較多學術研究和現場試驗,但多數存在成本高、施工工藝復雜、作業效率低下,不能滿足露天礦正常開采需求。目前,最普遍是采用乳化炸藥的方式用于含水層爆破作業,但是存在成本過高、采購周期長、單次采購量小、爆破效果較差,在生產施工質量、安全、進度等方面尚不能滿足高產高效的要求。為滿足礦方生產進度要求,保證爆破質量,需擬定經濟、合理的爆破施工方案。

一般,減少炮孔積水的有效手段是高風壓吹水或抽水,當臺階為10m以下,可取得一定效果。但準東露天煤礦巖層臺階高度為16m,吹水或抽水很難達到效果。一般情況下,孔低會有部分積水無法吹或抽盡,在裂隙水豐富地帶,吹或抽盡的炮孔,在裝藥過程中有水通過巖石裂隙涌入炮孔,造成孔內積水,導致混裝銨油炸藥失效,影響爆破效果,單純排水不能很好解決含水巖層爆破問題。

混裝裝藥,由于炮孔積水留于底部,在底部裝成品乳化炸藥,空氣隔離器間隔后,上部裝混裝銨油炸藥。由于乳化炸藥采購周期長,且庫存有限,成本過高。這種方法只適合小范圍處理含水巖層爆破。大規模使用不經濟,施工進度受限。

混裝銨油炸藥不抗水,因而在含水炮孔使用受限,如采取一定技術措施,減少或阻止混裝銨油炸藥與水接觸,并保證其準爆,安全。就會促進混裝銨油炸藥應用擴大,無疑是很有意義的。在此基礎上,

我公司組織生產技術科、爆破隊等部門召開專題會議,制定含水巖層爆破方案。通過以往在含水層爆破施工經驗,各方案綜合對比,擬采用PVC管應用于露天煤礦含水巖層爆破方案。根據現場實際情況,采用CDM75型牙輪鉆機穿孔,孔徑為Φ250mm,打好孔后用PVC管進行護孔,即采用Φ200mmPVC管嵌入Φ250mm炮孔,再在PVC管內裝入混裝銨油炸藥,保證炮孔的成孔率和裝藥量。其優點是可防止孔壁在水中浸泡、塌孔,影響正常炮孔深度。通過采用PVC管嵌入炮孔式方法試驗,研究在不同炮孔水位、炮孔質量、裝藥結構情況下,技術上的可行性和經濟上的合理性。

2.2 PVC管的選擇

方案提出后,我公司對PVC型號進行了市場調研,為了更好匹配Φ250mm炮孔,下孔方便,選擇外徑Φ200mm孔直徑管。根據準東露天煤礦巖層臺階高度H=16m,選擇總長為18m的管,考慮運輸方便,下孔宜操作等因素,采用市場規程6m一根,每孔3根。最終采用PVC雙壁波紋管(6m一根)。PVC雙壁波紋管連接方便、密封性好、抗不均勻性沉降強,管壁截面為雙層結構,不易破損,抗泄漏效果好,可耐多種化學介質的侵蝕。其內壁光滑平整,不影響孔內裝藥計算。外壁等距排列的具有梯形中空結構的管材,埋地使用壽命達五十年以上,管質量輕,便于人員下孔操作,且價格便宜。

2.3 方案的應用

2.3.1 PVC管護孔工作

從現場實際鉆孔過程中可以看出,含水層鉆孔過程中牙輪鉆孔吹出的巖屑較濕潤,鉆孔結束后,靜置一段時間孔內會積水,積水深度一般為2.0-4.0m。個別炮孔鉆孔過程中會出水。為了保證PVC管護孔可操作性,鉆孔、護孔工作應在同一天進行,避免孔內積水過程,導致PVC管無法下沉孔底。

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圖1 PVC管護孔工作

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圖2 PVC管護孔成型

2.3.2現場裝藥、填塞工作

裝藥前,檢查PVC管內是否有水。在PVC管內裝藥,炸藥采用現場混裝銨油炸藥,連續裝藥,保證單孔裝藥量,避免出現管道效應。如PVC管內有少量水,底部間隔或裝少量的成品乳化炸藥。

保證PVC管內填塞長度及質量,同時應把PVC管與孔壁之間縫隙進行充填,防止爆炸氣體過早泄出,提高爆炸能量利用率。

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圖3 PVC管裝藥結構圖

2.3.3 PVC應用試驗數據

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2.3.4爆破效果

1)爆破后,表面裂隙均勻,爆破效果良好。

2)爆破后,僅有殘留的PVC管碎片。及時進行回收,滿足礦區環保要求。

3)釆裝工作能夠正常進行,爆破效果滿足釆裝要求。

4)PVC管在露天煤礦含水巖層爆破的應用,為了達到預期爆破效果,相應的縮小了孔網參數。爆破施工采用的相關技術措施,增加了PVC管、堵頭、膠水的輔助材料,但較采用成品乳化炸藥,爆破綜合成本較低。爆破綜合成本較采用混裝乳膠基質炸藥持平。

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圖4 PVC管應用試驗爆破效果(爆堆)

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圖5 PVC管應用試驗爆破效果(表面)

3 結論

1)PVC管在露天煤礦含水巖層爆破的應用方案技術上可行,經濟上合理,在現場施工方面比較容易操作。

2)在含水層區域采用PVC管護孔可以實現良好的成孔率,同時保證PVC管防水問題,解決了孔內有水無法使用不防水炸藥問題。采用合理的爆破設計及裝藥結構,可以達到設計的爆破效果。

3)爆破后,現場僅有少量PVC管殘片,達到環境保護要求。

4)斷裂、損害的PVC管,把PVC管兩端用硝酸銨袋填實,按空氣間隔器程序投入孔內,可起到間隔作用,提高PVC管利用率,減少損失,起到良好的經濟效益和節能環保作用。

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