静态膨胀剂在井下工程岩体开挖中的研究与应用-2012.11 zght.doc

静态膨胀剂在井下工程岩体开挖中的研究与应用陕西铅硐山矿业有限公司张耕田 樊水龙 段喜文一、 项目由来铅硐山铅锌矿始建于1994年，采用地下开采方式，开拓系统为平硐、溜井加辅助盲竖井的开拓方式，年产铅锌矿石量45万t。主平硐设在1330m中段，长度950m，巷道宽度2.16m，单侧人行道宽度0.8m，采用7T架线式电机车运输，主要担负矿山矿石运输、材料运输、行人等任务，电力电缆、通讯电缆、井下六大系统设施电缆、风水管线等均经主平硐敷设入坑，是铅硐山井下的大动脉。1330m主平硐，只设置了单侧人行道，且人行道宽度较窄，已经不能满足当前安全生产的要求，在电机车运输繁忙的生产环境下，人员通行存在较大的安全威胁，因此，分段设立躲避硐室可以很好地解决这一问题。2011年5月，设计管理部拿出了设计方案，躲避硐室设计间距50m，单个硐室岩石开挖量17.64m3，共计13个。岩石为层状千枚岩，稳固性中等，坚固性系数f=6-8。按照设计要求，施工中不能采用爆破的方式进行开挖，以确保坑道内的电力线缆、通信线缆、供风管道等管线的正常安全运行，且不能影响矿山的正常生产任务。如何开挖岩体，成了施工中的一大难题。为此，矿山总工程师召开专题会议进行研究讨论，并组织设计管理部等主要技术人员外出考察论证，提出了采用“静态膨胀剂破碎岩体”的技术方案，将膨胀剂率先应用于地下矿山井下施工，他山之石，可以攻玉。二、 静态膨胀剂破岩机理静态膨胀剂广泛应用于地表建材的开采、坑洞的开挖等生产领域，而在井下，由于作业空间的限制和作业方式不同，很少应用。静态膨胀剂是一种非爆炸性无声破碎剂,用于切割和破碎岩石、混凝土构筑物的高效粉状膨胀材料。用适量的清洁水把SPLIT.AG 搅拌成浆体，灌入混凝土和岩石的钻孔中，可产生50兆帕（500kg/cm2）的膨胀压力，经过一段时间的内部作用，便可以在无震动、无噪音、无飞石和无毒气情况下把混凝土和岩石破碎、切割。作用原理：静态膨胀剂灌入岩石或混凝土事先布眼的钻孔内后，被破碎物体就会经历出现裂缝、裂缝传播、裂缝扩大三个过程。其破碎机理完全不同于爆破作业的破碎机理。三、 施工技术方案根据现场井下坑道内的现场作业条件和围岩的物理特性，经过计算和参考类似企业的经验，确定初次技术参数，在实践的基础上不断总结和优化技术参数和施工方案。1. 技术参数1.1 布孔参数：孔径42mm，眼距335mm，排距300mm，一次凿深孔度1.2m，一次凿孔排数2排。（详见布孔图）1.2 装填参数：水剂比，100kg水加15kg膨胀剂。将破碎剂在容器里拌成稠泥状，捏成团搓成条装入孔内，层层捣实装密实。要求少拌快搅，从搅拌到装入孔内不能超过5分钟。1.3 膨胀剂选型。主平硐温度在10-18,施工季节在秋季，再考虑性价比，综合考量，选用静态膨胀剂型（春秋季）-慢速反应。2. 施工工艺开挖作业流程为测量放线凿岩吹孔填装膨胀剂膨胀反应辅助清理撬挖及人工装碴。2.1 测量放线。技术员严格按照布孔图标定排面及方位角，炮孔等，并向施工员进行技术交底；2.2 凿岩吹孔。采用YT-28型风钻，1.5m中空六角钢钎杆，42mm“一”字型合金钢钻头打眼。分次钻孔深度1.2m，孔径42mm。一次凿相向的2排孔。孔距，排距、方位严格按现场标定。炮孔凿好后，用吹风管进行吹孔，保证孔内无碴石，无积水。2.3填装膨胀剂。按100kg水加15kg膨胀剂的水剂比，将破碎剂在容器里拌成稠泥状，捏成团搓成条装入孔内，层层捣实装密实。要求少拌快搅，从搅拌到装入孔内不能超过5分钟。每个孔装好后，及时用硬纸进行填塞。2.4膨胀反应。完全反应时间48-72小时。2.5辅助清理撬挖及人工装碴。3. 技术经济指标经济指标表序号指标名称单位数值1每米炮孔膨胀剂用量m/kg1.152每立方米开挖量炮孔米数m/m313.63装填系数%1004每立方米开挖量膨胀剂用量kg/m315.645每立方米开挖量膨胀剂金额元/ m359.4四、 静态膨胀剂在施工中的应用1、开挖效果。开挖面轮廓可控性好，对开挖岩体周围的岩石破坏性小。2、施工难易程度。施工简便，人员经过短期培训，便能掌握施工要领。3、施工安全条件。与爆破岩体比较，膨胀剂安全，无破坏性，无有毒有害气体产生，对施工周围的环境影响小，不影响主巷道的运输行人，不用对巷道内的缆线管线设施进行防护，毫无破坏。五、 结束语1、在不影响生产运输任务的前提下，经过精心设计、周密组织、合理安排，圆满地完成了施工任务，解决了主平硐生产过程中人员行走时的安全隐患。2、膨胀剂较好的膨胀了岩体，替代传统炸药爆破的方式开挖岩体，对在特殊条件下的掘进施工作业提供了宝贵的实践经验。虽然在单位材料消耗、凿孔米数上较炸药爆破方式多40%，但膨胀剂对施工周围的环境毫无影响，对已有的设施没有一丁点破坏力，这是无法比拟的。3、通过此次应用，拓宽了膨胀剂的使用领域，对金属地下矿山特殊区域、特殊要求下的岩体、基础等开挖提供了一种全新方法。温州通业项目部后来将膨胀剂的使用推广到联络道与有正规安装的天井贯穿工程、设备改造中的砼基础拆除、主