引言：竖井开挖目前主要有四种方法：普通开挖、吊/爬罐法、机械钻井法、深孔爆破成井法。普通法、吊/爬罐法爆破掘进竖井均需要作业人员在井内经过多道繁琐工序，存在作业环境恶劣、安全威胁大、施工成本高、效率低等缺点。机械钻井法虽然不需要作业人员在井内作业，施工作业环境好、安全威胁小等优点，但施工机械专业性强，施工准备时间长、设备购置成本高等缺点，相比之下深孔爆破成井具备安全性能高、工期短、施工工序简单、费用低等优点，成为竖井掘进的重点推广对象。
摘要：采用反导井深孔分段爆破法进行施工，有效对竖井安全爆破得以控制，施工进度得到保障。本文依托南椰2A水电调压井反导井深孔爆破工程实例，利用一次钻孔，由下向上分层（段）装药爆破，具体介绍钻孔钻机选择、由下往上底部封堵、爆破参数设计等施工技术。可为竖井30m以下小断面深孔分段爆破施工应用中提供参考。
关键词：深孔分段爆破、钻爆机具、封堵、爆破参数
1 工程背景
南椰2A水电站调压井为开敞式，井身40.8m，开挖直径8m，原施工方案先全面开挖井深4.5m，在采用传统正导井开挖（人工手风钻进行施暴），导井直径1.5m，导井开挖完成在由上向下进行人工扩挖爆破。
采用正导井人工开挖至5.8米，剩余导井30.5m。因导井井壁裂隙水渗水严重，井身花岗岩岩石硬度较大，岩石坚固系数ⅩⅢ级，强度系数16~18，单循环人工施钻时间较长（平均需10小时），造成井下开挖安全威胁较大，施工进度不理想。
为确保施工作业安全，调压井竖井开挖正导井开挖方案变为反导井开挖，现对反导井开挖相关技术参数难点进行阐述。
二 施工方案设计
2.1 施工方案选择
调压井竖井开挖一般采用先导井在正经扩挖方式进行开挖。导井开挖一般采用正、反导井人工开挖、反井钻机开挖、反向人工开挖、反导井深孔爆破等方式，经分析比较：
1）采用正向导井开挖：向上提升出渣功效低，且施工成本高、安全威胁较大。
2）采用反井钻机开挖：施工效果好，但钻机昂贵，施工成本较高；
3）反导井人工开挖：安全系数小、威胁极大、不可控因素较多，现多不被采用该方案。
4)反导井深孔爆破：一般钻机能满足施工要求，劳动条件较好，施工效率高、成本低、安全系数大等优势。
经分析比较，采用反导井深孔爆破开挖对安全可以有效控制，经济效益明显。
2.2 施工方案设计
1)反导井深孔爆破成井开挖原理：利用潜孔钻机设计爆破孔位置下一次钻孔，与底部引水隧洞贯通，然后由竖井底部由下向上分段（层）进行爆破。以导井底部为自由面，爆破后形成一个朝下的爆破漏斗，岩石利用自身重力作用坠落，扩大爆破漏斗体积。
2）采用潜孔钻钻孔，一次钻完导井全部炮孔。
3）采用柱状药包布置形式，根据不同地质条件、岩石硬度计反导井爆破部位、钻孔偏差率等及时调整装药量及起爆顺序等钻爆参数。
三 爆破参数设计
3.1 潜孔钻机平台加工及钻机选择
3.1.1 钻机及钻孔直径选择
因本工程采用采用潜孔钻孔进行施工，潜孔钻机具备钻孔速度快、施工成本低等优点，但潜孔钻孔孔斜率一般为2%左右，炮眼布眼间距一般为较小，潜孔钻机钻孔随井身深度增加可能存在孔位偏差、穿孔等缺点。考虑本工程为调压井导井开挖对井身超欠挖质量要求较低，钻孔偏差根据实际钻孔孔位进行调整爆破参数，减少孔位偏差对爆破效果影响。
本工程采用红五环HQD110型电动支架式潜孔钻机，最大钻孔深度36m，电机功率5.5kw（厂家定制设备）；钻孔直径采用90mm钻孔。
3.1.2 潜孔钻机平台加工
因原方案正导井以开挖导井5.8米，开挖直径为1.5m；反导井开挖仍采用直径1.5m导井。钻机架立在导井井圈锁口C20砼（50cm厚*100cm高）；考虑导井直径较小潜孔钻机无法直接架立先导洞底板基岩平台；现场在导井井圈加工潜孔钻机一个操作平台井架进行作业。
操作平台井架利用现场14#工字钢加工矩形下坐井架（1.2m*2.2m），下坐井架上部放置钻机操作井架（0.9m*1.2m），操作井架下部安置简易轨道，轨道用于调整操作井架前后移动，操作平台滑行至施钻定位出，采用18#螺丝进行固定于下坐井架，确保牢固。潜孔钻机垂直固定操作井架平台，利用三角形固定原理形成三角支架，支架利用20#螺丝进行固定，采用施钻过程中根据钻机震动频率派专人监管，时刻加固螺帽确保支架稳定。
3.2 爆破参数设计
3.2.1炮孔布置及孔距
考虑潜孔钻机孔斜率偏差随垂直高度越增加偏差率增大，孔斜率一般为钻孔深度2%；本工程岩面钻孔深度30.5米，垂直孔位偏差0.6m左右,设计导井开挖直径1.5m，考虑导井直径较小，主要利用下部临空自有面，考虑爆破断面较小，本工程爆破布置孔设计采用空眼+爆破孔布置爆破，详见附图：
3.2.2 每米装药量计算
装药量的大小受岩石岩性、断面条件、爆破直径、起爆顺序、爆破分段深度等因素影响。本工程岩石岩石坚固系数XIII级，极限抗压强度系数160MPa~180MPa围岩硬度较硬，现场实际炮孔位置因潜孔钻孔斜率影响，造成孔位偏移较大，现场结合爆破原理和线装密度公式（Q=KW3;Δg=0.042R0.5a0.6）进行爆破试验，最终试验确定单孔装药量Q=4.0kg~5.0kg数值最为本工程爆破最优参数.具体详见表一：《调压井导井爆破试验爆破参数统计表》
表一： 调压井导井爆破试验爆破参数统计表
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3.3、每段爆破深度
反导井炮孔虽是一次完成全部钻孔工作，受岩石夹制作用较大，受空孔直径、底部补偿空间等影响，采用单层装药很难实现一次爆破全部长度炮孔。根据爆破理论，反导井爆破是以导井底面为自由面，向下形成爆破漏斗，爆破产生碎石借助自身重力坠落。经试验证明，分段深度小于导井直径时，爆破效果最好。随着分段长度增加效果逐渐变差。每次本工程分段爆破≤1.5m控制，局部上循环欠挖采用加大单孔装药量，取得理想爆破效果。
3.4 装药和堵塞长度
3.4.1 堵塞长度：
由于炮孔上下贯通，装药时要进行上下双向堵塞保障堵塞长度和质量。下部堵塞，既要防止炸药底部漏掉，还要控制冲炮的危害，保证岩石充分破碎爆破。
炮孔下部堵塞长度L下=7d=7*0.09=0.63m；
炮孔上部堵塞长度：L上=10D=10*0.09=0.9m；
堵塞下部采用水泥口袋等柔性封口后由上向下灌入炮泥；上部堵塞采用炮泥加干砂进行封堵。
3.4.2 装药长度
炮孔采用连续不耦合装药，采用2#乳化炸药，每五条绑扎自制炸药包，单个药包重量1.0kg，所有炮孔装药底部均保持统一高程上，确保爆破后井底凭证，以利于下次施工。
根据分段爆破深度h=下部堵塞长度h上+装药长度L+下部堵塞长度h下，现场实际单孔装药长度h=1.93~2.03爆破效果较好。
3.4.3、爆破网络图
采用非毫秒起爆系统分组起爆，每孔装入一根毫秒管管和一根电雷管，电雷管与毫秒管连线采用电工胶布绑扎牢固，上部采用电雷管进行统一起爆；放炮线连接电雷管前需用万用表测电阻，确保一次起爆成功。爆破连线根据现场实际孔位偏差及时调整起爆顺序。原则采用靠近中心空孔先爆，后续临近周边孔后续爆破，本工程采用1段、3段、5段三个段位进行爆破取得较好效果。
四 施工技术及难点处理
4.1 炮孔检查与疏通
反导井采用由下向上分段（层）爆破，炮孔为一次性成孔多次利用，在下部爆破因岩石裂隙的存在局部坍孔、落石，导致炮孔堵塞现象。每次爆破后立即采用钢筋、风水管进行简易疏通，如遇简易疏通困难，可采用重新立架潜孔钻进进行炮孔疏通。
4.2 炮孔下部堵塞
炮孔下部堵塞，可采用专门制作锥形柔性堵塞物，赛紧孔底。方法：从孔口往孔底放绳索落到竖井底部，由下面人员用铁钩拉到反导井以外安全地带，帮上已加工好的堵塞物。本工程采用编制口袋加工封堵物，封堵物加工上口直径11cm、下口直径20cm，绳索从其中间穿到下部并绑紧。然后往上拉绳索，直至堵紧孔底口。孔底封堵结束后由上向下封堵炮泥至下部封堵高程位置，然后在由上而下放炸药包。
五 结 语
5.1、采用地质钻机能够较好控制钻孔孔斜率， 但是其钻孔存在成本较高，施钻时间较长等弊端；采用潜孔钻进行钻孔虽孔斜率偏差较大，但施钻速度较快，过程中可根据实际分段爆破炮孔偏差距离，及时调整爆破参数，能过有效规避潜孔钻机孔斜率偏差弊端，且潜孔钻机操作简单可控，较为经济可行。
5.3、通过反导井深孔爆破技术，较好解决调压井竖井小断面爆破安全与进度之间的矛盾。尤其在地下渗水严重情况，围岩强度较大情况，工人井下作业时间越长，安全系数越低，作业难度较大。
参考文献：
1、张正宇。孔间微差爆破技术研究[J]，爆破，1992.9（1）；4-7
2、史秀志，邱贤阳，聂军，李必红。超大断面竖井深孔爆破成井技术。工程爆破。1006-7051（2016）05-007-06
（作者：赵辉 1.中国华北水利水电大学 ；2.中国重庆中环建设有限公司，助理工程师）