多空孔單螺旋掏槽一次爆破成井技術實踐

史秀志,周英烈,邱賢陽

(中南大學資源與安全工程學院, 湖南長沙 410083)

多空孔單螺旋掏槽一次爆破成井技術實踐

史秀志,周英烈,邱賢陽

(中南大學資源與安全工程學院, 湖南長沙 410083)

針對某礦采場切割天井施工需要,提出多空孔螺旋掏槽一次爆破成井技術,對該爆破成井技術的炮孔參數、裝藥量、裝藥結構和起爆方式進行計算和設計,采場爆破的成功試驗為類似工程提供參考。

多空孔;螺旋掏槽;一次成井;天井爆破

0 前 言

在天井掘進過程中,傳統的掘進方式多為淺孔爆破施工法,費工費時,作業面通風不良,且施工安全條件差。而一次成井技術沿井的全高鉆鑿一組平行的深孔,然后根據井的高度一次或分若干次裝藥爆破,從而完成符合設計要求的掘井工藝。與傳統施工法相比,具有作業條件好、工效高、速度快、安全節約材料等一系列優點[1]。

中深孔爆破一次成井按照爆破工藝可以歸納為3類:掏槽法、分段法、漏斗法。其中掏槽法一次爆破成井工藝是沿著天井全長打一組平行炮孔,以空孔為自由面,借助掏槽孔將其擴大,利用輔助孔和周邊孔最終完成掘井作業。這種爆破法對掏槽孔孔距參數設計及鉆孔精度求較高,所需炮孔也較多。但其裝藥結構、起爆順序比較簡單,可操性強,易于掌握。一次成井高度不太大時,易于實現一次成井。對于螺旋掏槽及單空孔掏槽,國內外許多人士進行了大量的探索研究,并取得了一定的研究成果。然而對于多空孔掏槽一次爆破成井,國內外學者卻研究較少。本文通過礦山實踐,對多空孔掏槽爆破一次成井技術進行探討,供以后類似工程參考[2～5]。

1 工程概況

某礦一采場位于深部礦體 Sh209#與 Sh214#之間。礦體賦存于 F3斷裂及其上、下盤上泥盆統天子嶺組灰巖和中泥盆統東崗嶺灰巖中,礦體規模和形態變化較大,厚度較大,平均水平厚度 60 m,礦石品位 12.73%。礦區礦石類型以塊狀黃鐵鉛鋅礦石為主,其次為塊狀黃鐵礦石,均為硫化礦。礦石主要金屬礦物有黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦,次要礦物有菱鐵礦、黃銅礦、黝銅礦、淡紅銀礦、辰砂。脈石礦物主要有石英、方解石、絹云母,次要有白云母、重晶石、白云石等。礦體受 F3斷裂控制,抗壓強度為 133.64 MPa,巖石硬度系數 f為 8～12,抗拉強度為1.26 MPa,密度為 3825 kg/m3,彈性模量為 25.63MPa,泊松比為 0.28。近礦圍巖一般為中等裂隙狀的較完整巖體,從中等穩固到穩固,穩固性較好,f=8～10,局部較為破碎,支護難度大。

為改善采場通風條件和為該采場大規模落礦提供初始補償空間,本次設計在該采場預控頂巷道一次爆破形成切割天井,切割天井規格 2 m×2 m×5.4 m。

2 爆破方案的選擇

從爆破天井的方法來看,掏槽方式采用的都是直眼掏槽。直眼掏槽的基本形式有 3類:龜裂掏槽、桶形掏槽和螺旋掏槽。龜裂掏槽:掏槽眼布置在一條直線上,一般 3～7個炮眼,裝藥眼與空眼間隔布置,爆破后形成 1條槽縫;掏槽面積小,一般用在中硬巖石的小斷面巷道,尤其適用于工作面有較軟夾層時。桶形掏槽:各掏槽眼相互平行且對稱分布,掏槽眼由 4～7個炮眼組成,其中有 l～4個空眼,經常采用的有三角柱掏槽、菱形掏槽和五心掏槽等。螺旋掏槽:掏槽眼呈螺旋狀,各裝藥眼至空眼的距離依次遞增,呈螺旋線分布,并按由近及遠的順序起爆擴出掏槽空間。

3種掏槽方式機理不同,工藝要求也不盡相同。龜裂掏槽法因掏槽體積小,目前已很少使用。桶形掏槽法應用較為廣泛,但該法單位面積上需要的空孔數目多,對鉆機的精確度要求較高。螺旋掏槽法炮眼利用率高,布孔方式簡單,掏槽爆破受炮孔偏斜影響較小。本工程天井高度較小,綜合采場地質情況和礦山鑿巖設備情況,采用多空孔螺旋掏槽爆破。

3 爆破參數計算

為保證有足夠的初始補償空間,本次爆破提出多空孔掏槽方案,分別為三空孔掏槽、四空孔掏槽和五空孔掏槽方案。經過補償空間計算后,決定采用五空孔掏槽方案。

3.1 裝藥孔數

裝藥孔數目按式(1)計算:

式中,N——裝藥孔的總數目;

k——斷面系數;

g——每立方米巖石炸藥消耗量,根據采場礦石特性,初取 3.0 kg/m3;

η——炮孔裝藥系數,一般為 0.6～0.8,取0.75;

r——每米炮孔裝藥量,根據藥卷取 2.4 kg/m。

計算得:N=7.7。據此設計裝藥孔數目為 8個。其中布置掏槽孔 2個,輔助孔 2個,周邊孔 4個。

3.2 炮孔間距

根據使用的 ZQS100B潛孔鉆機知炮孔直徑Ф70 mm。根據空孔提供的初始補償空間計算相關參數見表1。最終繪制天井斷面炮孔布置見圖1。

表1 多空孔掏槽爆破參數

圖1 五空孔掏槽一次爆破成井炮布置示意(單位:mm)

3.3 裝藥量計算

首響掏槽孔藥量按式(2)計算:

式中,Q為首響炮孔每米裝藥量,a為炮孔至空孔切線夾角的一半,L為首響炮孔至空孔距離,D為空孔直徑。

其他掏槽孔藥量按式(3)計算:

式中:Qi為第 i號炮孔裝藥量,βi第 i號炮孔中心到槽腔切線的一半,Li第 i號孔至槽腔的孔距。

由此計算每個掏槽炮孔裝藥量見表2。

表2 掏槽炮孔裝藥量計算

4 裝藥與起爆

裝藥使用 2#巖石乳化炸藥,藥卷直徑 Ф50 mm,單卷長 0.5 m。1#～5#孔不裝藥,6#～13#孔采用連續裝藥。連續孔裝藥方式為先把導爆索用膠布纏在第 1個藥卷上,再把藥卷和導爆索綁在竹片的一端,導爆索貼在竹片內側;順著竹片每隔 50 cm再綁 3個藥卷,2個起爆管雷管都放在離孔口第 1個藥卷里,綁好后立起竹片緩慢放到炮孔中。周邊孔 10#～13#裝藥方法為:首先把導爆索用膠布纏緊第 1個藥卷,然后手拽導爆索慢慢把藥卷放入孔中,接著順著孔壁連續慢慢放 7個藥卷,導爆管雷管放在自孔底第 5個藥卷上。為確保炸藥送到孔底,應確保堵塞長度。掏槽孔堵塞 1.2 m,輔助孔和周邊孔堵塞1.4 m。

采用非電導爆管雷管與導爆索復式起爆,6#～9#孔分別用 2,6,8,10段毫秒導爆管雷管微差起爆;10#～13#孔分別用 2,3,4,5段半秒導爆管微差起爆。炮孔裝藥堵塞工序完成后,按設計的爆破順序聯線。

5 結 語

該礦利用多空孔螺旋掏槽一次爆破成井技術掘進切割天井,現場爆破試驗效果良好,天井超挖欠挖不明顯,作業安全高效可靠,勞動強度低,節省材料。實踐證明,多空孔螺旋掏槽爆破一次成井技術是可行的,為以后類似工程提供參考。

[1] 畢衛國,等.井下煤倉全深度分段爆破成井技術 [J].爆破,2003,20(4):34-37.

[2] 劉優平,陳壽如.直眼掏槽爆破參數設計探討[J].采礦技術,2005,5(3):65-66.

[3] 袁再武,劉能國,石幫乾.天井深孔分段爆破掘進試驗 [J].礦業研究與開發,1985,(4).

[4] 林大能,陳壽如.空孔直眼掏槽成腔模型理論與實踐分析[J].巖土力學,2005,26(3):479-483.

[5] 鄭祥濱,璩世杰,等.單螺旋空孔直眼掏槽成腔過程數值模擬研究[J].巖土力學,2008,(9).

[6] 廖世金.一次爆破成井掏槽法探討 [J].礦業研究與開發,1994,(1).

[7] 姜 科.切割井一次爆破成井實踐[J].金屬礦山,2003,(1).

[8] 張 強.中孔一次分段爆破成井技術的探討[J].云南冶金,1996,(4).

[9] 張艷濤,金 焰.大直徑螺旋掏槽爆破施工技術應用[J].重慶建筑,2010,(9).

2011-06-26)

史秀志(1966-),男,河北沙河市人,教授,博士,主要從事爆破與采礦技術安全方面的研究。