復式楔形掏槽在馬路坪礦切割上山中的應用

趙 勇，陳 英，張 壽，張電吉，王智峰

1. 貴州開磷集團礦業總公司，貴州 開陽550302；2.武漢工程大學資源與土木工程學院， 湖北 武漢430074

0 引 言

切割上山是礦房回采前的一道準備工序，通過在礦房端部以回采邊界為限，開鑿出礦房回采爆破前的自由面和礦石破碎補償空間.切割上山形成的工藝和效率將會影響到整個礦房的回采效果和進度，而爆破方法還是目前開挖的主要手段.切割上山的掏槽爆破開挖由于巖石的夾制作用大，單自由面，爆破效果難以保證[1]，成為制約礦井生產集中化、采掘機械化和礦井大型化進程的主要因素[2].

國內外許多科研單位及礦山企業的專家學者對井下的巷道掘進爆破進行了系統的研究.在力學理論方面，林大能和陳壽如[3]對平行空孔直線掏槽中的空孔進行理論分析，建立空孔的物理力學模型，探討其槽腔利用率與巖石力學性質、孔網參數和炸藥裝藥參數的相關性；鄭祥濱等[4]通過采用數值計算方法，利用ANSYS有限元軟件，對螺旋形掏槽中的單螺旋空孔的力學效應進行數值計算，結果顯示空孔對爆炸應力波的傳播特性和整個槽腔的形成過程作用顯著，應力在空孔附近出現集中效應，隨著空孔的直徑增加，應力集中效應增強，并增強反射拉伸波的破巖效果.在實踐方面，袁文華和馬芹永[5]探索采用中深孔爆破技術和楔形掏槽方式，取代淺孔多循環爆破方式，通過現場實踐，中深孔爆破提高了爆破效果和炮眼利用率.

開磷集團馬路坪礦中磷礦賦存條件較差，頂板極不穩定，而且厚度太大，為進一步提高工作效率，降低開采過程中的安全隱患，提高一次性拉槽爆破的長度成為亟需解決的問題.如何實現提高切割上山的效率，目前的研究成果不多，本文根據馬路坪礦現場具體情況，經過理論分析與設計，采用復式楔形中深孔爆破技術對馬路坪礦的切割上山工藝進行改進.

1 馬路坪礦中磷地質概況

貴州開磷集團馬路坪磷礦地下采礦采用分段空場崩落法回采礦石，采礦方法為端部退采分段空場法.馬路坪礦礦體呈穩定層狀產出，礦層傾角20°～45°，礦體厚3～6 m.整體穩定，礦石本身無粘結性，節理以及小滑動面較為發育.中磷礦層之上不含假頂，直接頂為灰質白云巖，厚度介于0.3～5.5 m之間.其接觸面與礦層非常光滑，在礦層回采一定距離后，處于懸空的這層頂板極易發生較大面積的垮落[6].

2 復式楔形掏槽技術

楔形斜眼掏槽具有炸藥單耗低、炮眼布置少、易于槽腔內碎石的拋出等優勢，有利于提高掏槽速度和工效，正在被越來越多的礦山使用.

與單楔形掏槽相比，復式楔形掏槽就是多了兩排更深、會產生更好爆破效果的二級掏槽眼.復式楔形掏槽的炮孔布置方式如圖1所示，為雙排楔形炮孔.

圖1 炮孔布置

復式楔形掏槽爆破中，當一級掏槽孔起爆后，由于炮孔間距較小，深度較淺，自由面單一，巖石夾制作用較大，所成槽腔體積有限，底部呈現駝峰形，如圖2所示.當二級掏槽孔起爆時，借助一級掏槽孔形成的槽腔，二級楔形掏槽孔破巖時的夾制作用明顯降低，掏槽孔范圍內的巖石可以得到更為充分的破碎，如圖3所示.

圖2 爆破過程1

圖3 爆破過程2

在中心炮孔的底部加入少量裝藥，炸藥爆破后更利于槽腔中心巖體的破碎，以免在槽腔底部形成“鼓肚”，同時中心孔的裝藥也可以改善破碎巖石的拋擲效果，有利于形成更大的槽腔.

相比于單楔形掏槽，復式楔形掏槽提高了炮眼利用率和單位體積炮眼長度.其次，當炮孔深度比較大時，對于單楔形掏槽的打孔精度很難保證孔底距和炮眼落在同一平面上，改采用復楔形掏槽可以解決以上問題[7].這樣，在加大掏槽長度的同時，減少了懸頂及炮孔偏斜的問題.

3 馬路坪礦工程應用

為了加大掏槽深度，采用二級復式楔形掏槽爆破來實現深孔爆破作業.每對掏槽眼呈完全對稱形或近似對稱形；內層楔孔深度較小、裝藥也較少，并先行起爆.各對掏槽孔由淺變深，與工作面的夾角由小變大，使每個掏槽眼孔底所作垂線恰好落在開挖斷面內.

3.1 炮孔布置

采用二級復式楔形掏槽，并加入若干底部裝藥的中心空孔，中心孔采用間隔裝藥.一級掏槽孔距中心位置為150 cm，二級掏槽孔距離一級掏槽孔為100 cm，輔助孔距離二級掏槽孔為50 cm，周邊孔距離輔助孔為100 cm.所有的孔呈扇形分布在巖壁上，其中一級掏槽孔與水平夾角84°，二級掏槽孔與水平夾角86°.使用阿特拉斯·科普柯公司生產的單臂全電腦中深孔鑿巖臺車進行鉆孔，孔徑為60 cm.布孔網絡方案如圖4所示.

圖4 復式楔形掏槽炮孔布置示意

3.2 裝藥及起爆網路

采用礦用炸藥為顆粒狀銨油炸藥，采用風壓裝藥臺車進行耦合裝藥.

由于是上向炮孔，受技術條件限制，上部的掏槽孔、輔助孔以及周邊孔傾角太大，采取滿裝藥，并用編織袋在孔口進行堵塞.下部的孔傾角較平緩的炮孔不滿裝藥，在距離空口約1.5 m處進行編織袋堵塞或者不堵塞.

采用非電塑料導爆管毫秒延期起爆網路，采用乳化炸藥小藥卷制作起爆藥包；一級掏槽孔起爆藥包置于孔內中上部，二級掏槽掏槽孔起爆使用雙藥包起爆，分別位于中上部和中下部.如圖5所示.一級掏槽孔雷管為MS1，二級掏槽孔雷管為MS3，輔助孔雷管為MS5，周邊孔雷管為MS7，孔外一次簇并聯起爆.

圖5 復式楔形掏槽炮孔裝藥示意圖

3.3 現場試驗

在作業過程中根據鑿爆參數設計圖進行跟班施工，并作好爆破參數和爆破效果記錄，對試驗結果進行分析，在試驗過程中根據爆破效果不斷調整參數.

試驗工作面選中磷640分層3#底柱N4(S頭面).礦房規格為：毛寬4.7 m，毛高5.2 m，礦體走向110.8°,傾向20.8°，巖石巖性較軟.爆破參數如表1所示.

表1 試驗爆破參數

3.4 試驗總結

爆破后進入現場測量，爆破塊度適中，比較均勻，爆堆前沖作用明顯.

a.復式楔形掏槽，掏槽體積更大，槽腔碎石運動初始能大，同時爆破塊度適中，分布較均勻；

b.與單楔形掏槽相比，復式楔形掏槽更能克服巖石的夾持作用，能夠為下一步的爆破提供更多的自由面，提高了爆破效率；

c.復式楔形掏槽的施工技術要求高，難度大，對鑿巖臺車操作人員的技術水平要求較高；

d.在馬路坪礦，現有的礦房布置一般是高約5 m，寬約4.5 m，是為現有的切割上山工藝布置的礦房.在使用復式楔形掏槽技術，爆破之后產生的大量碎石比現有的爆破技術要多，在短時間內迅速充滿礦房，這樣就阻礙了后續的爆破進程.因此，在后續的現場試驗進程中，要擴大補償空間，提高爆破效果.

4 結 語

通過試驗說明，在礦山切割上山工藝中使用復式楔形掏槽技術是可行的，可以提高掏槽爆破中槽腔形成效果，進而提高切割上山的開鑿進度和整個礦房的回采效率，同時改善了切割上山工作面的安全工作條件，為切割上山工藝改進提供了新的思路.

致 謝

本研究得到了武漢工程大學爆破工程課題組和開磷集團馬路坪礦的支持與幫助，在此表示衷心感謝！

[1] 林大能,陳壽如.直眼掏槽效率敏感因子的理論與試驗分析[J].煤炭學報，2005，30(1):40-43.

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[2] 張軍輝.我國煤礦采煤機的研制回顧，現狀以及發展[J].煤礦機械,2008.29(3): 1-3.

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LIN Daneng, CHEN Shouru. Experimental and theoretical study of parallel hole cart blasting withcavity[J].Rock and Soil Mechanics, 2005, 26(3)：479-483.(in Chinese)

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YAO Hua，HE Zhongguo，LI Junxiong. Small section cutting up the mountain long deep hole section differential blasting[J]. China Mining Magazine，2012,8(21)：510-511. (in Chinese)

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