梅山鐵礦溜井一次爆破成井技術

鐘衛兵

(南京梅山冶金發展有限公司)

梅山鐵礦二期延伸工程溜井掘進從- 318 m水平開始向下掘進至-420 m水平，二期延伸工程投入使用后，330運輸水平所有的老溜井便不再使用，因此-318 m水平以上- 303，-288，-273 m水平回采和采準時需采用二期延伸溜井。如果使用二期延伸溜井，則須上延至相應的分層。為不影響正常生產，在運輸水平過渡期應提高成井效率，確保采區生產過程中有溜井可用。本研究以梅山鐵礦5-6、5-4溜井為例，對爆破設計方案及施工流程進行詳細分析，并對該礦溜井爆破技術進行優化，實現一次爆破成井。

1 爆破一次成井原理

爆破一次成井的思路是以相鄰空孔為自由面、補償空間和預裂導向孔，齊發起爆，共同作用將產生3種破巖作用[1-5]。單孔爆破時，裝藥孔周圍形成超高聲破碎圈，破碎半徑約為孔徑的8～10倍，當孔徑為76 mm時，破碎圈半徑為400～700 mm。由預裂爆破原理可知，中心裝藥孔爆炸后，強大的沖擊波使得裝藥孔周圍的巖石形成壓碎帶及裂隙區，由于空孔與裝藥孔距離較近，因此，爆炸應力波遇到空孔后，產生較強的反射拉伸波，從空孔壁向裝藥孔方向形成強烈的片狀破裂，當裝藥孔與空孔間距適宜時，兩孔之間的破碎巖石會相互貫穿[6]。同時，由于爆轟氣體的靜壓作用和礦巖和重力作用，可使破碎巖石膨脹為松散的巖渣，隨后被拋出[6]。當掏槽孔起爆時，相鄰空孔作為自由面、補償空間，爆落的礦巖碎脹后充滿整個崩落空間。破碎的礦巖借助爆轟氣體的靜壓作用和礦巖和重力作用被拋出，形成較大的空間，輔助孔或周邊孔爆破時以掏槽孔爆破后形成的空間為自由面和補償空間，且周邊孔起到控制成井輪廓的作用，從而達到一次爆破成井的目的。

2 實例分析

2.1 5-6溜井爆破

二期延伸工程新5-6溜井位于-318 m水平6L N16進路附近、-303 m水平6-7L N16進路，裝藥孔直徑為76 mm，空孔直徑為105 mm，共有5個空孔、4個掏槽孔、8個周邊孔(圖1)。該區域為赤鐵礦分布區，巖石較硬，巖性較好。本研究溜井施工采用搗洞式施工，即首先爆掏槽孔再爆周邊孔，溜井深12 m，為確保爆破成功率，分3次爆破，一次爆破高度為3～5 m。各炮孔裝藥量及堵塞長度見表1。

圖1 5-6溜井平面炮孔布置示意(單位：mm)

爆破炸藥種類為粒狀乳化銨油炸藥和乳化卷藥，爆破雷管采用奧瑞凱系列的高精度毫秒延時雷管，采用BQ-100風動裝藥器進行裝藥作業。具體流程為：①采用鐵絲吊袋法對裝藥炮孔底部進行堵塞；②使用黃沙對裝藥炮孔進行預先堵塞；③制作起爆彈；④裝填炸藥及起爆器材；⑤孔口用尾礦沙進行堵塞(圖2)。

表1 掏槽爆破炮孔裝藥量及堵塞長度

圖2 裝藥結構示意

本研究采用奧瑞凱非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表2。

表2 掏槽孔各孔起爆雷管段位

新5-6溜井由-303 m水平到-318 m水平總深為12 m，3次爆破均達到了預期的目的，爆破十分成功。第1次爆破高度為4 m，爆破效果明顯，爆破高度達到4～5 m，爆破后4#孔孔底堵塞，采用高壓水沖孔后，堵塞得以排除。爆破深度為4～7.8 m段，爆破效果良好，12個裝藥孔均未堵；第3次爆破實現成井。

2.2 5-4溜井爆破

5-4溜井位于-318 m水平4L N16進路附近、-303 m水平5-4L N16進路，裝藥孔直徑為76 mm，空孔直徑為105 mm，共有8個空孔(4個中孔、4個大孔)、5個掏槽孔(4個中孔、1個大孔)、8個周邊孔(8個中孔)(圖2)。該區域屬于赤鐵礦分布區，巖石較硬，巖性較好。在5-6溜井的基礎上,5-4溜井爆破方案有所改變，分2次爆破，第1次爆破為先爆破掏槽孔，1次爆破高度定為12 m，第2次爆破周邊孔，高度也為12 m。第1次、第2次掏槽爆破炮孔裝藥量及堵塞長度見表3。

圖3 5-4溜井炮孔布置示意(單位：mm)表3 5-4溜井一次成井爆破參數

第1次掏槽爆破炮孔編號第1次測孔/m總裝藥長度/m藥卷長度/m藥卷質量/kg散藥長度/m裝藥密度/(kg/m)裝藥量/kg總裝藥量/kg1#12.2120.40.911.60.98989.52#12.312.10.40.911.71.05656.83#1211.80.40.911.41.05455.34#12.111.90.40.911.51.05555.85#10.910.70.40.910.31.04950.1第2次掏槽爆破炮孔編號第2次測孔/m總裝藥長度/m藥卷長度/m藥卷質量/kg散藥長度/m裝藥密度/(kg/m)裝藥量/kg總裝藥量/kg6#12.011.50.20.511.31.05454.47#11.611.10.20.510.91.05252.58#11.210.70.20.510.51.05050.69#12.011.50.20.511.31.05454.410#12.111.60.20.511.41.05454.911#12.812.30.20.512.11.05858.212#13.012.50.20.512.31.05959.213#12.712.20.20.512.01.05757.8

本研究采用普通非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表4、表5。

表4 第1次掏槽爆破各孔起爆雷管段位

表5 第2次掏槽爆破各孔起爆雷管段位

爆破后有一瞎炮，處理后中間形成一小井，小井中間堵，為一小大塊卡住小井，小井上方4.0 m通，下方7.0 m通，成型較好，基本達到預定目標。第2次爆破也相當成功，同樣實現了爆破成井，提高了爆破成井效率。

3 爆破方法優化

本研究結合該礦5-6、5-4溜井爆破實踐發現，當補償空間足夠大、巖性條件較好時，大直徑空孔的布置有利于巖石破碎，對巖石的徑向裂隙形成和不斷擴展起促進作用，布置大直徑中心孔可為破碎、膨脹巖石提供充裕的補償空間，避免或減少破碎巖石在高溫高壓氣體作用下重新固結和擠壓，有利于排渣[6-7]。該礦5-6、5-4溜井施工都是通過多次爆破實現的，并非真正意義上的爆破一次成井，本研究對爆破方案進行優化，實現一次爆破成井。

在溜井掘進中，掏槽孔的爆破效果在很大程度上決定著其他炮孔的爆破效果，直接影響一次爆破成井的爆破效果，因此必須合理選擇爆破參數。根據該礦現有的鑿巖設備，設計空孔直徑為105 mm，周邊孔和掏槽孔直徑為76 mm，炮孔深度約為12 m，溜井直徑為3 m。

梅山鐵礦礦石普氏系數f=8～14，巖石普氏系數f=6～10，屬于較硬巖石，本研究采用直孔桶形對稱掏槽形式，一次成井爆破的補償空間由空炮孔提供。中心孔起爆的補償空間由分布于半徑為0.3 m的圓形邊上的8個空孔提供，8個直徑為105 mm、長12 m的空孔提供的補償空間為0.935 m3，中心孔爆破所崩礦石體積為2.456 m3，則中心孔部分的補償系數為38.07%。掏槽孔第1段位爆破的補償系數(裝藥孔也可以作為補償空間)為493.1%。由于是逐孔起爆，其余炮孔均以前一段爆破空區提供補償空間，遠大于淘槽部分，故無需進行計算。本研究掏槽孔和2個空孔連線的垂直距離為0.28 m；中心孔與空孔的距離為0.3 m。首先起爆掏槽孔，其余周邊孔均勻分布于溜井周邊。根據梅山鐵礦5-6、5-4溜井爆破實踐，本研究設計9個掏槽孔，其中1個大孔(中心孔)、8個小孔；8個周邊孔為小孔；8個空孔為大孔(圖4)。

圖4 炮孔布置示意(單位：mm)

梅山鐵礦中深孔爆破采用的是粒狀銨油炸藥，密度為1.0×103kg，采用耦合連續裝藥結構，單個裝藥孔的單位裝藥量為4.534 kg/m3。一次起爆12個炮孔，每個炮孔深12 m，炮孔裝藥量為652.9 kg，崩礦量為84.823 m3，炸藥單耗為7.697 kg/m3。

一次成井炮孔采用徑向連續偶合裝藥結構，由上向下裝藥。在炮孔全長敷設導爆索，利用裝藥器的壓力將散裝炸藥送入孔底，在孔口位置留一段距離，用卷藥進行補充并作為起爆藥包，最后用黃沙堵塞孔口(圖5)。

圖5 一次爆破成井裝藥結構示意

炮孔孔底堵塞長度根據掏槽孔、周邊孔裝藥系數確定，掏槽孔的裝藥系數為0.9，孔口不裝藥段為0.6，其他孔裝藥系數為0.8，不裝藥段長度為0.8 m，不裝藥部分用黃沙封填孔口[8]。起爆順序為先起爆掏槽孔，再起爆周邊孔，各炮孔按照“抵抗線最小者先起爆”的原則起爆。根據以往成功經驗[6]，本研究爆破延時間隔取100 ms。

本研究采用普通非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表6。

表6 各孔起爆雷管段位

4 結 語

為確保梅山鐵礦二期工程與二期延伸工程溜井順利對接，結合該礦5-6、5-4溜井施工實例，詳細分析了爆破設計方案及施工工藝流程，在此基礎上，對一次成井爆破技術方案進行了設計，對于類似礦山溜井施工有一定的借鑒價值。