Boomer 281掘進臺車在李樓鐵礦巷道掘進施工中的應用

馬天勇 張丕洪 陳鵬剛

(1.新疆地礦局第一地質(zhì)大隊；2.新疆寶地礦業(yè)股份有限公司；3.五礦礦業(yè)(邯鄲)礦山工程有限公司)

1 工程概況

按照李樓鐵礦礦床特點和開采要求，該礦引進了安特拉斯公司生產(chǎn)的Boomer 281掘進臺車，專用于平巷開拓與采準施工。目前，該型臺車在李樓鐵礦掘進臺效已達180 m/(臺×月)。井下巷道掘進時主要采用Boomer 281掘進臺車進行鉆孔作業(yè)，該型臺車技術(shù)參數(shù)為釬桿長度3.5 m，最大鉆進孔深 3.3 m，鉆頭直徑 45 mm，鉆孔直徑 48 mm，擴孔鉆頭直徑89 mm，孔徑93 mm。巷道掘進選用了φ32 mm 2#巖石乳化粉狀炸藥和2#巖石乳化水膠炸藥。為進一步提升該礦巷道掘進施工效率和質(zhì)量，本研究通過對爆破方案進行設計，并對爆破技術(shù)參數(shù)進行優(yōu)化取值。

2 爆破方案設計

由于該礦圍巖主要為Ⅰ、Ⅱ級圍巖，巖石硬度較大，放本研究巷道掘進施工采用全斷面一次爆破方法。

2.1 爆破參數(shù)確定

(1)炮孔直徑及炮孔深度。目前該礦巷道掘進采用的藥卷直徑為32 mm，參照選取的鉆孔機具型號，炮孔直徑d取48 mm。為加強掏槽槽腔內(nèi)巖石的破碎和拋擲作用，掏槽眼鉆孔深度一般比周邊眼深0.15～0.25 m。但在實際操作過程中如果掏槽深度超鉆200 mm，下一班組施工過程中會出現(xiàn)布眼困難現(xiàn)象，故本研究掏槽眼深度L=3 m。

(2)周邊孔密集系數(shù)。周邊孔密集系數(shù)m是指周邊孔間距a與最小抵抗線W的比值[1-3]，一般情況下，硬巖取0.8～1.0，軟巖取0.6～0.7，本研究m=1。

(3)周邊孔間距和最小抵抗線。本研究根據(jù)光爆試驗結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場巷道圍巖實際情況，周邊孔間距a=500 mm，當m=1時，光面爆破的最小抵抗線(即光爆層厚度)W=500 mm。

(4)周邊孔傾角及裝藥集中度。周邊孔的施工由于受到鑿巖臺車或操作技術(shù)的限制，需要向上或向外偏斜一定的角度，一般為3°～5°，以確保斷面輪廓不縮小，但需確保眼底不超出設計輪廓10 cm，周邊眼爆破后的實際輪廓面呈緩階梯狀。當進行全斷面一次光面爆破時，周邊眼的裝藥集中度Qx=200～300 g/m，軟巖中取小值，硬巖中取大值。結(jié)合現(xiàn)場實際通過計算，周邊眼裝5卷藥，其中1卷為水膠炸藥，4卷為粉狀炸藥，單孔裝藥量為800 g，Qx=267 g/m。

(5)掏槽形式。根據(jù)單炮進尺要求以及現(xiàn)場實際施工情況，采取直眼掏槽的形式(圖1)。其中，空孔為φ93 mm擴孔，當掏槽裝藥孔起爆后，裝藥孔對周邊空孔產(chǎn)生強力的擠壓作用，使得掏槽槽腔內(nèi)巖石破碎，而后通過爆破氣體的余能從槽內(nèi)拋出，達到掏槽的效果。通過現(xiàn)場爆破試驗，認為在堅硬巖層中采用直眼掏槽方式爆破效果較好[4-6]。

圖1 直眼桶形掏槽形式

2.2 炮孔數(shù)目和裝藥量

在實際施工過程中，由于各種因素的疊加，炸藥單耗應大于理論值1.97 kg/m3，本研究取2.6 kg/m3。

2.2.1 炮孔數(shù)目

單個爆破循環(huán)中的總炮孔數(shù)計算公式為

(1)

式中，q為炸藥單耗，2.6 kg/m3；s為巷道掘進斷面面積，13.42 m2；η為炮孔利用率，0.87；m′為每個藥卷長度，0.2 m；a為裝藥系數(shù)，0.488；p為每個藥卷質(zhì)量，干粉0.15 kg，水膠0.2 kg。經(jīng)計算并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，本研究N=75。

2.2.2 炮孔裝藥量

單孔裝藥量Q的計算公式為

(2)

式中，α為平均裝藥系數(shù)；G為藥卷質(zhì)量，2#巖石炸藥每卷質(zhì)量為0.15 kg；H為藥卷長度，0.2 m。

掏槽眼，α=0.87，Q=1.95 kg。輔助眼，α=0.5～0.67，Q=1.35 kg。頂眼與側(cè)眼，由Qx可知，Q=0.8 kg。

底眼，α=0.8，Q=1.85 kg。經(jīng)計算：掏槽眼總裝藥量Q1總=26 kg，輔助眼總裝藥量Q2總=36.45 kg，頂眼和幫眼總裝藥量Q3總=16.8 kg，底板眼總裝藥量Q4總=12.95 kg，空眼裝藥量為0，則總耗藥量Q總約90 kg。

2.3 炮孔布置

根據(jù)巷道圍巖特征，經(jīng)過多次實驗，本研究確定的炮孔布置方式如圖2所示。首先布置掏槽眼，周邊眼嚴格按設計開挖輪廓線布置，周邊眼間距不宜大于600 mm。輔助眼根據(jù)“上稀下密、中部均勻分布”的原則布置[7-9]。

圖2 炮孔布置示意

2.4 裝藥方式和起爆網(wǎng)絡

2.4.1 裝藥方式

對于頂眼、幫眼及輔助眼采用不耦合間隔裝藥，掏槽眼和底眼采用連續(xù)不耦合裝藥形式。孔底2卷φ32 mm乳化水膠炸藥，外接φ32 mm乳化粉狀炸藥；其他炮孔孔底1卷φ32 mm乳化膠狀炸藥，外接φ32 mm乳化粉狀炸藥。其中，幫、頂眼采用“3-1-1”間隔裝藥方式，連接1發(fā)雷管和導爆索。掏槽眼和底眼采用連續(xù)裝藥形式，單孔13卷，1發(fā)雷管孔底起爆。輔助眼采用連續(xù)裝藥形式，單孔8～10卷，1發(fā)雷管孔底起爆。頂眼和幫眼采用空氣間隔裝藥方式，周邊眼結(jié)構(gòu)為“3-1-1”，1發(fā)雷管孔底起爆，嚴格堵塞炮孔，堵塞距離不小于200 mm。

2.4.2 起爆網(wǎng)絡

采用導爆管起爆法，采用串并聯(lián)爆破網(wǎng)絡(圖2)，相關(guān)爆破參數(shù)取值見表1。

3 結(jié) 語

以李樓鐵礦為例，結(jié)合Boomer 281臺車，對該礦巷道爆破掘進施工方案進行了設計，并對爆破技術(shù)參數(shù)進行了優(yōu)化取值。實踐表明：采用Boomer 281臺車后，巷道掘進的鉆孔時間得到了有效減少；光爆后，巖碴塊度較小且均勻，有利于裝碴，節(jié)省了裝運時間，清理危石或補炮時間大大縮短，減少了支護成本；通過控制光面爆破后巷道的斷面規(guī)格及成型質(zhì)量，有效降低了巷道的超、欠挖量，在節(jié)省了炸藥等火工品消耗的同時降低了巷道后期的支護工程量，有效降低了生產(chǎn)成本，降低了井下工人的勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境。

表1 爆破技術(shù)參數(shù)取值