聚礦槽切割槽一次成槽技術在普朗銅礦的應用

王 歡， 黃華桃， 龔清田， 肖衛國， 肖明紅

(金誠信礦業管理股份有限公司， 北京 101500)

1 前言

聚礦槽是自然崩落法礦山中連接出礦水平與拉底水平的漏斗狀通道，其成型速度、成型質量等直接關系到礦山出礦能否順利開展，是一項咽喉工程。我國采用有底柱崩落采礦方法回采的礦山普遍沿用人工淺孔爆破的方式進行聚礦槽施工，該方式施工難度大，效率低，施工安全難以保證[1]。普朗銅礦采用自然崩落法采礦，超前式拉底，在已拉底區域下采用淺孔爆破方式進行聚礦槽施工，施工安全難以保證，且成型速度較慢，而聚礦槽成型速度又制約著拉底推進速度，影響著整個礦山能否按時達產[2-7]。因此，普朗銅礦在引進國內外先進設備、技術的基礎上，通過技術革新，成功采用φ762 mm鉆孔配合中深孔微差爆破實現聚礦槽切割槽中深孔爆破一次成槽，取得了較好的技術經濟效果。

2 工程概況

普朗銅礦設計生產能力1 250萬t/a，采用自然崩落法開采。首采區域主要開采KT1礦體，含礦巖石主要為石英二長斑巖，礦體長1 200m，垂深17.0～750m。礦山工程地質復雜程度為中等類型，礦區內巖石硬度以堅硬為主，局部破碎帶較發育，巖體基本結構類型以塊狀結構為主，節理裂隙發育，巖體基本質量為Ⅲ類，礦巖可崩性中等。礦巖平均密度為2.68t/m3，松散系數1.69，平均硬度系數f=9，平均自然安息角36.5°。

礦山設計采用超前式拉底，雙拉底道，窄式傾斜拉底，拉底高度10～15m。聚礦槽呈上寬下窄的漏斗狀，上寬14 027mm，下寬4 200mm，高16m，采用中深孔爆破，滯后于拉底推進線20～30m。

礦山自2016年開始進行拉底及聚礦槽爆破，至2017年10月，已拉底約30 000m2，形成聚礦槽40個。

3 聚礦槽切割槽一次成槽原理

聚礦槽按其形成順序可分為切割及擴槽兩個步驟，切割即以大孔及聚礦槽巷道為自由空間通過中深孔爆破形成切割槽，它為后續擴槽提供補償空間；擴槽即在已經形成的切割槽基礎上通過擠壓爆破形成聚礦槽漏斗。本文只討論聚礦槽切割槽部分，切割槽設計上寬17 594mm，在拉底水平處寬度14 027mm，下寬為聚礦槽巷道寬度4 200mm，高度17 000mm，寬度2 000mm，具體情況如圖1所示。

一次成槽是利用上向扇形中深孔，以φ762mm大孔及聚礦槽巷道為爆破自由空間，孔間微差爆破，逐級爆破形成切割槽漏斗。切割槽一次成槽是在成功實現中深孔一次成井的基礎上進行的，其原理基于中深孔一次爆破成井技術，本文以φ762mm一次成井原理為基礎進行論述。

圖1 聚礦槽切割槽示意圖

中深孔一次成井關鍵在于解決補償空間及爆破微差時間，根據現場施工設備、技術水平等，進行中深孔一次成井布孔設計，具體情況如圖2所示。中深孔及大孔均為垂直上向孔，深度均為17m。

圖2 一次成井布孔設計

圖3 爆破高度16.8m一次成井效果圖

中心φ762mm大孔采用山特維克DU411大孔臺車施工，補償空間面積0.456m2，1～8#中深孔采用Simba 1354采礦臺車施工，孔徑76mm，8個孔共計形成補償空間面積0.036m2，爆破巖石面積3.508m2，補償空間系數約13%，顯然不能滿足爆破成井要求。

因此，需要采用孔間微差爆破，有效利用聚礦槽巷道空間，解決補償空間不足的問題。為解決此問題，現場采用數碼電子雷管不斷試驗，通過電子雷管延期時間進行標定，試驗表明在1～4#孔爆破完成后，5～8#孔必須間隔1 090ms以上才能取得較好的爆破效果，圖3所示為一次成井效果圖。

根據標定的延期時間，按照式(1)對爆破影響系數K(包括炸藥爆轟加速度影響，爆破巖石相互作用影響等)進行反算。

(1)

式中：H——一次爆破高度，取17m；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

t1——延期時間，t1=1.09s。

通過式(1)計算得出K=0.585。

根據計算得出K值，可以確定不同高度切割井一次成井爆破所需要延期時間t為

(2)

根據式(2)，現場分別對爆破高度12～17m內的切割井進行一次成井試驗，均取得較好的成果，圖3所示為爆破高度16.8m一次成井試驗效果圖。

4 切割槽一次成槽布孔設計

布孔以中心φ762mm大孔及聚礦道作為切割槽爆破的初始自由空間，分為擴井孔J1～J8號孔，擴槽孔KC1～KC3排，每排各6孔，布孔設計如圖4所示。

圖4 切割槽一次成槽布孔設計示意圖

1)大孔及中深孔鑿巖參數設計

大孔：切割槽中心大孔采用山特維克公司生產的DU411大孔臺車施工，孔徑762mm，為垂直上向孔，孔深17 025mm，為初始補償空間。施工時首先采用φ165mm鉆頭施工導向孔，再換φ254mm鉆頭施工擴孔，最后使用V30鉆頭施工φ762mm大孔，施工過程中必須保證大孔垂直度。

中深孔：采用Simba 1354采礦臺車施工，炮孔直徑76mm，采用雙機芯施工，機芯高度1 900mm，孔深17 457～18 935mm，邊孔角75°。借鑒國內外同類礦山經驗值，同時結合現場實際情況，確定最小抵抗線W=2 500mm，孔底距2 000～2 500mm，孔口距約為孔底距一半，取1 000～1 200mm。

布孔中需注意J1～J4號孔距大孔邊距離不能大于400mm，若間距過大爆破后會發生“放腔”現象。

2)中深孔爆破參數設計

裝藥參數: 裝藥采用BQF- 100Ⅱ型裝藥器，沿孔長連續耦合裝藥。炸藥采用ANN- 2黏性粒狀炸藥，爆速≥2 800m/s，雷管采用數碼電子雷管，延期時間15s以內。

起爆方式和起爆順序：采用數碼電子雷管一次起爆，孔口及孔底雙向起爆，孔間及排間微差爆破。起爆時先起爆擴井孔，然后由近及遠起爆擴槽孔，逐級形成漏斗狀切割槽。

延期時間：排間微差時間t2由式(3)確定。

t2=WKp(24-f)

(3)

式中：t2——微差時間，ms；

W——最小抵抗線；

f——礦巖普氏系數；

Kp——巖石裂隙系數，裂隙較少時取0.4～0.5，裂隙中等時取0.7～0.8，裂隙較發育時取0.85～0.9。

根據式(3)計算得出，微差時間為25～35ms，根據現場情況取35ms。

研究表明，爆破時巖石帶有一定的能量，以50～100m/s撞擊前排爆破體[8]。因此，大孔一側炮孔擠壓爆破時需選擇在另一側已爆破礦巖動能最小時進行，因此延期時間需180～360ms，為保證爆破質量，現場取360ms。

綜上，確定各孔延期時間，見表1。

表1 聚礦槽一次成槽爆破數碼雷管延期時間表

5 效果分析及改進建議

按照上述設計，在普朗銅礦首采區域N2～S4穿脈中共進行23次聚礦槽切割槽一次爆破成槽，均取得了較好的效果。聚礦槽一次成槽效果如圖5所示。

圖5 聚礦槽切割槽一次成槽效果圖

通過采用聚礦槽切割槽一次成槽技術，施工人員一次即可完成擴井孔、擴槽孔裝藥，在巷道內作業，施工效率高且安全可靠，避免了分次爆破時在已爆破切割井下的作業風險，且減少了出礦量，使礦山獲得了良好的技術經濟效益。在應用中的幾個建議：

(1)必須保證成孔質量，孔深誤差不大于±0.2m，角度誤差小于±1°。

(2)必須保證裝藥質量，裝藥時風壓應在0.45～0.5MPa之間，保證裝藥的連續性及密實性。

(3)由于聚礦道中心位置較高，爆破后容易破壞后排炮孔眉線，因此，下一步建議將切割槽及兩側擴槽排同時爆破。

(4)由于國產數碼電子雷管局限性，因此，在每次裝藥前需要對每發雷管進行檢測，確保雷管質量滿足爆破要求。

(5)在延期時間滿足要求的前提下，盡量采用逐孔起爆，以降低對底部結構的爆破震動，減少底部結構破壞。

6 結論

(1)通過現場實踐對中深孔爆破一次成井的原理進行簡單的分析總結，提出了延期時間計算公式，并成功實現通過φ762mm大孔一次爆破成井、一次爆破成槽。

(2)采用先爆破形成切割井再形成切割槽的方式時，由于切割天井與拉底水平連通，需要進行大量出礦，且施工人員需要站在已爆破形成的切割井下作業，作業環境非常差，施工安全不能保障。

(3)聚礦槽切割槽一次爆破成槽，與傳統成槽方式相比機械化程度高，減少了輔助工作時間，提高了勞動生產率，降低了生產成本。

(4)采用聚礦槽切割槽一次爆破成槽，加快了聚礦槽的施工進度，縮短了出礦口的準備時間，為礦石按期達產提供了保障。

(5)普朗銅礦采用自然崩落法采礦，礦石可崩性較好，使用該技術相對較為成功。但在巖石爆破性能較差的礦山，采用該技術時，需要進一步優化爆破參數，否則爆破效果不易保證。