礬山磷礦切割井中深孔一次成井爆破技術

馬志慧

(河北礬山磷礦有限公司， 河北涿鹿 075600)

1 前言

切割井的掘進是礦山生產采切工程中至關重要的施工環節，切割井安全、及時施工直接決定著采礦工作的開始和完成進程，因此切割井的鉆鑿、爆破和施工方法一直是礦山行業研究人員和現場技術人員關注的關鍵技術。常規的施工方法雖然已經使用多年，但是存在施工環境危險，施工效率低、成本高等多種問題，近些年一次爆破成井技術逐漸在井工礦山、露天礦山和隧道工程等施工中被廣泛使用[1-3]。豐山銅礦天井掘進中采用中深孔爆破一次成井技術，采用七個空孔掏槽方式提供自由面，此爆破方法大大降低了人工成本，改善了作業環境。李啟月[4]對多孔球狀藥包爆破一次成井和直孔掏槽爆破一次成井兩種技術模式進行了對比研究。李廷春[5-7]以應力波反射機理為基礎，探討了超深孔一次爆破成井技術的優勢。冬瓜山銅礦[8]在溜井掘進過程中采用一次爆破成井技術，提出了爆破孔采用小直徑炮孔、空孔采用大直徑孔以及掏槽孔位置選擇應避開不利地段等結論。寇崗[9],于長軍[10]等以工程施工成本和施工效率角度論述了爆破一次成井技術在煤礦和金礦掘進施工中的優勢。鑒于爆破一次成井技術的優勢，在礬山磷礦切割井施工中引入該技術，對爆破參數進行設計，對爆破后效果進行分析。

2 工程概況

礬山磷礦于1994年正式投產，設計采選生產規模為120萬t/a。目前井下東區生產中所用的無底柱分段崩落法，適合礦床的賦存特點和開采強度要求；西區在承壓水體被有效疏干以前采用充填法進行回采。礦塊沿走向布置，礦塊長度60m，高度為分段高度12m，礦塊寬為礦體厚，每個礦塊施工一條切割井。切割井規格為2.0m×2.0m，深度16m。礦巖體具有明顯似層狀結構，導致不同類別巖石力學性質存在較大差異，分別為巷道頂板巖石強度高、礦層巖石強度低、夾石強度高、直接底板強度低、間接底板強度高。礦體及其頂底板軟硬巖層交替出現使礦巖力學性質復雜多變，在切井施工中，出現片幫使切井無法繼續施工。為了解決溜井和切井施工過程中的安全問題，引進一次成井爆破技術，取得了滿意的效果。

3 一次成井爆破技術

3.1 施工設備及爆破參數

437m、449m、461m分段施工了6條切割井，確定采用YGZ- 90型鉆機施工鉆孔。根據不同用途鉆鑿不同直徑的炮孔，炮孔類別有空孔、掏槽孔、輔助孔和周邊孔。空孔數量為3個，位于工作面中心位置，孔徑為90mm，不裝炸藥；掏槽孔數量為4個，孔徑為70mm；輔助孔數量為4個，孔徑為70mm；周邊孔數量為8個，孔徑70mm。設置空孔為了探測孔深并為掏槽孔爆破提供自由面和補償空間，空孔鉆鑿深度為6.8m，設計與上水平打透。其他三類炮孔施工深度為6.3m，留0.5m厚的巖層。

設計一次鑿巖一次爆破，起爆順序：掏槽孔1段、2段；輔助孔3段、4段；周邊孔5～12段。使用半秒延期導爆管雷管，簇聯爆破網路。共裝藥爆破16個孔，炮孔之間的距離和相互位置關系如圖1所示，圖中數字標識代表起爆雷管段數，1～4段的起爆雷管均為2個，雷管段數是5～12段。

圖1 一次成井炮孔布置圖

裝藥結構：連續裝藥，單孔裝藥長14m(采用粒狀藥)，炮孔填塞長2m。反向孔底起爆，簇聯爆破網路。起爆網絡采用延期雷管傳爆，炸藥選用2號巖石硝銨炸藥。

3.2 單孔裝藥量

單孔裝藥量為14.7kg/孔，炸藥選用直徑為32mm，2號巖石硝銨藥卷和粒狀硝銨炸藥。線裝藥密度約為1.05kg/m，其裝藥長度為14m，炮孔深度為16m，填塞部分長度為2m。堵塞的材料用黏土做炮泥，并用木棍分層搗實。堵塞的長度應符合規定，保證爆破效果。

3.3 爆破網絡

采用導爆管起爆網路，采用毫秒和半秒延時導爆管雷管簇聯起爆，具體過程：導爆管遠程電子引爆機(擊發)→導爆管(傳爆)→非電毫秒和半秒延期雷管(引爆起爆彈)→引爆起爆彈藥柱。

4 爆破安全控制

井工礦山生產爆破對井下建(構)筑物及附屬設施有較大的危害，同樣會對人員身體健康及生命安全造成危害，因此井下爆破必須嚴格規范要求，對爆破安全范圍進行圈定，為井下設備、人員的安全提供有效防護。根據爆破安全要求對單斷面同時起爆的炸藥量以及安全范圍進行計算，爆破產生振動對周圍的影響采用質點垂直振動速度來衡量。根據國家《爆破安全規程》的規定，最大起爆藥量Q為

式中：R——爆源距，m；

V——安全振速，V=15cm/s；

k——與地質條件相關參數，取k=150；

a——衰減指數，取a=1.5。

根據爆破安全公式計算得到設計單段最大起爆藥量小于80kg，即距離爆源20m以外的巷道及附屬建筑不會受到爆破振動的危害，具體見表1。爆破前需對安全范圍內的不可移動設備進行防護，人員及可移動設備及時撤出現場。礬山磷礦一次成井爆破設計中，單段最大起爆藥量為29.4kg，其所對應的最小安全距離為14.32m。

表1 距離與最大起爆藥量對應關系

5 施工成本控制

1)普通分段爆破施工

人工費362元/m3，施工巖石體積為64m3，人工成本362×64=23 168元；

材料費(爆破器材)46.93元/m3，材料成本46.93×64=3 003.52元；

炸藥36kg/炮×4炮×8元/kg=1 152元；雷管25發/炮×4炮×3.5元/發=350元；

因此，普通分段爆破施工成本為27 673.52元。

2)一次成井爆破施工

人工費35.15元/m3，施工巖石體積為64m3，人工成本35.15×64=2 249.6元；

材料費(爆破器材)136.5元/m3，材料成本136.5×64=8 736元；

炸藥14.7kg/孔×16孔×8元/kg=1 881.6元；雷管32發/孔×3.5元/發=112元；

一次成井爆破施工成本為12 979.2元。

經過多次爆破分段成井施工安全危險性大，施工周期長。一次鑿巖一次爆破成井施工安全危險性小，施工速度快。經濟成本相比較一次成井爆破技術可節約成本共計14 694.32元。

6 結論

一次成井爆破，危險性小，施工速度快。通過該工程的實施，可以減少普通法掘進天井的循環次數，解決了施工溜井、切井的危險性，保證了生產安全。縮短了溜井、切井的施工周期，改善了生產銜接。不斷改善爆破參數，降低炸藥單耗。可以減少溜井、切井施工不到位的浪費，有效控制成本并提供施工效率。