中深孔輔助切割槽天井鉆機一次爆破成井技術應用實例

姜福允 皇甫風成

(新疆阿舍勒銅業股份有限公司 哈巴河縣 836700)

1 引言

某地下銅礦上部采區的主要的采礦方法為無底柱分段崩落法，采場沿走向布置，采用YGZ-90鉆機施工上向中深孔，切割槽形成方式為“人工切割天井+切割中孔爆破”，采用BQF-100氣動裝藥器裝粉狀硝銨炸藥，雙發毫秒導爆管雷管孔底復式起爆的方式形成切割槽。在人工自下而上施工切割天井過程中，作業環境差、浮石多、風險大，且天井頂部需預留原巖保護層，使拉槽中深孔爆破效果差，切割槽不能貫通上分段，影響生產。本文介紹了利用新型切割槽天井鉆機施工切割大孔，在切割大孔周邊布置垂直深孔，一次爆破形成切割天井的施工方法，保證切割天井、切割槽可靠貫通覆蓋層，使生產順利進行。經實踐證明，該方法安全、高效、經濟，綜合效果明顯。

2 采場情況及以往經驗

區段礦體為硫銅礦，采場回采標高為784m～802m分段，無水害，礦石為氧化礦，普氏硬度＜8；上下盤為凝灰巖，圍巖蝕變強烈，較為破碎。采準工程斷面較小，為3m×3m，出礦巷道和中深孔鑿巖巷道均采用“錨桿+網片+噴漿”支護方式。采場分段高度為17m～20m,采幅寬度12m～15m,采場沿走向布置，采用YGZ-90鉆機施工上向中深孔，鉆孔直徑60mm～75mm。切割巷道垂直于礦體走向布置，3.2米寬、3米高；切割巷道施工完成后，在其內施工切割天井和上向垂直中深孔，切割排中深孔爆破后，正排扇形孔以切割槽內的散體礦石為自由面擠壓爆破后出礦。在以往的生產中，采場切割天井由作業人員在破碎的礦體中上向炮掘施工，效率低、風險大；為避免上分段覆蓋層對作業人員造成打擊，天井上部需預留不少于2米的原巖保護層，使隨后的切割鉆孔爆破效果差。我們按照此模式施工4條切割槽，僅一條貫通上分層，其他三條均形成2米～6米厚的懸頂，后期經過補孔、爆破后才貫通上分段。每次處理懸頂，需補充施工中深孔超過1200米，補充爆破的粉狀炸藥3100公斤，雷管160發以上，導爆索和其他材料若干，導致生產成本大幅增加，并延誤工期15個作業班以上。因此，需要采用更為安全可靠的辦法解決這一難題。

3 采用中深孔輔助切割槽天井鉆機一次爆破成井技術

考慮到巖石破碎影響作業人員安全及預留層導致天井難以貫通，排除了人工施工切割井的方案；上分段存在大量覆蓋層，也無法使用VCR拉槽爆破成井技術；期間我們試用過上向中深孔無切割井拉槽爆破和平行中深孔爆破成井，但因為分段高度大、巖石破碎、傾斜鉆孔偏斜率難以控制及初始補償空間太小等原因，爆破的成功率和效果都很差。若有較大的初始爆破補償空間，嚴格控制鉆孔偏斜，即使分段高度較大，也能利用中深孔爆破形成切割天井，而采用CY-R40C型切割槽天井鉆機施工切割大孔能有效解決這一問題。

該切割槽天井鉆機具備硬巖作業能力，移動方便，安全可靠，操作靈活，能施工60米高的Φ 500mm～700 mm的上向切割井（大孔），并可以反井掘進；施工的切割大孔能最大限度接近上分段的覆蓋層，無安全風險。為了滿足設備作業空間，需施工切割硐室，切割硐室沿切割槽方向布置，長×寬×高為7.3 m×2.5 m×4.9 m，硐室底板無需澆砼，在切割巷道頂板向上刷高即可，硐室頂部仍按照原有支護方式，并預留切割大孔位置。

在784m分段切割巷道中，施工2～3個上向切割大孔，孔口進行可靠的安全防護；之后，在大孔周邊用YGZ-90鉆機，施工垂直上向中深孔作為擴井孔（如圖1所示）；切割大孔位于采場切割槽一端，施工三個大孔時呈“品”形布置，兩個孔時呈“一”字型布置，在保證大孔不串孔及便于作業的情況下，相鄰切割大孔應盡量靠近，孔間實體礦石厚度應控制在0.4m～0.8m；大孔間的實體部分布置13～18個擴井中深孔，孔間距不大于0.4m。擴井孔完成后，穿鑿其他切割中深孔，排距為1 m，孔距0.65 m，孔徑為60～75mm。拉井爆破時，選擇8～12個擴井孔，進行全孔一次性耦合裝藥，裝藥系數約為80%；選取多個段次的起爆雷管，較低段位敷設于大孔之間的擴井孔，較高段位依次布置在大孔周邊的其他擴井孔，利用切割大孔作為自由面進行起爆，形成2.5×2m2的切割天井。然后，以切割井為自由面，對槽區其他切割孔裝藥、連線、爆破。

按照此方法，我們已經成功貫通8條分段采場的切割井，切割槽爆破成功率為100%，避免了懸頂導致的補孔處理和成本、工期浪費，效果顯著。

4 中深孔輔助切割大孔一次成井與人工天井成井比較

切割槽天井鉆機施工切割大孔，無需人工穿鑿天井，降低了作業人員的勞動強度，避免了人工作業時可能發生的高處墜落、冒頂片幫、中毒窒息等風險，安全可靠；機械化施工也縮短了工期，能形成合格的切割天井，成槽率高。

現將中深孔配合切割槽天井鉆機爆破拉井與人工上向炮掘形成切割天井進行對比，結果見表1。通過對比發現，切割大孔+中深孔爆破一次成井技術，總切割工程量（切割巷道+初始天井）174.2m3,低于人工炮掘天井切槽總切割量205.1m3；需多施工擴井中深孔252m；成井炸藥390kg，大于人工上向炮掘天井140kg；拉井一次性爆破12孔，雷管26發，導爆索36m，費用低于多次上向人工炮掘方式的270發雷管的費用；工期方面，炮掘人工天井進度1.5米/作業班，需9個班成井，且不能貫通，而3個切割大孔準備時間、施工時間與收尾時間合計4個作業班，擴井中孔施工需3個班，節省了2個作業班；成功率方面，中深孔輔助切割大孔一次爆破成井成功率100%，遠高于人工炮掘天井成功率25%，可靠性明顯；而人工炮掘天井爆破不成功導致的補孔、爆破直接費用不小于5萬元/次，相比之下，切割大孔+中深孔一次成井爆破方式優勢明顯。

圖1

表1 施工切割大孔+中深孔成井、拉槽與人工炮掘天井+中深孔成槽對比（切割槽15m長、19m高）

5 結論

（1）切割槽天井鉆機施工切割大孔，為拉井爆破提供較大的初始補償空間，施工安全性好；此作業方法，符合“機械化換人、自動化減人、智能化無人”礦山發展理念，避免了掘井的活勞動，保證了人員安全和職業健康。

（2）中深孔輔助切割大孔一次爆破成井技術在可靠性方面具有不可比擬的優勢，降低了切割槽懸頂處理期間造成的工期延誤、成本增加和人員作業風險。

（3）三個切割大孔能形成較大的補償空間和井區，可靠性更高。

（4）擴井孔均為垂直鉆孔，鉆孔偏斜率易于控制，若能施工較大斷面的采準工程，采用采礦鑿巖臺車施工中深孔，偏斜率將進一步降低。

（5）中深孔輔助切割大孔一次爆破成井方式，特別適用于采場上分段無法或者難以施工的情況，可以在分段空場法采場和大段高大直徑深孔采場使用，也可以推廣到通風天井、溜井等的施工、擴井等，應用廣泛。