幾種掏槽方式在貓場鋁礦掘進過程中的應用

張 林

（中國鋁業股份有限公司貴州分公司礦業公司，貴州 貴陽 551400）

在地下礦山井巷工程施工過程中，主要的破巖手段是采用爆破方式，爆破破巖操作簡單易于掌握，設備從傳統的氣腿式鑿巖逐步向鑿巖臺車鑿巖方向邁進，大大提高了鑿巖效率。破巖方面也有了新的進展，在非煤礦山已逐步采用機械破巖，例如煤礦使用割煤機、掘進機等。在隧道施工中也有全斷面掘進盾構機等先進設備。但在金屬礦山，破巖的方式還是以爆破方式為主[1]。

貓場鋁礦礦區含礦系為大塘組（C1d），直接頂板為灰綠色或雜色粘土巖、鋁土巖組成，直接底板由鋁土巖、粘土巖、綠泥石粘土巖組成。頂板巖層遇水易風化冒落，礦體質地松軟，巖石堅固性系數f在6 ～14[2]，在采切施工過程中，巷道沿著礦體底板掘進。

在爆破作業過程中，首先是要做好爆破設計，鑿巖作業人員根據爆破設計進行施工，最后完成巷道掘進。在該過程中，一套最佳的爆破設計方案，是由爆破效果來決定的。爆破效果可以從以下兩個方面來評估。一是爆破炸藥單耗較低，爆破炸藥單耗往往是最主要的考慮因素，它直觀的反應了爆破效果的優良程度，炸藥單耗越低、爆破效果越好、成本越低；二是巷道成型好，巷道成型問題不僅僅是設計需要。頂板成型越好，產生的頂板浮石越少，安全系數就越高。在生產實際當中，由于地質條件的不同，爆破設計也有所不同，因此爆破設計必須在這個前提下去做，否則都是不切合實際的。

1 菱形掏槽的應用

爆破設計的核心是優化孔網參數、選用合適的掏槽方式以及裝藥量計算、光面爆破技術的應用。其中，掏槽方式的選擇是重要環節，其主要目的是為整個爆破作業提供補償空間和自由面。在對地質條件、環境因素、設備因素等綜合分析情況下，選用合適的掏槽方式，將對爆破效果產生直接影響。根據巷道斷面、巖石性質和地質條件等條件的不同，掏槽眼的排列形式種類繁多，歸納起來有3種，即傾斜眼掏槽、平行空眼直線掏槽和混合掏槽。通常又將直眼掏槽細分為直線掏槽、五眼掏槽、菱形掏槽、螺旋形掏槽等。

結合貓場鋁礦生產實際，鑿巖設備采用的是進口的山特維克鑿巖臺車，其對作業空間要求較高，在小斷面掘進時，鑿巖臺車無法打傾斜眼掏槽，加之直眼掏槽固有的優點，因此，在貓場鋁礦實際生產過程中，均采用直眼掏槽。實際使用的掏槽方式為菱形掏槽。對于菱形掏槽來說，它由5 個孔組成，其中裝藥孔為4 個，空孔1 個，5 個孔呈菱形布置，因此稱為菱形掏槽，孔間距為150mm×150mm，圖1、圖2 所示。該種掏槽方式空孔較少、便于施工。

圖1 菱形掏槽炮孔布置圖

圖2 菱形掏槽炮后檢查

經過多次跟蹤，菱形掏槽在3.2m 孔深的情況下，殘孔較深，難以取得較好的爆破效果，因此，考慮從爆破設計方面著手，將孔深改進為2.5m進行，與上述巖石條件相同的條件下，斷面為三心拱，尺寸為3.5m×3.267m，巷道斷面積為10.57m2，鑿巖臺車鉆頭=45mm，鉆桿長度3.4m，鑿巖時控制炮孔深度，將炮孔深度控制在2.5m。通過跟蹤菱形掏槽的施工和爆破效果進行檢查，爆破效果良好，使用炸藥為54kg，平均進尺2.1m，炮孔利用率為84%，平均爆破礦石量66t，炸藥單耗0.81kg/t。巷道成型較好，超挖欠挖現象少，但依然存在炮孔利用率低、殘孔較深，效率較低等問題。因此，通過增加空孔的個數來改變菱形掏槽方式，是有理論依據的。

1.1 “七孔”菱形掏槽

“七孔”菱形掏槽是菱形掏槽的變形，在菱形掏槽的基礎上增加2 個空孔，整體由7 個孔組長，其中4 個裝藥孔，3 個空孔，7個孔整體呈“一”字型豎向排列，如圖3 所示，4 個裝藥孔周邊均有2 個空孔，裝藥孔布置在兩個豎向空孔線的兩側，能夠有效減少孔間距且能夠最大限度保證孔與孔之間不易打穿，確保取得較好的爆破效果。

藥量計算：貓場鋁礦使用的是二號巖石乳化炸藥，其藥卷直徑為300mm。每節炸藥質量為0.3Kg，掏槽孔裝藥系數取0.85，單孔裝藥量為3.2×0.85/0.3=2.7Kg，合計10.8Kg。依次計算如下炮孔裝藥量。

圖3“七孔”菱形掏槽炮孔布置圖

表1 爆破器材消耗表

自由面表面積以及補償空間計算：

在3 個空孔條件下，所形成的自由面表面積為是菱形掏槽的3 倍，補償空間也增加了3 倍。

1.2 “九孔”菱形掏槽

“九孔”菱形掏槽是在菱形掏槽的基礎上增加4 個空孔，由9 個孔組成，其中4 個裝藥孔，5 個空孔，9 個孔呈正方形排列，3行3 列。如圖4 所示，孔間距為150mm×150mm。該種掏槽方式具有施工簡單、易于理解，孔與孔之間，均為正方形排列，方便施工，操作人員易于掌握。難點在于孔間距較小，掌握不好的情況下容易造成相鄰兩個孔之間打穿，形成對穿孔后，直接影響爆破效果。“九孔”菱形掏槽裝藥量與“七孔”菱形掏槽裝藥量一直，單工作面炸藥用量為65.1Kg。其自由面變面積和補償空間均為菱形掏槽的5 倍。

圖4 “九孔”菱形掏槽炮孔布置圖

2 幾種掏槽方式施工及爆破效果檢查

通過上述2 種直眼掏槽形式分別進行試驗，在現場跟蹤鑿巖、爆破等工序環節，不斷優化爆破孔網參數、掏槽方式，使之能夠更好的符合鋁土礦巷道掘進實際情況。

2.1 “七孔”菱形掏槽的施工及爆破效果檢查

通過對采用“七孔”菱形掏槽掏槽形式進行爆破作業。其掏槽孔布置如圖5 所示。其試驗結果如表2 所示。

圖5 “七孔”菱形掏槽孔間距檢查

表2 “七孔”菱形掏槽試驗結果表

與上述條件相同的條件下，斷面為三心拱，尺寸為3.5m×3.267m，巷道斷面積為10.57m2，鑿巖臺車鉆頭=45mm，鉆桿長度3.7m，有效炮孔長度有3.2m。通過跟蹤“七孔”菱形掏槽的施工和爆破效果進行檢查，爆破效果良好，使用炸藥為66kg，平均進尺2.7m，炮孔利用率為84.37%，平均爆破礦石量85t，炸藥單耗0.77kg/t。

2.2 “九孔”菱形掏槽的施工及爆破效果檢查

通過對采用“九孔”菱形掏槽掏槽形式進行爆破作業。其試驗結果如表3 所示。

表3 “九孔”菱形掏槽試驗結果表

根據生產實際需要，斷面為三心拱，尺寸為3.5m×3.267m，巷道斷面積為10.57m2，鑿巖臺車鉆頭=45mm，鉆桿長度3.7m，有效炮孔長度有3.2m。試驗地點在鋁土礦掘進工作面，通過跟蹤“九孔”菱形掏槽的施工和爆破效果進行檢查，爆破效果良好，使用炸藥為66kg，平均進尺2.9m，炮孔利用率為90%，平均爆破礦石量91t，炸藥單耗0.72kg/t。斷面成型較好，光面爆破效果良好。上述三種掏槽方式效果對比如下表。

表4 3 種掏槽形式下技術經濟指標統計表

通過上表可以看出，改進后的兩種明顯優于菱形掏槽。進尺比菱形掏槽提高了30%多，炸藥單耗降低了10%左右。

3 小結

通過對上述3 種菱形掏槽方式進行跟蹤，均取得較好的效果，但3 種形式的爆破效果略有不同，總的來講，“九孔”菱形掏槽爆破效果優于其他掏槽方式，從降低炸藥單耗、巷道成型以及作業效率來說，“九孔”菱形掏槽也是有優勢的，因此在鋁土礦作業區域，優先采用“九孔”菱形掏槽。