地下礦山工程井巷掘進爆破技術探討

杜雪峰

（中國華冶科工集團有限公司，遼寧 朝陽 122104）

地下礦山工程一般指礦產開采，即是從地殼中挖掘礦物，并將其運輸至制定加工地點的過程[1]。在地下礦山工程中，通過井巷掘進，形成開挖體、安全設施、運輸通道、輔助設施的開采作業面，爆破技術在井巷掘進中的應用極為廣泛，同時能夠保證掘進施工效率、效果。

1 工程概況

保國鐵礦位于遼寧省西北部，在朝陽地區北票市井內，隸屬于凌源鋼鐵集團有限公司，該公司是集軋材、冶煉、礦山于一體的大型國有鋼鐵公司。礦區為礦石原料基地，共有黑山、邊家溝、鐵蛋山三個礦區，現階段僅開采鐵蛋山礦區。鐵蛋山礦區每年生產約18萬噸，設計的采礦深度為+110m到-190m。礦區海拔336m，目前最低標高為235m，北溫帶季風氣候，屬丘陵地區，地勢平緩，山形低矮，地勢北高南低。由于礦區巖性不同，呈現出中間低緩，周圍較高，淺、中切割的構造剝蝕、侵蝕堆積丘陵和山間溝谷地貌。

2 地下礦山工程井巷掘進爆破技術

（1）技術特點。井巷掘進爆破的內容是地下礦山工程中的平巷、天井、硐室、豎井等項目的爆破施工。一般而言，井巷掘進爆破施工順序為：鉆孔?裝藥?連線?起爆。不同爆破方法在使用的過程中會受到掘進、斷面的影響，且各段爆破中進尺為1到3m，最終爆破后便會形成井巷斷面狀。所以，在進行同一工作面爆破施工時，需要在工作面上布設多個炮眼，以此保證良好的爆破率。

（2）炮孔布設。掏槽孔布設會影響到循環進尺速率，對于炮孔質量有明顯影響，因此掏槽形式成為掘進爆破施工的重要影響因素。作為掘進工作面炮孔，除了掏槽孔以外，還具有周邊孔及輔助孔等，在斜井或平巷工作面中，周邊孔也會分為頂孔、底孔、幫孔。掏槽孔時對部分巖石預先進行爆破，并將碎石拋出，以此形成槽型空穴，輔助爆破技術便能夠創造出第二個自由面，從而達到爆破效率提升的效果。掏槽孔較之其他類型的炮孔深度要高10%到15%左右，槽的形式對于循環進尺作用極為關鍵。炮孔質量的關鍵在于掏槽孔形式合理設置，輔助孔可以選擇崩落大量巖石、刷大斷面，以此提升周邊孔自由面，最大化進行巖石爆破。周邊孔主要是對巷道斷面的方向和形式進行控制，對于井巷尺寸、形狀和方向也能夠進行一定控制。

主要包含以下幾種掏槽形式：①錐形掏槽。爆破工作面中進行錐形炮孔組布設，在豎井掘進中應用廣泛，各掏槽孔在底部不形成貫通，一般排列為圓錐形或角錐形，圓錐更適用圓形井筒掘進，角錐則更適合平巷掘進應用；②楔形掏槽。該掏槽形式中，會布設兩排對應的炮孔，爆破構成了楔形空間，在斷面尺寸在4㎡以上、中硬度以上的均質巖石的巷道掘進中應用廣泛；③龜裂掏槽。又被稱作縫形掏槽，在巖石中硬度以上適用，炮孔數量是3個到7個，孔間距為8到12m，空孔在直徑上，和裝藥孔大抵相同，在大直徑空孔中也可應用；④桶形掏槽。也被稱作柱形掏槽，巖石硬度達中硬度以上時，廣泛應用的垂直掏槽形式。掏槽腔體的寬度和體積相對更大，能夠便于輔助孔進行爆破。空孔與裝藥炮孔，在直徑上可以等同，前者也可較后者更大，大直徑空孔應用中可以形成較大的補償孔家和人工自由面；⑤螺旋掏槽。螺旋掏槽各空孔與裝藥炮孔距離是有規律的進行遞增的，空孔到各個裝藥孔距離按照順序，分別是空孔直徑的1倍至1.8倍、2倍至3.5倍、3倍至4.5倍、4倍至5.5倍。裝藥炮孔依次爆破開來，槽腔體積也會隨之擴大。對于爆破難度較大的巖石，可以增設空孔來使得補償空間體積、自由面面積增大。空孔的位置、數量、直徑大小等在垂直掏槽中極為重要。

（3）起爆順序。掘進炮孔起爆順序，對于爆破效果、準爆、安全起爆有著較大影響，在進行爆破施工過程中，后起爆炮孔充分利用先起爆炮孔的自由面，由此能夠減弱噪聲、空氣沖擊波強度、振動等情況。不過不同掏槽形式這能夠，起爆順序會有所差別。比如桶形掏槽、龜裂掏槽可應用瞬發雷管同時進行起爆，或者使用多段延期雷管進行起爆；螺旋掏槽應用延期雷管，逐一進行裝藥孔的起爆工作。

（4）技術有關參數。①炮孔直徑。該參數對爆破效果影響最為直接，直徑較大會使炸藥裝填量增多，進而形成集中爆破，能夠保證爆破速度和爆破穩定性；②炮孔數量。炮孔布設的數量，對于炮孔使用率有直接影響，數量越少則使用率越低，同時巷道成型效果差。實踐明確全斷面應保證5個/㎡炮孔，炮孔使用率達到90%以上；③炮孔深度。炮孔設置深度對井巷掘進各個環節均會造成一定影響，如材料消耗、掘進速度、爆破效果等。為了保證掘進效率，要對技術條件進行改造，綜合設備、作業與巖層條件的合理性，炮孔深度應保證為1.5m到2m之間；炮孔孔距。確認巖石性質、斷面尺寸后，要進行炸藥數量、單排炮孔數量、炮孔深度、填藥量、直徑等確認，同時對輔助孔布設均勻性進行保障，調整炮孔孔距、裝藥系數、炮孔數量。輔助孔設計中，要將孔距設置為400mm到600mm之間；④填塞長度。進行炮泥堵塞能夠使得炮孔利用率提升，增加能量利用效果，提升爆破效率。填塞長度和填藥長度以及炮孔直徑有較為密切的關系，實踐中明確炮孔應分詞堵塞炮泥，填充長度要在300mm以上，或者是炸藥長度0.35倍到0.5倍，要盡量充實，以此使得爆炸能量應用效果提升。

3 井巷掘進爆破技術在工程中的實際應用

（1）技術準備。在進行施工之前，混合井進行出碴設備的下放，具體的過程便是：其一，在井上進行出碴設備的解體；其二，工程中對豎井-115m、-40m、+35m水平馬頭門防水彩鋼板進行拆裝及井口防護，并拆除罐籠配種；其三，進行施工材料、設施的下放，在井下展開組裝作業；其四，對行車通道進行支護和刷幫；其五，清理巷道中的淤泥雜物及粉礦雜物等，并進行地板積水坑回填；其六，進行風、水、電設備及基礎的安裝；其七，礦石卸載站使用磚墻進行封堵；其八，安裝廢石卸載護欄。

（2）掘進施工方法與技術措施。本次工程中，平巷掘進施工采用YT-28鉆機進行巖石開鑿，孔直徑為38mm，平巷掘進輔助孔、周邊孔深度為2.2m，掏槽孔深度為2.5m，每循環進尺為2.0m。在每次實施鉆孔前，清理至實底部，施工人員根據設計尺寸將開挖輪廓線、炮孔位置等進行標準，除了掏槽孔以外，其他炮孔都要鉆至相同水平面。施工中選擇不耦合連續裝藥方式、炮泥堵眼形式。起爆選擇預留光爆層全斷面二次非電導爆管實施（如圖1）。

圖1 保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程爆破布置圖

本次工程中，使用火工材料為乳化炸藥，藥包選擇毫秒延期全塑非電導爆管雷管進行起爆，起爆器起爆。爆破參數如下表1，周邊孔間距為400mm至600mm，最小抵抗線為500mm至700mm，中硬度巖石中周邊孔裝藥量為200g/m到250g/m。爆破要求效果如下表2，巷道掘進的輪廓線眼口要在100mm以上，眼底則小于150mm，巷道巖面不能有明顯炮震裂縫問題。在進行施工的過程中，按照爆破圍巖狀況、材料性能，進行參數實時的調整，進而達到了理想爆破效果。

表1 保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程中的炮孔參數

表2 保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程中爆破實施效果

（3）施工質量控制措施。工程中采用光面爆破技術，根據鉆爆設計實施作業，爆破后分析對比，及時進行鉆爆參數調整，使爆破效果得到保證。在進行鉆孔施工前確定起拱線、開挖斷面中線、炮孔位置，在檢查后達成要求才能實施鉆孔施工。炮孔深度、排距、角度要以設計要求為準，掏槽孔孔口、孔底誤差不大于15cm；輔助孔孔口排距、行距誤差不大于15cm；周邊孔巷道設計斷面輪廓線間距不能超過15cm，孔底不得超過開挖斷面輪廓線15cm，內圈與周邊炮孔排距誤差不大于15cm。開挖面不齊平的情況下，要根據實際狀況進行炮眼深度調整，同時對裝藥量進行調整，以此使除掏槽孔外，所有孔底均能保證在同一平面。完成鉆孔后，要根據炮孔布設圖進行記錄和檢查，若是存在與要求不符的炮孔，需要重新進行鉆孔作業。

（4）排碴作業。-115斷面排碴施工中采用鏟運機或裝載機進行裝碴，井下自卸汽車負責運碴，在-25m水平溜井中排碴，運碴應用-40m水平電機車礦車，最后通過副井垂直升降機排碴至地表；或者是采用井下鏟運機出碴，直接在廢石溜井中倒碴，最后由混合井排碴至表。各個斷面尺寸存在一定差異，對于鏟裝設備裝碴要求不能進行滿足，可以選擇在總回風巷、穿脈、下盤等長距離獨頭巷道及所需位置進行掘進，以此來為施工進度提供保障。在進行出碴的過程中，選擇鏟運機出碴至各穿脈碹岔倒車硐室處，再使用井下裝載機將碴石倒運到溜井處。

4 結語

在保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程中，井巷掘進項目應用井巷爆破技術取得了良好的施工效果，掘進效率、效果得到了保障。本篇對井巷掘進爆破技術及其應用進行了詳實的闡述，能夠為地下礦山井巷掘進爆破技術實施提供借鑒。