礦山深部開采切割巷一次成井的研究與應用

雷光輝，李會武，杜 強，李文強

（吉林通鋼礦業有限責任公司，吉林 白山 134304）

此次研究的礦山共有兩個主要采區。目前該礦組已采至510 水平，根據生產實際狀況，提高采礦回采率，提升經濟指標，510 水平以下分段高度由12m 增至15m，隨著回采高度的增加，部分回采工藝發生變化，巷道規格3.0＊3.0m，切割天井平均高度約15m，通常布置在礦體上盤礦巖接觸帶位置，切割井的高程差增大，運用鑿巖機掘進時危險系數隨著高度增加會變大，切割成井效率也會變低。基于以上考慮，采用中深孔爆破技術研究和探討切割一次成井技術。

1 地質概況

該礦組礦區位于龍崗復背斜古老褶皺基底上，由鞍山群變質巖系組成。地層走向為北東或北東東向，傾向由區域的南東轉變為北西向，傾角一般60°～80°。區內經受多次構造運動，發育復雜的斷裂和線狀褶曲，以褶曲構造為主，斷裂構造次之。F104斷層沿該礦組1 號礦體底板出露，延伸400m，走向近東西，傾向南南西，傾角80°左右。破碎帶寬0.5m～3.0m，受多期構造的影響，性質比較復雜，總體是以張性為主的斷層。因斷層傾角比礦體陡向深部逐步遠離礦層，對礦體無大影響。

2 項目研究的目的

一次成井目的是提高采準工作回采效率兼顧安全性，因而提出該項目的研究與探討，主要目的如下：①使用Simba H1254 中深孔鑿巖臺車施工作業，保證中深孔爆破高度15m 以上，提供足夠高度的回采自由面。②降低炸藥使用單耗、提升經濟技術指標，降低和管控各類成本費用。③通過多次試驗，待一次切割成井試驗成功后在各礦企進一步推廣利用。④切割井的形成是回采作業的關鍵環節，切割井施工進度越快，越有利于備采礦量的形成，可以大幅度提高回采作業效率。

3 在切割井作業時相關指標參數

（1）作業方法的選擇。采用進口臺車Simba H1254 鑿巖深孔臺車作業，設計截斷面1.5＊1.5m，一次爆破成井。設計炮孔斷面包括6 個掏槽空孔提供補償空間、一個中心裝藥孔、六個輔助裝藥孔。中間分段裝藥孔如圖1。

圖1 分段爆破裝藥孔設計圖

施工中確保施工精度準確，保證孔與孔之間距離按設計要求施工作業。保證填塞藥的質量，提高炮孔裝藥的密度。為了保證爆破質量，杜絕拒爆現象的發生，每個裝藥孔內需要裝填兩發同廠家、同批號、同段位非電雷管，一發放置孔底、另一發放置靠近孔底的位置，孔口留有0.3m～0.5m 的距離用于炮泥填塞，有利于爆破效果的提升。結合以上要素的相關要求，進而保證良好爆破效果。

（2）起爆順序。六個掏槽空孔提供補償作業空間，作為爆破自由面；七個分段裝藥孔作為掏槽眼，其上下分層起爆，先起爆下部，后起爆上部的（見圖1），爆破切割井規格1.5m×1.5m，在切割井周邊施工7 個擴井孔，爆破采用對角式分段爆破，孔號即為起爆順序，本次沒有進行一次爆破，待回采落礦時進行爆破，其中天井中心裝藥孔與掏槽空孔之間間距0.40m，6 個掏槽空孔之間間距0.35m，天井中心孔到4#、5#、6#、7#裝藥孔距離為1.06m，天井中心孔到2#、3#孔距離為0.94m，1——7#裝藥孔分別使用18m 毫秒延期非電雷管進行爆破，分段的段位分別是：

表1 1—7#裝藥孔分段的段位

（3）炸藥的選擇及填塞方式。使用乳化粒狀銨油炸藥，配比為1:3，現場按配比混合后使用BQF-100 Ⅱ型裝藥器進行人工裝藥。

（4）利用中深孔爆破一次切割成井的原理。根據中深孔爆破的基礎知識概念，發生爆破時，產生的爆炸力是向著自由面方向，每個裝藥的炮眼由于兩側沒有補償空間，因而孔底一部分作用力是向上作用，空口眼的一部分作用力是向下作用，中間部分會向著改變孔徑后的空口方向作用，通過形成的剪切力，確保孔與孔之間擊穿，形成龜裂面。依次類推，通過形成不大的裂隙，創造自由面。

4 技術方案

該方案的實施主要體現在深孔施工精度和爆破網絡兩個方面：

（1）工程軟件標定工作。工程技術人員應用3DMine 礦山工程軟件，將設計的切割井尺寸/規格及孔位圖形，展現在所需施工巷道的平面圖上（要求該井位圍巖性質良好），使用該功能軟件將每個炮孔的圖形坐標點位數據進行讀取和記錄，并將記錄的點位數據輸入到拓普康620N全站儀內，用以進行標定做準備工作。

（2）通過現場實際測量。對現場需要施工切割井的位置標高進行實際測量，通過上下中段對照最終確定切井施工高度。對需要標定的切割巷道及川脈巷道進行重新測量成圖，并增加測設兩個坐標點用以滿足后方交會功能點放樣需要。

（3）利用數據對炮孔放樣。利用所載有數據的最新型拓普康620N 全站儀，采用后方交會技術對點位坐標進行實地放樣。在現場施測過程中，首先在放樣井位2m 范圍內，架設全站儀便于觀測孔位進行設站，其次將儀器進入后方交會界面，對前期設定的兩已知坐標點分別進行觀測并測存。設站結束后應用“點放樣功能”在記錄表內提取切割井中心孔位坐標，對該孔位進行放樣，并打開全站儀的“紅外線指向儀”，旋轉全站儀當顯示屏指向距離為“0”時，紅外線最終定格在巷道頂板。確定好切割井中心位子后與原設計在巷道實際位子進行檢核，確認無誤再逐個把其它設計炮孔位子投放至巷道頂板，炮孔現場放樣工作完成。

（4）嚴格按照導向桿檔位施工。所有炮孔必須使用導向桿施工；一檔開門，二檔鉆進，禁止使用三四檔，每根桿鉆進時間控制在3 分鐘，鉆進速度越慢，越有利于炮孔的垂直度達到爆破設計要求。開孔前調整出桿方向，保證臺車釬桿90 度垂直（監控前后左右）；其次由臺車維修電工，將4 檔水流量標準，調節至2 檔進行操作使用，可增大出水量沖刷孔底巖石粉末，確保鉆進順暢。

（5）確認孔直徑及施工角度。1、2、3、4、5、6、7（7 個孔）直徑76mm；E、C、A、B、D、F（6 個孔）直徑分別是：76mm——115mm——159mm；其中6 個空心孔施工時要比裝藥孔超深0.5m～1m；每施工一個孔，必須觀測其垂直度，避免炮孔跑偏影響爆破效果。

5 實行鉆孔所必備的技術要素

原切井實地放樣時，只針對切井中心現場放樣，嚴格按照井筒中心向上進行施工，技術含量較低，施工精度不達標。結合1254 臺車安裝定向導向桿進行上向孔施工，確保垂直度及孔徑達到爆破設計要求。針對炮孔的施工，分別采用76mm 的釬頭對每個炮孔進行鉆進；待鉆孔結束后，將76mm 的釬頭更換成115mm 的釬頭，在孔徑為76mm 的空孔基礎上，將其擴大成115mm 的孔徑完成第一次擴孔；最后再一次將115mm 的釬頭更換成159mm 的釬頭，對自由面空心孔進行159 直徑的第2 次擴孔。

表2 切割井施工參數

6 安全及經濟效益

（1）降低施工作業成本。YPS-45 鑿巖機施工切割井150 元/立方米；利用Simba H1254 中深孔鑿巖臺車一次爆破切割成井成本70 元/立方米，創效80 元/立方米。

（2）施工作業工序不復雜。原始切割井施工工序復雜，測量專業技術人員全程跟蹤，每掘支2m 時不斷向上搭建平臺，需多次進行爆破出渣工作，一次切割成井僅需中孔鑿巖、裝藥工序工藝、爆破關聯三道工序工作，在減少作業流程同時施工作業的復雜程度、勞動強度都大大降低，為安全施工作業提供了有力保障。

（3）施工的工時短。原施工方式完成一條切割井需7天，通過一次爆破形成切割井利用2天時間施工結束，時間上縮短了一倍多，大大提高了作業效率，為回采作業提供有力條件。

7 結語

結合礦山自身的現狀，通過一次爆破方法，使得切割井施工作業得到優化，從施工的強度、安全性、成本等方面都有了顯著的改善，于此同時產生了較好的經濟效益。該方法在礦企內會進一步推廣，為在更大的分段爆破采礦中得到更多的啟迪與拓展。