新城金礦新主井深孔爆破技術*

趙興東，鄭建新，陳玉民，王成龍，王璽，王劍波，宋召法

(1.東北大學 采礦地壓與控制研究中心，遼寧 沈陽 110819；2.山東黃金集團有限責任公司，山東 濟南 250101)

1 工程概況

新城金礦新主井井筒凈直徑為Φ6.7 m，井口標高+32.9 m（地表+32.7 m），井底標高?1494.1 m，井筒深度為1527 m。井身正常段采用素混凝土支護，支護厚度300 mm（?622 m 標高以上）和400 mm（?622 m 標高以下），混凝土強度為C25；施工過程中在通過Ⅲ～Ⅳ級破碎巖層時采用樹脂錨桿加鋼筋網加混凝土的支護形式，混凝土強度為C25；在通過Ⅴ級極破碎巖層時采用樹脂錨桿加鋼筋網、噴砼、鋼筋混凝土的支護形式，噴砼50 mm，澆筑鋼筋砼350 mm，噴射混凝土強度等級為C25，澆筑混凝土強度等級為C30；在馬頭門梯子梁處，井筒混凝土支護應提前預留梁窩或支護后鑿梁窩。工程內容主要包括豎井井筒掘砌、馬頭門、井筒繞道、各水平平巷、電纜敷設硐室、管子道、大件道、皮帶道、計量裝載硐室、粉礦回收平巷等掘砌工程，各水平掘砌15 m。

新主井位于新城金礦生產區內。礦區以脆性斷裂構造發育為特征，控制礦體的主體構造為焦家斷裂，與其派生的侯家斷裂、河西斷裂共同組成了控礦斷裂系統。井頸段巖石硬度系數f=4～6；井身段f=6～8。影響豎井施工的水文因素主要為風化裂隙水和基巖裂隙水，涌水量大，基巖裂隙水均賦存于裂隙中，連通性和富水性均較強。地下溫度較高，對井下工作人員工作環境具有一定影響。爆破工程的井筒直徑大，凈直徑為6.7 m；井筒深度大，井深為1527 m，屬于超深千米井，為了加快施工速度，必須配備超深井機械化施工設備，加大鑿巖、提升、裝巖能力。

2 施工機械設備

2.1 鑿巖設備

采用FJD-6.7 新型液壓高效傘鉆，液壓壓力大，鑿巖速度快，能滿足鉆鑿堅硬巖石的要求；鑿巖深度大，可鉆鑿4.3 m 鉆孔；節省能源，噪音低，無粉塵污染，作業環境較好。新城金礦新主井系超深千米井，FJD-6.7 新型液壓高效傘鉆可滿足迅速成井深孔爆破的要求。FJD-6.7 新型液壓高效傘鉆[1]見圖1，基本性能參數見表1。

表1 FJD-6.7 豎井傘鉆性能參數

圖1 FJD-6.7 液壓傘鉆

采用QKJ-92 氣動潛孔鉆機，潛孔鉆機沖擊能量損失不隨釬桿的加長而增加，可鉆鑿大孔直徑的深孔，工作面噪音大大降低，鉆進速度快，機械化程度高，輔助作業時間少，提高了鉆機的作業率；機動靈活，鉆孔質量高，能鉆鑿中硬或中硬以上（f≥8）的巖石。QKJ-92 氣動潛孔鉆機可滿足新城金礦超千米新主井馬頭門及井筒相連接硐室的深孔爆破的要求。QKJ-92 氣動潛孔鉆機見圖2，基本性能參數見表2。

表2 QKJ-92 氣動潛孔鉆機性能參數

圖2 QKJ-92 氣動潛孔鉆機

2.2 裝巖設備

采用兩套HZ-6B 中心回轉抓巖機，其故障率低，抓巖效率高，加大了抓巖能力。能保證快速出碴，提高深井爆破開挖效率。HZ-6B 抓巖機見圖3，性能參數見表3。

圖3 HZ-6B 抓巖機

3 爆破參數設計

根據圍巖的硬度系數（f=4～8），設計出一種與之匹配的鑿爆圖表。施工時根據現場圍巖情況和爆破材料性能實時反饋，及時調整爆破參數，以取得最佳的爆破效果。依據爆破安全規程和現場實際對爆破參數進行設定與計算，爆破原始條件見表4。

表4 爆破原始條件

3.1 掏槽形式和參數

本方案采用雙階等深直線掏槽。深豎井爆破中，掏槽是至關重要的步驟，直接影響后期爆破的效果。掏槽的形式根據井巷斷面、巖石性質和地質構造等條件確定。現在使用較多的是斜眼掏槽（圓錐形掏槽）和直眼掏槽（直孔桶形）[2]，采用現場最為常用的是直眼掏槽，其孔角度易于控制且易于鉆鑿，有利于提高鑿巖爆破效率和減少飛石危害，符合快速安全成井的要求。由于本爆破系深豎井深孔爆破且圍巖硬度系數f＞6，所以宜采用雙階掏槽。通過以上分析，根據相關經驗[3?4]，決定新城金礦新主井采用雙階等深直線掏槽，一共布置5 圈掏槽眼。兩階炮孔呈現圓形布置，炮孔深度均為4.3 m，第1 圈掏槽眼的眼圈徑是1800 mm，共有8 個炮眼，眼間距710 mm，眼傾角為90°，眼深為4.7 m。第2 圈掏槽眼的眼圈徑是3200 mm，共有12 個炮眼，眼間距837 mm，眼深為4.5 m。第3 圈掏槽眼的眼圈徑是4600 mm，共有16 個炮眼，眼間距903 mm，眼傾角為90°，眼深為4.5 m。第4 圈掏槽眼的眼圈徑是6000 mm，共有22 個炮眼，眼間距857 mm，眼深為4.5 m。第五圈掏槽眼是周邊孔，眼圈徑是7400 mm，共有44 個炮眼，眼間距506 mm，眼傾角為89°，眼深為4.5 m。

3.2 周邊光爆孔參數

光面爆破[2]的實質是在井巷掘進設計斷面的輪廓線上布置加密的周邊孔，減小藥包直徑及裝藥量，以便控制炸藥爆炸能量及其作用，降低爆破沖擊波的的峰值壓力，減小破壞周圍產生的壓碎區，生成平整的斷裂面。較好的光面爆破效果可以保證井筒成型規整，減少對周邊圍巖的破壞。立井光面爆破質量主要取決于周邊眼的爆破參數。新城金礦新主井周邊眼的眼圈徑是7400 mm，共有44 個炮眼，眼間距506 mm，眼傾角為89°，眼深為4.5 m。

3.2.1 光面爆破層厚度

光面爆破層厚度（光面爆破層的最小抵抗線）與炮孔直徑有如下的關系[5]：

式中，W為光面爆破層厚度，mm；d為炮孔直徑，mm，根據經驗取650 mm。

3.2.2 光面炮孔孔距

光面炮孔孔距是孔徑和不耦合裝藥系數函數，當孔徑和不耦合系數確定時，可以由此選定合理孔距，一般有如下的關系[2]：

式中，a為炮孔孔距，可依據計算和工程實際來確定孔距506 mm。

3.2.3 炮孔裝藥系數

炮孔裝藥系數即裝藥長度和炮孔長度的比值，見式（3）[6]：

式中，Δ為裝藥系數；L藥為炮孔裝藥深度；L為炮孔長度。

適當的裝藥系數應該保證沿著炮孔連線形成貫穿裂縫，保持新生成壁面完整穩固。根據施工經驗，光爆孔和掏槽孔裝藥長度分別是2.7 和4.0，炮孔深度分別為4.5 和4.7，計算得出炮孔裝藥系數為0.6 和0.7。

3.2.4 炮孔個數

豎井掘進斷面包括掏槽眼和周邊光面孔，炮孔總數計算見式（4）[7]：

式中，N為炮孔總數，個；q為單位炸藥耗量，取值2.4 kg/m3；s為豎井掘進的面積44.18 m2；L藥為藥卷長度；η為炮孔利用率，通常取0.8～0.9，根據現場爆破效果取0.89；G為藥卷重量，經計算并參考工程實際取102 個孔。

3.3 炮眼布置

根據井筒圍巖的硬度系數f=4～8 堅固特性進行炮眼的布置設計，并經過實踐選取最優爆破參數，炮眼的布置如圖2 所示，爆破參數見表5，圖4（左）從內而外從第1 到第5 圈，第1，2，3，4圈為掏槽眼圈，第5 圈為周邊眼圈，圖4（右）為炮孔縱向剖面圖。

圖4 鉆孔布置

表5 鑿巖爆破參數

4 爆破施工

采用FJD-6.7豎井傘鉆配合QKJ-92氣動潛孔鉆機鉆眼，按定人、定機、定眼位的“三定”方法進行鑿巖，以保證鑿巖質量，提高鑿巖效率。每次鉆眼前應清至實底，施工人員按設計尺寸標出開挖輪廓線及各炮孔位置。鑿巖時選取柱齒釬頭，在相同條件下可比十字型釬頭鑿巖效率提高25%～35%；優化炮孔直徑和炸藥藥卷直徑，使爆破不耦合系數更合理，爆破效果更好。

工作面炮眼采用等深鍋底形布置，采用雙階等深直眼掏槽方式。掏眼采用直徑Φ40 mm 巖石乳化炸藥連續裝藥，周邊眼采用Φ32 mm 的巖石乳化炸藥不耦合裝藥，均使用非電毫秒導爆管雷管起爆，采用由內到外的爆破順序。為保證光爆效果，應嚴格執行光面爆破作業程序。

爆破主要經濟技術指標見表6。

表6 主要技術經濟指標

5 結論

（1）在當前豎井施工仍然以鉆爆法為主要方法的情況下，豎井采用深孔爆破是實現高效、優質、機械化鑿井的重要途徑[8]；

（2）采用周邊光面爆破提高了豎井井壁質量，為后續工作提供便利；

（3）采用傘鉆配合大型的風鉆鉆孔，為鉆鑿大直徑深孔提供了有利條件，同時提高清渣出巖的機械化，以更好發揮鉆爆法的優越性，加快豎井施工進度。

新城金礦采用以上關鍵技術，得到爆破炮孔利用率為89%，豎井開挖月進尺達到100 m。這些施工經驗可以為深豎井快速施工提供參考。