硬巖大斷面臺車掘進控制爆破在嵩縣山金的應(yīng)用

馬章印，劉吉興，于曙華，邱洋洋，彭 康，郎曉東，安梓豪

(1.嵩縣山金礦業(yè)有限公司； 2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院)

引 言

爆破是破巖的重要手段，有時甚至是唯一手段。巖石爆破效果主要由機械設(shè)備、工業(yè)炸藥、測量技術(shù)等決定[1-4]。目前，井下掘進斷面控制爆破通常采用垂直掏槽，其在只有一個自由面的情況下難以拋出巖石形成槽腔，從而難以為其他炮孔爆破提供足夠的自由空間，進而影響掘進進尺；并且垂直掏槽炮孔數(shù)目多，裝藥量大，炸藥消耗高[5-8]。近年來，隨著國外先進技術(shù)的引進，國內(nèi)礦山已經(jīng)大量引進鑿巖臺車，但由于鑿巖臺車體積較大、擺臂較長，其在掘進斷面中的應(yīng)用較少，且難以鉆鑿傾斜角度較大的楔形孔[9-10]。

嵩縣山金礦業(yè)有限公司(下稱“嵩縣山金”)于2019年引進鑿巖臺車，提高了生產(chǎn)效率。隨著開采深度的延伸，逐漸出現(xiàn)巷道掘進循環(huán)進尺小、大塊率偏高、超欠挖嚴重等問題。針對上述問題，結(jié)合嵩縣山金圍巖賦存情況，提出一種硬巖大斷面臺車掘進控制爆破方法，其利用鑿巖臺車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑿巖設(shè)備，可有效提高鑿巖效率，使鑿巖工作實現(xiàn)機械化、自動化，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好。

1 工程背景

嵩縣山金位于河南省嵩縣南部，行政區(qū)劃隸屬于嵩縣大章鎮(zhèn)，礦區(qū)距洛陽市120 km，距嵩縣縣城24 km，交通便利，能夠滿足生產(chǎn)需要。礦區(qū)內(nèi)巖石類型單一，以雞蛋坪組上段英安巖、流紋巖為主，巖石硬度大，強度高，裂隙發(fā)育程度低，穩(wěn)固性好，對礦床開采不會造成影響。礦區(qū)圍巖巖體質(zhì)量等級基本為Ⅳ級，屬于較差巖體，巖體破碎，少數(shù)圍巖等級為一般巖體(Ⅲ級)，局部也存在Ⅱ級圍巖，屬于中等可爆巖體。根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)有條件，選用CYTJ45B型鑿巖臺車，釬桿長2.7 m，炮孔長2.4～2.6 m，鉆頭直徑43 mm，炮孔直徑45 mm。

但是,隨著礦山向深部延伸，巷道掘進中施工質(zhì)量問題突出，施工成本居高不下。原爆破方案邊孔炮孔數(shù)目偏少，鉆孔精度低，現(xiàn)場爆破效果見圖1，主要存在問題為：①超欠挖嚴重，輪廓控制差；②爆破后礦石塊度不均，效果不穩(wěn)定，大塊率經(jīng)常偏高等；③斷面存在殘孔、殘藥現(xiàn)象，極大增加施工難度和經(jīng)濟成本。這些問題已嚴重影響企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的提高。從表面上看為工程問題，但究其本質(zhì)而言，這些問題的出現(xiàn)是由于鑿巖爆破設(shè)計不規(guī)范、施工工藝不規(guī)范、技術(shù)標準缺乏和驗收標準缺失造成的，是技術(shù)問題。因此，亟需對現(xiàn)有的爆破方案進行優(yōu)化升級，以實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)的目的。

圖1 爆破現(xiàn)場效果

2 控制爆破參數(shù)設(shè)計

2.1 爆破炮孔設(shè)計

掏槽孔分為2種：一種是位于斷面中間的2個掏槽空孔；另一種是位于掏槽空孔周圍的一圈環(huán)形孔。掏槽空孔左右兩邊的環(huán)形孔采用微楔形掏槽，與工作面夾角為81°～83°(見圖2)。周邊孔分為3種：一種是位于斷面兩幫的邊孔；另一種是位于斷面頂板的頂孔；再一種是位于斷面底板的底孔。邊孔、頂孔和底孔均與巖壁間隔0.1 m。輔助孔均勻布置在掏槽孔和邊孔及掏槽孔和頂孔之間。總體炮孔布置見圖3。

圖2 微楔形掏槽

圖3 炮孔布置正視圖

2.2 爆破參數(shù)設(shè)計

1)掏槽孔。2個掏槽空孔的裝藥量為2～3卷乳化炸藥；掏槽空孔左右兩邊的環(huán)形孔共6個，為微楔形孔，6個微楔形孔加上掏槽空孔上下的2個垂直炮孔共8個掏槽孔，裝藥量均為7卷乳化炸藥；掏槽孔間距為0.5 m，掏槽孔前口間距為1.0 m，掏槽孔后口間距為0.4 m，所有掏槽孔皆需超深0.2 m，超深后的炮孔深度為2.7 m。

2)輔助孔。輔助孔分為上輔助孔、左輔助孔和右輔助孔，上輔助孔、左輔助孔和右輔助孔皆為一排，上輔助孔間距為0.5 m，左輔助孔和右輔助孔間距皆為0.6 m，左輔助孔與左邊微楔形孔和斷面左幫邊孔的間距皆為0.45 m，右輔助孔與右邊微楔形孔和斷面右?guī)瓦吙椎拈g距皆為0.45 m；所有輔助孔的炮孔深度皆為2.5 m，且為垂直炮孔，裝藥量均為6卷乳化炸藥。

3)周邊孔。邊孔、頂孔和底孔皆為一排，邊孔間距為0.5 m，頂孔和底孔間距皆為0.55～0.56 m，孔深皆為2.5 m，邊孔和頂孔裝藥量均為5卷膨化硝銨炸藥，底孔裝藥量為7卷乳化炸藥，邊孔需向左右各偏移預(yù)定角度，頂孔需向上偏移預(yù)定角度，而底孔需向下偏移預(yù)定角度。

各類炮孔爆破參數(shù)見表1。

表1 各類炮孔爆破參數(shù)

3 爆破炮孔施工

采用CYTJ45B型鑿巖臺車(見圖4)進行炮孔施工。其外形尺寸為：8 500 mm×1 500 mm×1 800 mm，鉆孔深度為2 700 mm，鉆頭直徑有43 mm和76 mm 2種。鑿巖前，應(yīng)先清理工作面，撬除浮石，灑水降塵，做好支護，然后按炮孔布置圖用油漆標記好炮孔位置；隨后，采用2.7 m釬桿、直徑43 mm鉆頭，鉆鑿孔深2.5～2.73 m，平均2～3 min鉆鑿1個炮孔。施工時，應(yīng)嚴格遵守GB 6722—2014 《爆破安全規(guī)程》，并按圖施工，炮孔傾角允許誤差為±1°，除掏槽孔孔底超深0.2 m，其余炮孔孔底應(yīng)落在同一平面上。無充填體時，周邊孔應(yīng)向外偏移，孔底偏移5°，與巖壁間隔0.1 m；有充填體時，周邊孔應(yīng)平直。側(cè)幫有充填體時，兩幫邊孔距充填體預(yù)留0.2 m; 底幫有充填體時,底孔距充填體預(yù)留0.3 m。

圖4 CYTJ45B型鑿巖臺車

4 爆破工藝設(shè)計

1)裝藥結(jié)構(gòu)。光爆孔采用間隔裝藥，即：將炸藥卷按設(shè)計間隔距離捆綁在竹片(條)上并全長貫穿導(dǎo)爆索，正向起爆。其余炮孔均采用連續(xù)耦合裝藥，反向起爆，并采用孔內(nèi)延期的起爆方式。

2)起爆順序。掏槽孔先爆，輔助孔次之，周邊孔爆后，頂孔最后起爆，具體見圖3。

3)爆破網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)起爆順序，導(dǎo)爆管連接采用簇聯(lián)方式，每把不超過10根，用2發(fā)導(dǎo)爆管瞬發(fā)雷管傳爆，每個傳爆點均應(yīng)嚴加防護覆蓋，以免炸壞網(wǎng)絡(luò)。最后采用2發(fā)瞬發(fā)雷管起爆。周邊孔內(nèi)引出的導(dǎo)爆索，采用2根主導(dǎo)爆索復(fù)式連接的方法，保證起爆的可靠性。2根主導(dǎo)爆索連出后，根據(jù)起爆順序與導(dǎo)爆管相連起爆。為保證起爆的可靠性和準確性，各炮孔雷管段數(shù)應(yīng)與起爆順序相同。

4)炮孔堵塞。所有炮孔裝藥后，藥包孔口部分均應(yīng)采用炮泥塞滿堵實。堵塞炮泥時應(yīng)注意保護爆破網(wǎng)絡(luò)不受損。

5 工業(yè)試驗

爆破試驗地點選在嵩縣山金090103分層聯(lián)巷，斷面規(guī)格為3.00 m×2.85 m，采用優(yōu)化后的爆破方案對其進行爆破，試驗結(jié)果見表2。

表2 090103分層聯(lián)巷爆破施工統(tǒng)計結(jié)果

對比分析原有爆破結(jié)果和優(yōu)化后爆破試驗結(jié)果，爆破方案優(yōu)化后，實際巷道寬度和高度更貼近爆破設(shè)計斷面規(guī)格。同時，邊孔實現(xiàn)光面控制爆破，總孔數(shù)增加了15～25個，爆破炸藥單耗較原來有所提高，但進尺提高較多，大塊率小，斷面控制較好。

6 結(jié) 語

本文提出了一種硬巖大斷面臺車掘進控制爆破方法，主要用于解決傳統(tǒng)垂直掏槽難以掏出巖石、鑿巖效率低、爆破效果差等問題。該方法利用CYTJ45B型鑿巖臺車，將鑿巖臺車與預(yù)定傾角的微楔形掏槽相結(jié)合，根據(jù)控制爆破參數(shù)進行炮孔施工，在嵩縣山金采場分層聯(lián)巷的巷道掘進應(yīng)用中取得了成功,具有機械化程度高、進尺好、操作簡便、成本低等優(yōu)點。