超深孔一次爆破擴井在深井施工中的應(yīng)用探索

王 輝，徐澤林，李永明

(安徽省瑯琊山礦業(yè)總公司，安徽 滁州 239000)

1 工程概況

目前，金屬非金屬礦山常用的天(溜)井施工方法主要有普通法、爬罐法、吊罐法以及鉆機鉆井法等[1]，這些方法都需要人工進入井筒工作面進行打眼、裝藥、處理浮石、支護等工作，在施工過程中可能會受到高空墜落、片幫冒頂、有害氣體、淋雨、爆破等傷害，隨著經(jīng)濟與社會的發(fā)展，全社會對礦山安全越來越重視，這些高強度、高風險的施工方法已逐漸被淘汰。反井鉆機的出現(xiàn)，使得人員不再進入井筒工作面進行施工，不僅使工作效率提高，而且還大大改善作業(yè)人員施工的安全狀況[2]。但由于礦山工程設(shè)計的要求以及反井鉆機設(shè)備能力的限制，往往需要對小斷面井筒進行二次擴井，以滿足礦山的生產(chǎn)需要。

瑯琊山銅礦-445 m中段東帶礦石溜井垂高40 m，連通主要運輸中段-485 m，主要承擔-445 m中段礦石的卸載，為了加快開拓進度，盡快形成下部中段溜井系統(tǒng)，確保施工安全，瑯琊山銅礦采用了兩步成井工藝法。即第一步小斷面導(dǎo)井，第二步超深孔擴井；首先使用反井鉆機施工Φ2 m的導(dǎo)井，然后以導(dǎo)井為自由面，在導(dǎo)井周圍用KD-90深孔鉆機自上而下一次性鉆鑿平行深孔，最后一次性爆破完成深孔擴井[3]。該方法取得了良好的效果，并且充分發(fā)揮了反井鉆機連續(xù)施工的高效性以及深孔爆破工藝作業(yè)條件好、安全、勞動強度低等優(yōu)點[4]。

2 導(dǎo)井及超深孔施工工藝

2.1 導(dǎo)井施工

采用LM200型反井鉆機進行導(dǎo)井施工。施工步驟：1)在-445 m中段預(yù)定位置從上往下鉆Φ216 mm先導(dǎo)孔，與-485 m中段鉆通之后鉆桿不退出，在下部換上Φ2 m鉆頭，從下往上直接鉆Φ2 m的導(dǎo)井。

2.2 超深孔施工

導(dǎo)井施工結(jié)束后，在導(dǎo)井周圍預(yù)鉆超深孔(圖1陰影部分)位置擴幫擴出鉆孔空間。

然后用KD-90深孔鉆機施工超深孔，鉆頭直徑選用Φ75 mm和Φ47 mm兩種。施工過程中，要嚴格按照設(shè)計孔的位置、方位、傾角、兩種孔徑施工深度等，保證成孔偏斜率控制在1.0%以內(nèi)。

3 超深孔爆破擴井

3.1 深孔位置選擇

由于前期施工導(dǎo)井受位置及地質(zhì)條件限制，導(dǎo)致后期擴井深孔只能布置在如圖1陰影部分所示位置，確保深孔爆破不會破壞上下中段大巷運輸?shù)馈?/p>

圖1 導(dǎo)井位置圖Fig.1 Location of direction guidance well

3.2 爆破結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.2.1 爆破補償空間計算

-445 m中段東帶礦石溜井(-445～-485 m)，原設(shè)計井筒直徑3.0 m，預(yù)計存窿量900 t，主要服務(wù)-445 m東帶礦石的運輸存儲。

由于受前期開拓平巷施工已經(jīng)形成的位置限制，變更設(shè)計采用深孔爆破形成不規(guī)則井筒，如圖2所示，爆破斷面S爆后=6.2 m2，導(dǎo)井半徑r導(dǎo)=1 m，按照巖石爆破后的松散系數(shù)k取1.5，則計算如下：

導(dǎo)井斷面S補=π·r導(dǎo)2=3.14 m2

(1)

S爆后=6.2 m2

(2)

S預(yù)落=(2)-(1)=3.06 m2

(3)

由于k*S預(yù)落

3.2.2 孔深和炮孔間距確定

爆破設(shè)計垂深為40 m，去除-485 m中段巷道與井筒之間聯(lián)絡(luò)道高度，實際孔深為38 m。上部36 m(-445～-481 m)，采用75 mm孔徑，下部2 m(-481～-483 m)，采用47 mm孔徑，目的是減少下部裝藥量，減輕對下部大巷的影響及便于炮孔堵塞。

根據(jù)圖2 所示，五個孔中抵抗線最大的為孔5，孔5最小抵抗線W為1 m，按照現(xiàn)有的深孔爆破的經(jīng)驗公式：

a≥(0.8～1.2)W

(4)

式中：a—炮孔間距；W—最小抵抗線。

考慮到爆破巖石為灰?guī)r，巖石的堅固性系數(shù)f介于8～12，結(jié)合本礦山多年爆破積累的經(jīng)驗，這里炮孔間距a取值a=0.95～1 m。具體炮孔布置如圖2所示。

圖2 炮孔布置圖Fig.2 Blasthole layout

3.2.3 單孔裝藥量的計算

本次爆破選用粉狀巖石乳化炸藥。在深孔爆破中，炸藥的單位消耗量一般要根據(jù)炸藥的種類、巖石堅固性、施工技術(shù)以及自由面的個數(shù)、形狀等綜合因素來確定。在露天臺階爆破中，巖石普氏系數(shù)為f=10，炸藥單耗一般取0.6 kg/m3[5]，而本次超深孔爆破試驗，由于自由面是圓周形，與露天臺階自由面有所差別，且在本礦山是第一次應(yīng)用，因此炸藥單耗可適當提高。為保證爆破的成功率，本次爆破設(shè)計平均單耗取2.76 kg/m3，平均線裝藥密度取1.9 kg/m，炮孔長度為38 m，單孔裝藥量平均72 kg，由圖2可以看出由于每個孔的抵抗線都不一樣，在實際裝藥時，每個孔的實際裝藥量也不一樣。具體裝藥參數(shù)如表1。

表1 裝藥參數(shù)表Table 1 Charging parameters table

3.2.4 裝藥結(jié)構(gòu)

本次爆破試驗裝藥結(jié)構(gòu)采用巖石粉狀乳化炸藥耦合裝藥，裝藥前要先用黃泥巴和錨注劑進行堵孔，由于每個孔徑底部有2 m長小孔，裝藥前先從底部堵孔，堵孔長度為1 m，為了保證粉狀炸藥與孔壁充分接觸，保證裝藥長度，控制炸藥用量，裝藥前先在孔內(nèi)放入事先準備的竹竿，竹竿2 m一根，每裝2 m炸藥，放入一根竹竿，確保炸藥完全淹沒竹竿后，再放入下一根竹竿，以此類推，單孔連續(xù)裝藥后，距孔口1 m停止裝藥，用黃泥巴進行堵孔。具體裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Charge structure diagram

3.2.5 起爆順序與爆破網(wǎng)絡(luò)

1)起爆順序

為了確保每個孔都能順利起爆，采用導(dǎo)爆索貫穿孔內(nèi)結(jié)合非電雷管共同起爆。裝藥前，先在孔內(nèi)放入導(dǎo)爆索，裝藥時，須保證導(dǎo)爆索與炸藥充分接觸，且放入竹竿時做好防護，以免竹竿劃破導(dǎo)爆索。每個孔內(nèi)采用雙發(fā)非電導(dǎo)爆管雷管插入起爆體進行起爆，為了減小一次起爆藥量，減少爆破對上下中段大巷的震動作用，使用合理雷管段別，半秒非電導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)進行延期[6-8]，延期順序與孔號相對應(yīng)，1孔最先起爆用1段半秒雷管，1孔和2孔起爆雷管跳段使用，3孔、4孔、5孔分別對應(yīng)4段、5段、6段半秒雷管。

2)爆破網(wǎng)絡(luò)

如圖4所示，爆破網(wǎng)絡(luò)采用“一把抓”的方式進行連接，把5個孔內(nèi)的非電雷管腳線引出來，用2發(fā)3段毫秒非電導(dǎo)爆管雷管與引出來的腳線捆綁在一起作為起爆雷管，反向連接，用膠布裹緊[9-10]。

圖4 爆破網(wǎng)絡(luò)圖Fig.4 Blasting network diagram

3.3 超深孔爆破擴井工藝爆后效果

爆破后，通過兩種方式進行數(shù)據(jù)對比，用來檢驗爆后效果與設(shè)計之間差異。第一種方法：通過測量儀器對井筒進行測量，然后整理測量數(shù)據(jù)，做出井筒截面圖，計算出其截面積為6.4 m2，與設(shè)計預(yù)期爆破后面積相差微小，且井筒形狀與設(shè)計預(yù)期爆破后形狀基本吻合；第二種方法：通過井筒內(nèi)爆破下來的石頭量來計算，爆破后從井筒下部中段共出矸石130 m3，比設(shè)計爆破下來的石頭量略大，能夠滿足礦山后期使用。

4 結(jié)論

1)通過本次爆破試驗的爆后效果分析，井筒成型較好，容積達到要求，充分顯示了在反井鉆機導(dǎo)孔的基礎(chǔ)上，用超深孔爆破進行一次性爆破成孔的方法是可行的，為礦山大斷面深井施工提供了一條新的思路。

2)此次爆破，爆后井筒內(nèi)的石頭塊度均勻，便于出矸；采用半秒分段延時雷管，減小爆破震動，爆后對大巷及運輸?shù)烙绊戄^小。

3)采用深孔爆破擴井縮短施工周期，減小了工人勞動強度及人工刷擴的危險性。

4)爆破施工過程中，也發(fā)現(xiàn)有不足之處：(1)對炮孔鉆孔施工要求較高，對孔的質(zhì)量要求也高，要嚴格控制孔的方向、方位、傾角等；(2)炸藥單耗較大，因此對炮孔選擇、炸藥單耗等爆破參數(shù)還需要進一步優(yōu)化方可達到最佳。