深孔爆破一次性成井技術(shù)在龍橋鐵礦的應(yīng)用

林 敏 喻六平 王 靖

（1.安徽龍橋礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.華唯金屬礦山資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心）

天井掘進(jìn)是井下作業(yè)中施工難度較大的一個環(huán)節(jié)。目前常見天井掘進(jìn)主要分為普通法施工、吊罐法施工、爬罐法施工3類［1］，這些方法需要人員進(jìn)入井筒內(nèi)作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，作業(yè)條件差，安全性低，施工周期長，成本高。隨著爆破生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，爆破一次成井成為一種新型天井掘進(jìn)方式，該方式無需人員進(jìn)入天井，具有安全性高、施工成本低、掘進(jìn)速度快、使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)［2］。本研究以龍橋鐵礦為例，采用爆破一次成井技術(shù)進(jìn)行天井掘進(jìn)施工。

1 工程概況

龍橋鐵礦隸屬安徽省廬江龍橋礦業(yè)有限公司，礦區(qū)位于安徽省廬江縣龍橋村。礦山采用分期開采，一期生產(chǎn)規(guī)模為100萬t/a，二期生產(chǎn)規(guī)模為300萬t/a。礦山采用側(cè)翼下盤豎井開拓，布置混合井、東風(fēng)井各1條，構(gòu)成側(cè)翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)。采礦方法為無底柱分段崩落法。目前-420 m以上開拓工程已基本完成。

礦區(qū)頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固，具體參數(shù)見表1，礦山即將轉(zhuǎn)入的深部-420~-490 m中段平均切割井深在14.5 m左右。

2 爆破設(shè)計(jì)

2.1 炮孔參數(shù)

炮孔布置方式見圖1。

（1）掏槽孔。掏槽孔設(shè)計(jì)采用桶形布置，共布置7個孔，圖1中1#~7#孔為掏槽孔。一般而言，掏槽孔需要較大的槽腔表面積和較高的炮孔利用率，龍橋鐵礦掏槽孔直徑110 mm，其中1#孔裝藥的作用是將桶形區(qū)域內(nèi)的巖石粉碎，在天井中央形成粉碎區(qū)，在爆炸應(yīng)力和重力作用下，粉碎區(qū)的巖石被拋擲出來，為后續(xù)的炮孔提供爆破自由面和碎脹空間。2#~7#孔為空孔，均勻布置在距離1#孔0.35 m的同心圓上，作用是為掏槽區(qū)提供補(bǔ)償空間，避免二次成巖［3］。

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（2）崩落眼。崩落眼布設(shè)在半徑為1 m、與掏槽眼同心的圓上，共布置1圈，8#~11#孔為崩落孔，孔徑80 mm，作用是將巖石崩落并破碎，形成破碎區(qū)。破碎區(qū)的巖渣隨重力作用向井底滑落［3-5］。

（3）周邊眼。12#~19#孔為周邊眼，周邊眼與成井形狀有關(guān)，布設(shè)在天井的開挖輪廓上，孔徑采用80 mm，孔距1 m。這些孔的作用有2個，一是輪廓線內(nèi)開挖區(qū)巖體與輪廓線外的巖體分離，減弱主爆破對井壁圍巖的擾動，維持圍巖的穩(wěn)定，并形成平整的爆破輪廓面［2-3］；二是將開挖區(qū)域內(nèi)的巖石崩落并破碎。

（4）擴(kuò)槽孔。擴(kuò)槽孔位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際布設(shè)在一側(cè)，以成井的要求為標(biāo)準(zhǔn)，排距0.6 m，孔距1 m，孔徑80 mm。

因?yàn)槭艿綆r石夾制作用，若上分層無自由面，則孔深分布一般在10 m左右，若施工位置頂部存在自由面，則孔深可深達(dá)15 m，一次爆破孔深7 m?，F(xiàn)場炮孔施工見圖2。

2.2 裝藥形式

一次成井裝藥采用連續(xù)耦合裝藥。1#掏槽孔內(nèi)裝乳化粉狀炸藥，2#~7#孔不裝藥。3#~19#的崩落孔、周邊孔和20#~25#擴(kuò)槽孔內(nèi)裝2號巖石銨油炸藥。填塞方式為孔底填塞50 cm的炮泥。

2.3 爆破網(wǎng)絡(luò)組織

設(shè)計(jì)采用毫秒微差控制爆破技術(shù)。通過微差控制爆破，可以減小爆破一次釋放的能量，減輕圍巖的擾動，不發(fā)生坍塌；其次，通過控制炮孔的起爆順序及延期時間，可以保證巖渣有序拋出，確保開挖豎井不被爆渣堵塞，并保證巖渣破碎均勻［2］。

爆破順序主要沿著豎井的中心至周圍依次起爆，其中中心1#掏槽孔采用HS1段雷管，2#~7#孔不裝藥，8#和10#孔采用HS3段雷管，9#和11#孔采用HS5段雷管，12#、14#、16#和18#孔采用HS6段雷管，13#和17#孔采用HS7段雷管，15#和19#孔采用HS8段雷管，后續(xù)兩排擴(kuò)槽孔分別采用HS9和HS10段雷管。

傳爆網(wǎng)絡(luò)選用半秒導(dǎo)爆管雷管+塑料導(dǎo)爆管組成起爆網(wǎng)絡(luò)。為了達(dá)到爆破目的，在孔口和孔底均設(shè)置有一發(fā)起爆彈（里面設(shè)有2發(fā)導(dǎo)爆管雷管），從而組成“雙保險”來保障爆破效果。炮孔參數(shù)及材料消耗情況見表2、表3。

3 一次性成井的優(yōu)點(diǎn)

3.1 高效性

龍橋礦每個采場平均縱向劃分約有3~4個分層，每個分層至少需要施工1個切割井來確保充足的爆破空間。統(tǒng)計(jì)平均1個采場需要施工3個切割井。每條天井的長度在10~15 m，按照以往人工施工周期來看，在施工條件最好的情況下（無溶洞，無斷層）需要10~15 d。如果出現(xiàn)巖層條件復(fù)雜或井筒高度較高（如龍橋即將轉(zhuǎn)入的深部-420~-490 m的中段平均切割井深在14.5 m左右），會造成施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后，從而拖延整體采場的形成。

采用該新型一次成井技術(shù)，利用中孔臺車進(jìn)行施工，1個班可完成1條10~15 m的切割天井，施工周期縮短了95%。

3.2 安全性

龍橋鐵礦以往采用反掘法施工切割天井，需要人工搭建手工架向上施工。人員要在井筒里面作業(yè)，井筒內(nèi)施工存在空氣中毒窒息、浮石垮落、人員高處墜落等風(fēng)險，存在很大的安全隱患。此外，反掘法施工工序繁多且復(fù)雜，各工序銜接緊促，需要配備足夠的安全、運(yùn)輸人員。一次成井施工只需要施工一次成孔，進(jìn)行一次爆破作業(yè)，后續(xù)進(jìn)行出渣作業(yè)就可實(shí)現(xiàn)成井，施工工序少，安全隱患少，從源頭上減少了安全事故的發(fā)生。

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3.3 經(jīng)濟(jì)性

一次成井技術(shù)采用中深孔爆破成井，施工成本低。根據(jù)龍橋鐵礦統(tǒng)計(jì)，采用一次成井技術(shù)掘進(jìn)斷面2 m×2 m的天井，平均每米可節(jié)省600元。龍橋鐵礦2020年施工38個天井，約500 m，采用一次成井技術(shù)為公司節(jié)省直接生產(chǎn)成本約30萬元。間接的安全和人員配備、施工期等成本未計(jì)入其中。

4 結(jié)論

深孔一次性成井技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)天井的高效掘進(jìn)，該技術(shù)施工效率高、安全性好、勞動強(qiáng)度低等。

采用深孔一次性成井技術(shù)減少了天井掘進(jìn)成本，每年為礦山帶來直接效益30余萬元，縮短了施工周期，減少了人工與設(shè)備成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)價值。

工程實(shí)踐證明，該炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)在龍橋鐵礦上的應(yīng)用是可行的，為類似巖性條件下的礦山提供了參考依據(jù)，為深孔一次性成井提供了實(shí)踐指導(dǎo)。