深孔一次爆破成井技術(shù)的研究與應(yīng)用

葉 超

（江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦，江西 九江 332204）

天井掘進(jìn)施工在金屬礦山屬于施工難度較大的一個(gè)工序，通常的天井施工方法包括普通掘進(jìn)反井法、吊罐法下向施工、爬罐法下向施工3類。傳統(tǒng)的天井施工方法具有作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、效率低、施工周期長(zhǎng)、成井輪廓差等劣勢(shì)，尤其是普通掘進(jìn)反井法雖然應(yīng)用較為廣泛，但是在狹小空間內(nèi)作業(yè)，浮石處理難度大、工作環(huán)境差，存在極大的安全事故風(fēng)險(xiǎn)。鑒于此，武山銅礦設(shè)計(jì)應(yīng)用了深孔一次爆破成井技術(shù)，該技術(shù)在降低反井成本的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)一次性成井，作業(yè)效率顯著提高、安全系數(shù)顯著提高。

1 工程概況

武山銅礦礦區(qū)有南北兩個(gè)礦帶組成，其礦床賦存條件差異較大，南北礦帶的地質(zhì)賦存條件均屬于復(fù)雜類型，巖石硬度系數(shù)為8～10，松散系數(shù)為1.6，采用下向水平進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法。該采礦方法決定需要掘進(jìn)的溜井、泄水通風(fēng)井等措施井較多，預(yù)先采用傳統(tǒng)的上向掘進(jìn)反井法，施工進(jìn)度慢、效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)大。

深孔一次爆破成井技術(shù)試驗(yàn)應(yīng)用地點(diǎn)位于北礦帶層控礦床砂巖中，巖石較為穩(wěn)固，硬度中硬，局部硬度系數(shù)達(dá)到10左右。天井規(guī)格：2.0m×2.0m方形、垂深9.5m。

2 爆破設(shè)計(jì)

2.1 補(bǔ)償空間的驗(yàn)算

實(shí)施深孔一次爆破成井技術(shù)的必要條件需滿足：爆破碎脹的巖石體積(Vz)＜補(bǔ)償空間體積(Vb)。

依據(jù)資料：天井規(guī)格2.0m×2.0m，可知該天井的斷面積S=4㎡、天井邊長(zhǎng)L=2m。另外依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量得：深度垂深H=9.5m，天井上下部巷道斷面S上、S下均為8.367m2。查閱巖石巖性資料獲知該巖石的碎脹系數(shù)k=1.6。

2.2 炮眼布置

2.2.1 炮孔間距的確定

依據(jù)天井規(guī)格設(shè)計(jì)炮眼布置如圖1所示，施工效果如圖2所示。共設(shè)計(jì)21個(gè)炮孔，其中裝藥孔17個(gè)，大直徑空孔4個(gè)。起爆雷管選用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，分為5個(gè)段別進(jìn)行起爆，其中掏槽孔首先起爆，兩圈輔助孔依次起爆，周邊孔分為兩個(gè)段別依次起爆，各起爆時(shí)間間隔為150～200ms。

圖1 深孔一次爆破成井布孔示意圖

圖2 施工效果圖

（1）掏槽孔（編號(hào)為1～5）間距。依據(jù)空孔的補(bǔ)償空間、掏槽孔直徑（60mm）、巖石碎脹系數(shù)等參數(shù)算得理論值為314mm。但是考慮到鉆孔最大偏斜導(dǎo)致炮孔穿孔等原因，確定掏槽孔間距為185mm。確定采用5個(gè)掏槽孔，其中中心一個(gè)掏槽孔作為裝藥孔，周圍4個(gè)作為補(bǔ)償空間孔，為保障爆破效果，4個(gè)補(bǔ)償空間孔進(jìn)行了擴(kuò)孔，擴(kuò)孔直徑為86mm。

（2）輔助眼（編號(hào)為6～13）間距。考慮天井?dāng)嗝嬉?guī)格，設(shè)計(jì)了兩圈輔助孔，第1圈輔助孔炮孔間距556mm，與掏槽中心孔間距0.4m；第2圈輔助孔炮孔間距1089mm，與掏槽中心孔間距0.77m。

（3）周邊眼（編號(hào)為14～21）間距。周邊眼間距理論計(jì)算值E＝(12～16)d=720～960mm；考慮到武山北帶巖石性質(zhì)和深孔爆破經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，選定周邊眼間距為1m，均勻分布于天井周邊，炮孔數(shù)目共計(jì)8個(gè)。

2.2.2 炮孔裝藥

炮孔裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥量、起爆段別參數(shù)如表1所示。裝藥前須預(yù)先精準(zhǔn)測(cè)量炮孔深度，炮孔施工采取貫通式施工方式，即炮孔與上下水平巷道貫通，炮孔測(cè)量完畢后需及時(shí)采用木楔進(jìn)行堵孔，并回填細(xì)沙0.5m左右。

表1 深孔一次爆破成井爆破參數(shù)表

（1）掏槽孔裝藥。掏槽孔中心孔為裝藥孔，周圍4個(gè)作為補(bǔ)償空間孔；中心孔裝藥采用連續(xù)裝藥方式，采用φ32mm藥卷，單孔裝藥量17.6Kg，裝藥長(zhǎng)度8.7m，堵塞長(zhǎng)度0.8m，孔口采用炮泥進(jìn)行封堵，起爆段別為1#雷管，每孔均為安設(shè)3個(gè)起爆藥包。

（2）輔助孔裝藥。輔助孔裝藥結(jié)構(gòu)與掏槽孔相同，裝藥孔8個(gè)，總裝藥量為140.8Kg，起爆段別采用3#雷管和7#雷管，每孔均為安設(shè)3個(gè)起爆藥包。

（3）周邊孔裝藥。周邊孔裝藥孔8個(gè)，每孔裝藥量為8.8Kg，采用軸向不連續(xù)柱狀裝藥方式，炸藥按一支藥卷一簇捆扎在細(xì)竹片上，分為兩段，中間間隔3m左右，實(shí)現(xiàn)光面爆破，起爆段別采用3#雷管和7#雷管，每孔均為安設(shè)2個(gè)起爆藥包。

3 應(yīng)用效果

本次深孔一次爆破成井技術(shù)的應(yīng)用，成井效果較好，天井一次性實(shí)現(xiàn)上下爆通，井壁輪廓完整，如圖3所示。分析認(rèn)為存在以下優(yōu)勢(shì)：

圖3 深孔一次爆破成井現(xiàn)場(chǎng)效果

（1）高效性。武山銅礦采用的采礦方法需要布置的天井、溜井等措施井較多，傳統(tǒng)的反井方式，導(dǎo)致反井速度嚴(yán)重影響采場(chǎng)的施工進(jìn)度，影響采礦效率，采取深孔一次爆破成井技術(shù)，4個(gè)班可完成1條10m切割天井的施工，施工周期大大縮短。

（2）安全性。傳統(tǒng)的人工反井技術(shù)，作業(yè)人員需要在井筒里狹小空間作業(yè)，存在浮石垮落傷人、高處墜落事故、中毒窒息事故等風(fēng)險(xiǎn)，采取深孔一次爆破成井技術(shù)施工工序少、安全性顯著改善，避免了傳統(tǒng)的人工反井安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）經(jīng)濟(jì)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，深孔一次爆破成井技術(shù)與傳統(tǒng)反井技術(shù)相比較（斷面2.0m×2.0m），能夠?qū)崿F(xiàn)直接成本降低500～600元/m。武山銅礦2020年施工天井500m，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)直接生產(chǎn)成本節(jié)約30萬元以上。

4 結(jié)語

深孔一次性成井技術(shù)的應(yīng)用效果表明，該技術(shù)用于天井的施工，具有高效性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，是一種安全、高效、經(jīng)濟(jì)的施工方式，值得推廣應(yīng)用。