杏山鐵礦巷道掘進(jìn)效率的影響因素與優(yōu)化

張 達(dá)

（首鋼集團有限公司礦業(yè)公司杏山鐵礦）

為快速適應(yīng)新的礦業(yè)形勢，需要積極開展降本增效的課題研究［1-2］。目前首鋼礦業(yè)公司杏山鐵礦巷道掘進(jìn)過程中存在硬巖爆破效率低、循環(huán)進(jìn)尺少、巷道成型差、工序間相互影響等問題，改善掘進(jìn)工藝、提高爆破效果，成為礦山亟待解決的問題［3］。

1 杏山鐵礦掘進(jìn)工程概況

1.1 地質(zhì)條件

杏山鐵礦是首鋼的第一家地下礦山，位于華北地臺北緣燕山沉降帶中部遷安隆起西緣的褶皺帶南部杏山復(fù)向斜構(gòu)造中，礦石物質(zhì)組成較簡單，屬于中硫、低磷、貧磁鐵礦石，主要金屬礦石礦物為磁鐵礦，其次為黃鐵礦，礦巖普氏硬度系數(shù)為10～14。巷道穿越地段按圍巖巖性分級劃分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V 級圍巖，Ⅱ級圍巖巖質(zhì)堅硬、圍巖穩(wěn)定，Ⅲ級圍巖巖質(zhì)弱風(fēng)化，裂隙較發(fā)育，圍巖基本穩(wěn)定，Ⅳ、V 級圍巖裂隙發(fā)育，巖體為破碎結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性差，易掉塊［4～5］。

1.2 鑿巖裝藥

目前掘進(jìn)巷道設(shè)計斷面規(guī)格為4.8 m×3.9 m，由于巖石比較堅硬，巷道斷面積不大，采用全斷面一次開挖的掘進(jìn)方案。

中心眼、輔助眼及底眼采用連續(xù)裝藥，周邊眼采取不耦合間隔裝藥，起爆方式為導(dǎo)爆索雷管聯(lián)合起爆，以減少對圍巖的破壞，采用2#巖石乳化藥卷φ32 mm×330 mm，每卷質(zhì)量0.3 kg。起爆器材有半秒延期非電管、毫秒延期非電管和導(dǎo)爆索［6］。

2 影響掘進(jìn)效率的因素分析

2.1 掘進(jìn)工藝存在的問題

2.1.1 補炮率高和循環(huán)進(jìn)尺低

掘進(jìn)補炮率高和循環(huán)進(jìn)尺低是杏山鐵礦巷道掘進(jìn)中一直面臨的問題。爆破作業(yè)設(shè)計不合理，使掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺和炮孔利用率低，同時爆破后產(chǎn)生“根底”、“門簾”，導(dǎo)致工作面無法再次正常穿孔爆破，導(dǎo)致補炮率升高。分析造成以上2個問題主要原因：①炮孔質(zhì)量存在問題，如炮孔間距、穿孔角度、炮孔深度、成孔質(zhì)量與爆破設(shè)計對比存在差距；②爆破工裝藥質(zhì)量存在問題，如裝入段別與設(shè)計不符、炮泥填塞長度與緊密度不合格、周邊孔間隔裝藥的距離不合適等；③設(shè)計與現(xiàn)場不匹配，如巖性較硬點位給藥量不足，掏槽部位段別、間距設(shè)計不合理等［7］。

2.1.2 掘進(jìn)巷道成型質(zhì)量差

巷道成型出現(xiàn)質(zhì)量差的情況后，必然會二次處理。如巷道底板凹凸不平會影響鏟運機的出渣運行效率；頂板炮孔之間過渡接茬大、兩側(cè)邊幫不垂直，造成圍巖受力不均、巷道自穩(wěn)性較差，長期受爆破震動影響極易出現(xiàn)掉塊、裂隙發(fā)育，給鑿巖臺車、爆破施工帶來較大的安全隱患，無形中也增加了臺車處理和人工檢撬的工作量。

2.1.3 爆破產(chǎn)生大塊

由于工作面孔網(wǎng)參數(shù)不能夠及時匹配現(xiàn)場巖石硬度和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多變，設(shè)計炸藥單耗與巖性不匹配，導(dǎo)致掘進(jìn)爆破產(chǎn)生大塊，不僅嚴(yán)重影響鏟運機甩礦效率，后期處理也比較耗時費力。

2.1.4 破碎部位的掘進(jìn)方式

杏山鐵礦各個采區(qū)的巖性不盡相同，并且切割巷、進(jìn)路開口處常常設(shè)計在礦巖交接部位，這些部位巖性相對較為破碎、節(jié)理松散、成孔較差、臺車處理工作面時間較長，在這樣的點位作業(yè)時，嚴(yán)重影響著掘進(jìn)效率，并對設(shè)備造成一定的損傷［8］。

2.2 施工工序存在的問題

掘進(jìn)主要施工工序包括穿孔、爆破、出渣三大項，輔助工序包括支護(hù)、水電供給、通風(fēng)排水、溜井運距等。其中掘進(jìn)的三大項工序是環(huán)環(huán)相扣。穿孔質(zhì)量對爆破效果的影響較大，而在實際生產(chǎn)過程中，由于穿孔質(zhì)量的低下會造成臺車反復(fù)挪車洗孔、補孔；工作面處理不合格會給爆破施工帶來較大的排險工作量和安全隱患；爆破施工時爆破區(qū)域內(nèi)的物資、風(fēng)水管線撤出不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致被爆破損壞，影響下一循環(huán)的臺車作業(yè)；鏟運機出渣不徹底、路面平整不徹底影響到臺車進(jìn)入后的正常穿孔時間［9］。

2.3 設(shè)備操作存在的問題

杏山鐵礦所使用的主體設(shè)備均為進(jìn)口，機械化程度高、操作便捷、精確度高，但是不可避免的缺點就是備品備件的價格昂貴，雖然礦山一直在推行備品備件國產(chǎn)化，但與進(jìn)口原廠備件相比依然存在一定偏差，掘進(jìn)臺車在穿孔精度、深度方面已經(jīng)有了明顯的下降，隨之帶來的就是爆破效果差。同時，設(shè)備的完好率也在逐年下降。

3 巷道掘進(jìn)效率提升手段

3.1 爆破參數(shù)優(yōu)化

通過分析掘進(jìn)爆破補炮率高和循環(huán)進(jìn)尺低的原因后，制定一系列的管控措施。針對巖石硬度較高的3#采場，將中心孔距掏槽空孔的距離由200 mm 縮小到180 mm，并且將掏槽輔助孔采用逐孔起爆的方式，確保掏槽部位的爆破效果［10］；通過觀察現(xiàn)場爆破效果，將原有的封孔炮泥改為黏度較高的黏土炮泥，保證了爆破能量的充分利用，在一定程度上降低了大塊率，確保爆破質(zhì)量；針對掘進(jìn)效率底下的問題，結(jié)合現(xiàn)場礦巖情況，通過多次嘗試改善循環(huán)進(jìn)尺，最終將循環(huán)進(jìn)尺由2.54 m 提高到了2.9 m，掘進(jìn)效率得到明顯提升，極大降低了二次處理的工作量。

爆破參數(shù)優(yōu)化工作主要采用工程定額法作為基礎(chǔ)，選取《礦山井巷工程預(yù)算定額》的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，結(jié)合杏山鐵礦圍巖等級進(jìn)行調(diào)整，初步確定掘進(jìn)爆破炸藥單耗指標(biāo)在2.3～2.4 kg/m3，爆破使用炸藥量Q 采用如下公式估算：

式中，q 為掘進(jìn)炸藥單耗，取 2.3kg/ m3；V 為爆破設(shè)計方量，m3；S 為巷道斷面積，m2；L 為炮孔深度，3.3 m；n為炮孔利用率，按照業(yè)界均值85%計。

帶入?yún)?shù)計算，得Q=112.2 kg。

按照估算的每炮炸藥量，掘進(jìn)面一次爆破炮孔數(shù)量按照以下公式估算：

式中，N 為炮孔數(shù)目，個；m 為炸藥每卷長度，0.3 m；ɑ為炮孔裝藥系數(shù)，取值0.5～0.8；p 為藥卷單根質(zhì)量，0.33 kg。

帶入?yún)?shù)計算，得N=54個。

參考定額參數(shù)值，按照圍巖等級取爆破最小抵抗線為450～900 mm，將估算的炮孔數(shù)量均勻布置于斷面上，最終定為55 個，其中掏槽孔9 個，采用直孔五星掏槽，邊幫孔8個，輔助孔21個，頂板孔10個，底板孔7個。

實踐證明，優(yōu)化后的爆破設(shè)計能夠達(dá)到生產(chǎn)要求，掘進(jìn)炸藥單耗從2.65 kg/m3下降至2.35 kg/m3，同時每個循環(huán)的鑿巖時間在6～7 h，正常情況1 個班能夠完成1個面的穿孔任務(wù)，有效提高了掘進(jìn)效率。

3.2 工序改善

巷道掘進(jìn)爆破與回采爆破不同的是穿孔、爆破、出渣三大工序相互影響，環(huán)環(huán)相扣。通過分析工序間相交的環(huán)節(jié)，不難發(fā)現(xiàn)造成3個工序相互影響的主要因素是施工質(zhì)量和進(jìn)度，為了解決該問題，制定《施工質(zhì)量跟蹤臺賬》，做到每個炮孔都有責(zé)任人，臺車司機對自己所打的炮孔要簽字確認(rèn)，爆破工裝藥前進(jìn)行驗孔工作并簽字確認(rèn)，臺車作業(yè)長和爆破班長也要對崗位的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查并確認(rèn)，做到分工明確、責(zé)任到人。同時制定了《鏟運機出渣和文明生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》，使出渣工作也能夠量化、標(biāo)準(zhǔn)化，目的是讓每個環(huán)節(jié)都有人檢查確認(rèn)施工質(zhì)量，從而形成了工序互保、環(huán)環(huán)緊扣的良好工作氛圍。通過制定相關(guān)規(guī)定，使井下施工效率明顯提升，鑿巖臺車臺效由77 m/臺月提升為112 m/臺月，提高幅度達(dá)46.4%。

掘進(jìn)施工輔助工序包括供電、供水、通風(fēng)、排水、支護(hù)、溜井使用等，通過制定更加科學(xué)合理的計劃，提前將輔助工序準(zhǔn)備到位，現(xiàn)場移車的效率明顯提升，由之前的6 h 降低為4.5 h。溜井使用避開回采甩礦，此外提前根據(jù)月計劃提出支護(hù)需求量和支護(hù)方式，確保支護(hù)工作與掘進(jìn)工作銜接緊密，使掘進(jìn)效率顯著提升。

3.3 強化人員培訓(xùn)

強化管理者深入現(xiàn)場的理念，不但有利于做出高效的決策，還能調(diào)動崗位的積極性。掘進(jìn)現(xiàn)場設(shè)備人員較多，合理的組織方式既能降低交叉作業(yè)風(fēng)險，又能有效地提高掘進(jìn)速度。

適時的根據(jù)采場掘進(jìn)現(xiàn)狀，總結(jié)存在的質(zhì)量和趨向問題，定期及不定期的對崗位進(jìn)行培訓(xùn)和集中討論，與崗位溝通作業(yè)過程中存在的問題，提出整改方案，強調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化操作的重要意義，改正習(xí)慣性違規(guī)。

4 結(jié) 論

（1）參數(shù)優(yōu)化能有效提高掘進(jìn)質(zhì)量。將中心孔距掏槽空孔的距離由200 mm 縮小到180 mm，爆破的大塊明顯減少；將循環(huán)進(jìn)尺由2.54 m 提高到了2.9 m，掘進(jìn)效率得到明顯提升，有效節(jié)約了二次爆破的成本；通過科學(xué)計算，將66 炮孔優(yōu)化為55 個，掘進(jìn)炸藥單耗從2.65 kg/m3下降至2.35 kg/m3。

（2）通過改善施工工序和加強現(xiàn)場管理，鑿巖臺車臺效由77 m/臺月提升為112 m/臺月，提高幅度達(dá)46.4%。