垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法在輝綠巖層巷道掘進中的應(yīng)用

林大能,劉醫(yī)碩,陳壽如,龍 專

(1.湖南科技大學能源與安全工程學院, 湖南湘潭市 411201;2.中南大學資源與安全工程學院, 湖南長沙 410083)

垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法在輝綠巖層巷道掘進中的應(yīng)用

林大能1,劉醫(yī)碩1,陳壽如2,龍 專1

(1.湖南科技大學能源與安全工程學院, 湖南湘潭市 411201;2.中南大學資源與安全工程學院, 湖南長沙 410083)

為了解決某礦井巷道掘進施工的高成本低效率問題,提出了垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法,使直眼掏槽和斜眼掏槽有機結(jié)合,并針對不同硬度的巖石使用不同的爆破參數(shù),通過現(xiàn)場實驗論證,解決了循環(huán)進尺和炮孔利用率低的問題,減小了炸藥單耗,使成本降低到原來的 76.2%,提高了經(jīng)濟效益。該方法適合在高硬度、韌性強的巖層中推廣應(yīng)用。

垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法;巷道掘進;炮孔布置;爆破參數(shù)

某銅鎳礦在平巷掘進中,需要穿過輝綠巖層,該巖石十分堅硬,爆破困難。所掘進的巷道斷面寬度為 2200 mm,高度為 2170 mm,墻高為 1420 mm。原始巷道爆破掘進方式及參數(shù)為:掘進采用空孔直眼螺旋掏槽。每茬炮鉆孔 26個,20個裝藥,6個不裝藥;使用巖石膨化炸藥,密度為 0.8～1.0 g/cm3,裝藥總量為 34 kg。

通過現(xiàn)場調(diào)查,巷道爆破掘進存在以下問題:單炮進尺低,僅為 1.0～1.2 m,有時更低,甚至不來炮;由于不堵炮泥,造成單耗較大;炮孔利用率低,孔深 2.2 m,循環(huán)進尺為 1.0～1.2 m,炮孔利用率不大于60%。

鑒于以上巷道爆破掘進存在的問題,本文對選擇合理的掏槽方式、爆破參數(shù)、堵孔方式進行了實驗,以期降低材料消耗、增加循環(huán)進尺、提高經(jīng)濟效益、改善工人勞動強度與環(huán)境。

1 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽方式的確定

直眼掏槽與斜眼掏槽是巷道爆破掘進常用的 2種掏槽方式[3]。從爆破技術(shù)的難易程度來看,直眼掏槽較為復雜,要求嚴格,但是直眼掏槽具有炮眼利用率高、炮眼深度不受巷道斷面寬度限制且能適用于各類巖層等優(yōu)點[4]。在中、小斷面平巷掘進中,為提高掘進速度,增加單循環(huán)進尺,直眼掏槽是眾多爆破工作者必然的選擇。

傳統(tǒng)的空孔直眼掏槽主要有小直徑空孔和大直徑空孔 2種,從理論上分析兩者都是可行的。但大量的巷道爆破掘進工程實踐表明:多個小直徑空孔掏槽爆破經(jīng)常出現(xiàn)掏槽效率低,甚至掏槽失敗的現(xiàn)象。由于鉆孔精度的原因,可能造成靠近孔底部分的空孔與裝藥孔之間的距離與設(shè)計值之間存在較大差異。當距離過大時,孔底部分巖石不破碎或破碎不充分,同時造成空孔提供的補償空間相對偏小,使孔底部分容易出現(xiàn)“擠死”而形成“再生巖”現(xiàn)象;當距離過小時,孔底部分抵抗線比靠近孔口段的小,在同等線裝藥密度的條件下,孔底部分巖石破碎的時間比孔口短,裝藥孔孔底部分過早地與空孔貫通,導致爆生氣體大量滲入空孔中,在一定程度上削弱了孔口段裝藥的爆破作用,容易引起“掛門簾”的現(xiàn)象[5]。而對于大孔徑掏槽,雖然掏槽效率高,且掏槽成功率比小空孔高,但擴孔速度比較慢,大空孔的形成是關(guān)鍵問題。由于該礦是采用氣腿式鑿巖機,擴孔鉆頭重,導致釬桿容易折斷、工人勞動強度加大,而且單個鉆頭的成本高,在小直徑多空孔掏槽注意鉆孔平行度的情況下,大孔徑直眼掏槽的優(yōu)勢并不明顯。

綜合以上情況,為了徹底解決該礦難鑿難爆巖層巷道掘進的問題,經(jīng)過不斷探索,根據(jù)巷道掘進爆破定額反算每茬炮的裝藥量,再根據(jù)裝藥情況確定響炮數(shù),發(fā)現(xiàn)在輝綠巖中,原來的響炮數(shù)偏少、炸藥單耗偏低,從而導致了巷道進尺小、炮孔利用率低。根據(jù)前期掏槽不夠理想的經(jīng)驗,提出了垂爆斜拉聯(lián)合掏槽技術(shù)。

2 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽試驗

2.1 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽炮孔布置

垂爆斜拉聯(lián)合掏槽的基礎(chǔ)是先直眼掏槽,后為帶有一定角度的第二掏槽眼,所控制的槽腔形狀為棱臺形。炮孔布置見圖1。

圖1 輝長巖掘進爆破炮孔布置(單位:mm)

2.1.1 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽炮孔布置的幾點說明

此爆破方法主要針對硬巖或硬而韌、爆破難度大的巖石,設(shè)計關(guān)鍵在于直眼掏槽的掏槽孔和第二掏槽孔的相互配合,對各種不同硬度的巖石,直眼掏槽孔可用不同的方式。

當在輝長巖中鉆孔,漿水較混時:掏槽眼①、②、③全用 Ф42 mm孔,共計 7個孔,如圖1 所示?？走吪c孔邊之間的距離在 20～40 mm,個別眼的不易開孔可稍有距離,但與設(shè)計位置的偏離距離應(yīng)小于 50 mm,這時槽腔直徑為 160～180 mm。

在中等堅硬輝綠巖中鉆孔,漿水較清但尚有混漿時:①和 ②為 Ф42 mm孔,③為 Ф55 mm孔;共計 7個孔,這時槽腔直徑為 190～210 mm。

在極堅硬輝綠巖中鉆孔,排渣的漿水是清水和砂礫時,巖石最硬,韌性高,可爆性最差。此時,①和③為 Ф55 mm孔,②為 Ф42 mm孔;共計 7個孔,槽腔直徑為 220～240 mm。

在做好直眼掏槽的基礎(chǔ)上,下一個關(guān)鍵是第二斜拉掏槽孔④,相鄰的 2掏槽孔中心距離是 380～420 mm,按一定角度成孔,形成內(nèi)底邊為 260～320 mm的斜臺型,其作用是將此槽腔內(nèi)碎屑爆出槽腔外面來,給第一輔助孔⑤創(chuàng)造出好的自由面。

2.1.2 輔助孔

第一輔助孔⑤與第二斜拉掏槽孔④的連心線之距離為 200～250 mm。孔⑤要與中心裝藥孔平行,不能與掌子面斜交?？注?、⑦形成第二輔助孔,⑥—⑥、⑦—⑦中心距為 800～900 mm,⑥─⑦中心距950～1050 mm。

孔⑧、⑨形成第三輔助孔,其作用是:孔⑧幫助左右上角炮和腰炮,孔⑨主要是幫助 3個底炮,同時也為腰炮減輕負荷?？注嘣诖蚩讜r略往外帶一點角度,是孔 [11]的對外對上角度的一半?？注嵩诖蚩讜r略向下向外帶一定角度,是孔 [13]對下對外角度的一半,以減輕底炮的負荷。⑧—⑨中心距為 1000 mm、孔⑧距左右邊的孔心距 350～400 mm、孔⑨距底邊距 300～350 mm、距邊孔中心線 350～450 mm?？注?、⑦基本位置不變,但根據(jù)巖石變化可適當調(diào)整;孔⑧、⑨可隨巖石變化和中心槽眼的位置而調(diào)整?？傊?在極硬或堅硬又有韌性的巖層里,①、②、③、④、⑤孔的距離要保持基本固定,掏好槽,做好自由面;周邊孔要根據(jù)巷道設(shè)計要求打好高低和角度,以確保斷面成型。

2.2 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽技術(shù)

(1)藥量確定。根據(jù)相關(guān)手冊,在保證堵塞質(zhì)量和長度的情況下,斷面在 4 m2左右的輝綠巖巷道掘進炸藥單耗為 4.07 kg/m3。如不堵塞炮泥,炸藥量要上升 10%～15%,炸藥單耗應(yīng)達到 4.5～4.68 kg/m3。

(2)分段、裝藥。掏槽孔①使用一段雷管 2發(fā),裝藥要求滿裝實裝,裝乳膠炸藥,裝之前將乳膠炸藥用小刀劃 2～3個開口,藥到孔里后用 Ф25 mm的齊頭木棍或是尼龍棒,將炸藥擠緊壓實,主要是提高裝藥密度、減小不耦合裝藥系數(shù)、提高爆炸力;孔④使用 2段 2發(fā)、3段 2發(fā),對角線先后起爆,對角線距離小的用 2段,大的用 3段,炸藥滿裝;孔⑤使用 4段 2發(fā)、5段 2發(fā),對角線先后起爆,對角線距離小的用 4段,大的用 5段,炸藥滿裝或少裝一節(jié),視巖石而定;孔⑥、⑦同時用 6段起爆,可少裝一節(jié)炸藥;孔⑧、⑨同時用7段起爆,可少裝一節(jié)炸藥;孔 [12]用8段起爆,滿裝炸藥;孔 [11]、 [14]用9段起爆,滿裝或少裝一節(jié)炸藥;孔⑩、 [13]用10段起爆,滿裝炸藥。

(3)堵孔。找比較黏的黏土,做成 10 cm長,Ф35 mm的泥柱,每孔堵 2～3個泥柱,泥柱放進孔內(nèi)后,用木棍或尼龍棍搗實搗緊;特別是孔①和孔④垂爆斜拉的關(guān)鍵孔一定得扎實堵好。

3 試驗效果評價

針對設(shè)計方案在該礦 778巷道的灰綠巖中進行了現(xiàn)場實驗。首先示范爆破了孔①和孔④垂爆斜拉孔,爆出孔深 2.1 m、外口 38×40 cm2、孔底 28×30 cm2,而且孔內(nèi)的石渣基本都被拉出,形成了很好的空間,為第二輔助孔⑤開創(chuàng)了很好的自由面,看出了垂爆斜拉掏槽的優(yōu)越性。在堅硬的輝綠巖中,爆破了 8槽,共有 16 m多,每槽進尺都在 2 m或 2 m以上,大大縮短了一槽炮的作業(yè)時間,改善了炮工的勞動條件,降低了整體成本,取得了很好的效果。在巖石有變化的情況下進行試驗,遇到相對較軟巖石時做適當調(diào)整,減少了炸藥量,進尺只有 1.7～1.8 m,因此及時增調(diào)炸藥量,將炮孔的角度也進行調(diào)整,并修正掌子面的整槽等效深度,使爆破效果達到 2 m或 2 m以上。

通過現(xiàn)場實驗,將垂爆斜拉掏槽法與原有空孔直眼螺旋掏槽法的爆破效果進行了比較(見表1)。

表1 巷道掘進結(jié)果比較

綜上所述,垂爆斜拉掏槽法與原方案相比,每炮進尺、炮孔利用率以及掘進速度都有明顯的提高。據(jù)統(tǒng)計,相同進尺時可降低成本 23.8%,充分體現(xiàn)了垂爆斜拉掏槽法的優(yōu)越性。

4 結(jié) 論

(1)本文提出了垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法。該方法簡單實用,能可靠地創(chuàng)造出 1個高質(zhì)量自由面,而且操作方便,易于工人掌握,具有很高的掏槽效率。

(2)垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法適用于不同硬度下的巷道快速掘進,適合在高硬度、韌性強的巖層中推廣應(yīng)用。

(3)在相對較軟的灰綠巖層的掘進中,對于減少裝藥量,需特別慎重,否則容易出現(xiàn)進尺降低的現(xiàn)象。炮孔必須用泥柱堵塞牢靠。

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[2] 李治平.平巷掘進的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].昆明冶金高等專科學校學報,2000,16(2):55-58.

[3] 劉殿中.工程爆破實用手冊 [M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

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[5] 林大能.平巷掏槽爆破空孔尺寸效應(yīng)及圍巖頻繁震動損傷累積特性研究[D].長沙:中南大學,2006.

2011-07-06)