VCR法爆破成井施工常見問題及預(yù)防方法

何曉武，李 明，羅先偉，陳慶發(fā)

(1.廣西華錫集團(tuán)股份有限公司銅坑礦， 廣西河池市 547207;2.廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院，廣西南寧 530004)

銅坑礦是廣西華錫集團(tuán)有限公司的主要礦石生產(chǎn)基地，主要開采對象為細(xì)脈帶、91#、92#礦體［1］。天井是地下礦山開拓、采準(zhǔn)、切割工程的重要組成部分［2］，銅坑礦作為一個(gè)年采、出礦量達(dá)到200萬t/a以上的大型地下礦山，在生產(chǎn)過程中，需要施工不少的直通空區(qū)的排廢溜井及深度達(dá)40 m以上的回風(fēng)、放礦天井。該類天井不具備普通法、吊罐法等常用施工法所需的施工條件或者施工難度極大，需要采用爆破成井來施工井筒。由于深孔一次成井爆破技術(shù)對巖層情況、鑿巖施工要求高，實(shí)際生產(chǎn)過程中難以保證，銅坑礦采用VCR法進(jìn)行天井爆破施工。

1 爆破成井施工工藝

1.1 爆破原理

VCR法爆破成井就是利用利文斯頓爆破漏斗理論，進(jìn)行下向分段爆破形成所需要斷面和高度的天井［3］。

銅坑礦主要在上中段聯(lián)道或空區(qū)頂部排廢聯(lián)道內(nèi)采用100 B鉆機(jī)向底部聯(lián)道或底部空區(qū)頂板施工一組平行的大直徑深孔，利用VCR法分次爆破形成所需井筒工程。

1.2 布孔形式及鑿巖參數(shù)

設(shè)計(jì)井筒斷面為3 m×3 m，共布置直徑為90 mm的下向平行中深孔21個(gè)。其中掏槽眼5個(gè)，輔助眼8個(gè)，周邊眼8個(gè)。炮孔布置如圖1所示。

1.3 爆破施工方法

鑿巖施工完成后，先由技術(shù)員對各孔進(jìn)行驗(yàn)收。一般情況下，掏槽眼只對1#中心孔進(jìn)行裝藥，2～5#孔不裝藥，其主要作用是為掏槽爆破提供一定的擠壓空間。輔助眼原則上只對 6#、8#、10#、12#孔進(jìn)行裝藥。周邊8個(gè)孔都進(jìn)行裝藥。按掏槽眼→輔助眼→周邊眼的起爆順序進(jìn)行爆破。

圖1 爆破成井大孔布置

裝藥時(shí)對需裝藥的孔用堵孔塞堵好孔底，然后用干燥河沙繼續(xù)堵孔，孔底堵厚0.5 m。裝藥高度0.8 ～1.2 m，裝藥完成后再回填0.5～1 m 高的河砂堵孔口。采用半秒管孔內(nèi)分段孔口起爆法起爆。

2 爆破效果影響因素及易現(xiàn)問題

由于井筒斷面小，爆破夾制性大，對施工的要求高。大直徑深孔爆破成井成敗的主要影響因素在于裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序的控制，其次巖層的可爆性，巖層中結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及炮孔的施工質(zhì)量對爆破施工及效果也有較大的影響。

2.1 裝藥結(jié)構(gòu)

大量實(shí)踐表明［4］，由于天井?dāng)嗝嫘?、爆破夾制性大等特點(diǎn)，在采用VCR法進(jìn)行爆破成井施工時(shí)，裝藥結(jié)構(gòu)控制不當(dāng)極易產(chǎn)生以下幾種不利情況:

(1)藥包埋深控制過高，即藥包底部堵塞過長，在爆破后，極易在孔內(nèi)形成藥壺;

(2)上部堵塞長度過長，爆破時(shí)，大量的上部堵塞物容易上沖，在上沖過程中容易聚集導(dǎo)致堵孔;

(3)上部堵塞長度過短，在爆破的過程中容易導(dǎo)致爆破能量從上部孔口泄漏，不能達(dá)到預(yù)期的爆破效果，同時(shí)孔口巖層破碎、移位導(dǎo)致堵孔。

(4)單孔裝藥量過多，上部炸藥爆炸能向巖層四周發(fā)散，先起爆孔爆破后導(dǎo)致旁邊孔孔壁坍塌，影響當(dāng)次爆破效果及后續(xù)爆破工作。

2.2 結(jié)構(gòu)面因素對爆破的影響

當(dāng)巖體內(nèi)存在較大的結(jié)構(gòu)面且?guī)r性較軟，先爆的孔會(huì)對后爆孔周邊巖體產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，導(dǎo)致巖體沿?cái)嗔衙姘l(fā)生較大位移錯(cuò)動(dòng)。若兩相臨孔延期時(shí)間較大，導(dǎo)致后排柱藥包在雷管起爆前被錯(cuò)斷而中斷了局部藥柱傳爆，將發(fā)生局部拒爆，給后續(xù)爆破帶來極大困難。

近年銅坑礦主要開采的是92#礦體，92#礦體賦存于硅質(zhì)巖中。巖石層理發(fā)育，巖層單層厚度一般在1～5 m之間，單層紋層厚度在1～5 mm之間。巖層中發(fā)育的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面主要為節(jié)理和斷層。銅坑礦在進(jìn)行爆破成井施工時(shí)，曾出現(xiàn)過由于局部存在斷層，導(dǎo)致先爆孔把后爆孔藥柱切斷，致使整個(gè)爆破成井失敗的現(xiàn)象。

2.3 炮孔施工質(zhì)量對爆破的影響

炮孔的施工質(zhì)量對爆破的效果也有一定的影響，主要體現(xiàn)在孔徑不合規(guī)格、炮孔斜交等，將直接影響爆破時(shí)裝藥結(jié)構(gòu)、爆破抵抗線的控制，如控制不合理將導(dǎo)致拒爆、沖炮等現(xiàn)象產(chǎn)生。

3 爆破事故預(yù)防措施及解決方法

針對以上情況，為保證爆破成井施工的成功，從炮孔的施工到爆破裝藥都必須要做到精心、準(zhǔn)確。同時(shí)為避免出現(xiàn)以上情況，必須采取必要的預(yù)防措施，當(dāng)問題出現(xiàn)后必須有安全、可靠和有效的處理方法。

3.1 預(yù)防措施

(1)保證炮孔施工質(zhì)量。必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的點(diǎn)位施工炮孔，要求鑿巖工必須能掌握不同性質(zhì)巖石的鉆鑿規(guī)律，保證施工的炮孔準(zhǔn)、平、直。每個(gè)炮孔鉆完后，立即將孔口用木塞或塑料塞堵好，孔口巖石要清理干凈，防止雜物進(jìn)入孔內(nèi)。爆破技術(shù)人員要及時(shí)向鑿巖工了解鑿巖施工的情況，通過反渣了解布井區(qū)域的巖性，同時(shí)了解是否存在大的裂隙區(qū)或斷層等地質(zhì)構(gòu)造。

(2)合理控制裝藥結(jié)構(gòu)。在裝藥爆破的過程中，必須合理控制裝藥結(jié)構(gòu)。每次進(jìn)行爆破前都應(yīng)先準(zhǔn)確測量出每個(gè)孔的數(shù)據(jù)，再根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)靈活調(diào)整每個(gè)孔的藥包量、埋深及堵塞長度等參數(shù)。在確定好每個(gè)孔的裝藥結(jié)構(gòu)后，必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥。

(3)裝藥過程中要保證堵塞質(zhì)量，堵塞料要慢慢放入孔內(nèi)，同時(shí)堵塞料內(nèi)不得含有碎石和易燃材料，堵塞過程中要防止導(dǎo)線、導(dǎo)爆管被砸斷、砸破。裝藥時(shí)必須采用測繩準(zhǔn)確測量，控制好裝藥位置及裝藥量。裝藥速度不宜過快，特別是水孔的裝藥速度一定要慢，要保證乳化炸藥沉入孔底。放置起爆藥包時(shí)，雷管腳線要順直，輕輕拉緊并貼在孔壁一側(cè)，以避免腳線產(chǎn)生彎死而造成芯線折斷、導(dǎo)爆管折斷，同時(shí)可減少炮棍搗壞腳線的機(jī)會(huì)。

3.2 堵孔處理方法

通過分析，爆破成井施工過程中主要出現(xiàn)的問題是堵孔現(xiàn)象。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)堵孔情況時(shí)，必須先分析堵孔的原因。

(1)孔口坍塌引起堵孔。當(dāng)堵孔是因?yàn)榭卓谔?，在確定孔內(nèi)前次爆破炸藥已引爆完的情況下，可采用鋼材質(zhì)釬桿捅開孔口。

(2)爆破堵塞物聚集引起堵孔。當(dāng)由于前次爆破堵塞長度控制不好引起堵孔時(shí)，可通過爆破法疏通堵孔。及于堵孔堵塞物上僅安裝起爆藥包，不做充填覆蓋。通過爆破沖擊波及爆破震動(dòng)疏通炮孔。

(3)巖層錯(cuò)位、爆破切割引起堵孔。通過對堵孔周邊孔進(jìn)行詳細(xì)測量，分析堵孔位置、堵塞長度后，可暫時(shí)不對堵孔進(jìn)行爆破，通過對周邊孔采用VCR法進(jìn)行爆破，整體切割掉堵孔隔層。

4 結(jié)論

(1)地下礦山生產(chǎn)過程中，一些直通空區(qū)的排廢溜井及深度達(dá)40 m以上的回風(fēng)、放礦天井，采用常規(guī)天井施工方法施工困難，采用VCR法爆破成井技術(shù)是一種比較可行的方法。

(2)VCR法炮孔的施工質(zhì)量是爆破成井的基本前提，而爆破技術(shù)則是天井爆破成敗的關(guān)鍵。通過采取有效的預(yù)防措施及合理的裝藥結(jié)構(gòu)及安全的處理方法，可確保爆破成井施工成功。

［1］韋方景，黃道欽，毛建華.銅坑礦厚大礦體安全開采與大范圍地壓監(jiān)測［J］.采礦技術(shù)，2009，9(3):34-36.

［2］解世俊.金屬礦山地下開采［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1990.

［3］中國工程爆破協(xié)會(huì).爆破設(shè)計(jì)與施工［M］.北京.冶金工業(yè)出版社，2011.

［4］李 政，衛(wèi) 明.大直徑深孔爆破成井技術(shù)在安慶銅礦的應(yīng)用［J］.世界采礦快報(bào)，1998，14(8):24-25.