神山灰?guī)r礦溜井?dāng)U挖工程爆破施工

唐洪佩 黃 娜

（1．宏大爆破工程集團(tuán)有限責(zé)任公司；2．安徽神劍科技股份有限公司）

隨著我國礦山工程建設(shè)的不斷發(fā)展，礦石運輸過程中所使用的溜井也朝著超深、超大直徑方向發(fā)展。溜井開挖方法一般采用正井法、反井法或正反混合法，其中反井法最為普遍。而在地質(zhì)條件復(fù)雜的喀斯特地貌礦區(qū)，受溶洞、裂隙等不良地質(zhì)條件影響，反井法開挖易導(dǎo)致邊幫、平硐垮塌，造成嚴(yán)重的安全隱患，因此宜采用正向擴(kuò)挖掘進(jìn)施工方案［1-4］。神山灰?guī)r礦溜井?dāng)U挖工程對傳統(tǒng)的溜井爆破擴(kuò)挖工藝進(jìn)行改進(jìn)，并采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行施工。

1 工程概況

神山灰?guī)r礦1#溜井位于安徽省池州市神山山體中部靠近西側(cè)山坡，井口凈直徑為8 m，井口平臺標(biāo)高為+325 m，1#溜井口段（+316 m標(biāo)高以上）采用C30混凝土支護(hù)，井身及儲料倉段無支護(hù)。1#溜井井深約為255.8 m。溜井中心已使用天井鉆機(jī)施工形成一條直徑3.0 m的先導(dǎo)孔。礦區(qū)范圍內(nèi)第四系地層厚度薄，植被較發(fā)育，溜井井身均為灰?guī)r，天然狀態(tài)下巖石飽和抗壓強(qiáng)度為20.6～94.6 MPa，屬堅硬、半堅硬巖石，圍巖為Ⅳ～Ⅲ級。在溜井?dāng)U挖施工期間，井壁地質(zhì)條件十分復(fù)雜，擴(kuò)挖過程中遇到大小不一的溶洞，并且一直伴隨裂隙、破碎帶、夾泥層，施工中易發(fā)生邊幫垮塌，施工難度較大。

2 施工方法

由于溜井井身段圍巖為Ⅳ～Ⅲ級，斷面較大，部分層理發(fā)育段圍巖分級為Ⅳ級，巖體完整性一般，且溜井中心的導(dǎo)孔無支護(hù)，反向掘進(jìn)存在一些安全不利因素，不宜采取爬罐反井開挖法、吊籠反井開挖法或反井鉆機(jī)成井法；根據(jù)本溜井工程、底部運輸及平硐布置條件，采用正向擴(kuò)挖掘進(jìn)，通過溜井中心導(dǎo)孔向下溜碴、底部運輸平硐出碴的開挖施工方案。

傳統(tǒng)的直接爆破降段法主要通過鉆密孔、加藥量，使得礦石爆破塊度縮小，直接進(jìn)入溜井。但爆破施工工程較繁瑣，爆破后輪廓面破碎不一，爆破后產(chǎn)生的大塊易造成溜井堵塞，裝藥部分則會出現(xiàn)過度破碎的現(xiàn)象，不利于爆破后圍巖的穩(wěn)定性。本溜井井筒在擴(kuò)挖施工中采用鉆垂直孔自上而下依次進(jìn)行導(dǎo)洞法光面爆破作業(yè)，并使用了低能量密度的光面爆破炸藥配合非電毫秒起爆系統(tǒng)進(jìn)行起爆，確保圍巖輪廓面光滑、平整。針對裂隙較為發(fā)育部位的周邊孔，采用“多鉆孔、少裝藥”布孔模式，鉆孔后下放PVC管，孔壁間充填水泥砂漿封堵，管內(nèi)裝藥卷，以減少爆破氣體的泄露，降低大塊率。采用高精度導(dǎo)爆管雷管分段起爆方式嚴(yán)格控制爆破振動，最大限度地減弱爆破作用對松散圍巖的擾動，保障圍巖的穩(wěn)定性。

3 鉆爆施工參數(shù)

3.1 鑿巖作業(yè)

采用YT—29型鑿巖機(jī)打眼，鉆桿選用?26 mm六角中空鋼釬桿，鉆頭為?38 mm的一字型鉆頭，炮眼深度為4.0 m，孔徑為42 mm。根據(jù)類似圍巖的施工經(jīng)驗，崩落眼間距為1.24～1.33 m，排距為0.9～1.0 m，周邊眼（光爆眼）間距為0.55 m。通過破碎帶時，崩落眼間距為1.0～1.1 m，排距為0.8～0.9 m，周邊眼（光爆眼）間距為0.443 m。無水炮孔采用?32 mm卷裝改性銨油炸藥，含水炮孔采用?32 mm卷裝乳化炸藥、塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)、毫秒延期導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行爆破。爆破網(wǎng)路采用并聯(lián)，崩落眼采用塑料導(dǎo)爆管反向聯(lián)接，從炮孔底部開始連續(xù)裝藥，周邊眼采用導(dǎo)爆索間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

溜井?dāng)U挖掘進(jìn)斷面積S=43.20 m2，具體炮眼布置詳見圖1。

鑿巖應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工。首先，開孔要準(zhǔn)確，按標(biāo)定的炮眼位置作業(yè)；其次，要控制好炮孔方向，確保炮眼方向平行于井筒中心線；最后，還要保證炮孔深度和角度符合要求。鉆眼完成后，要進(jìn)行驗孔。檢查炮眼深度、角度、孔的完好度以及含水情況等并做好記錄，不符合要求的炮眼需要重新鉆孔，經(jīng)檢查合格后方能使用。

3.2 光面爆破參數(shù)的確定

根據(jù)本工程巖石的巖性和所使用的鑿巖設(shè)備，選定孔徑D為42 mm。

循環(huán)進(jìn)尺是井巷掘進(jìn)每完成一個掘進(jìn)循環(huán)工作面向前推進(jìn)的距離。通常用炮眼深度與炮眼利用率估計，1#井筒共進(jìn)行2次擴(kuò)挖作業(yè)。井筒最大循環(huán)進(jìn)尺L：

式中，D為井筒厚度，8 m；η為炮眼利用率，90%。

因此，設(shè)計確定每循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺為3.6 m，光面孔炮眼深度取4.3 m。在實際施工中應(yīng)根據(jù)巖性和臨空面的情況，調(diào)整各炮眼鉆孔深度，使所有炮眼眼底處于同一水平面上。

周邊眼布置在距開挖斷面邊緣0.1 m處，其眼底朝開挖輪廓線外傾斜2°。Ⅱ、Ⅲ級圍巖周邊眼的間距取0.55 m，Ⅳ級圍巖及破碎帶取0.5 m。根據(jù)本工程圍巖條件，設(shè)計確定周邊眼間距a=0.55 m

光爆層厚度W就是周邊眼最小抵抗線，一般為孔徑D的10～20倍。它指周邊眼到鄰近輔助眼的距離，與開挖的井巷斷面大小有關(guān)，一般斷面越大，光爆眼所受到的夾制作用越小，巖石越容易破碎崩落，光爆層厚度W取值可以相對較大。同時，光爆層厚度還受巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的影響，堅硬巖石W值可相應(yīng)偏小，松軟破碎巖石的W值可稍偏大。光爆層厚度W一般為0.5～0.8 m，根據(jù)神山灰?guī)r礦的Ⅲ、Ⅳ級圍巖及破碎帶情況，W取0.6 m。

周邊眼密度系數(shù)m是影響爆破效果的一個重要指標(biāo)，一般取值為0.8～1.0，本施工設(shè)計中m=a/W=0.91，符合取值要求。

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炸藥單耗量q對炮孔利用率、爆后巖石的塊度大小、裝巖效率、開挖壁面的平整程度以及圍巖的穩(wěn)定性都有較大的影響［5］，它取決于巖性、臨空面、炮孔直徑、炮孔深度以及所用炸藥的品種、性能等多種因素，本工程q值取1.0 kg/m3。其次是光面爆破單孔裝藥量Q的計算，即Q=qa W=0.33 kg。

井筒擴(kuò)挖過程中，按照先崩落孔后周邊孔的順序進(jìn)行爆破，崩落眼按圈數(shù)由內(nèi)而外起爆，為后續(xù)炮孔爆破創(chuàng)造自由面，周邊眼最后同段起爆。起爆順序如圖2所示。光面爆破具體參數(shù)見表1。

3.3 裝藥爆破

裝藥前，先使用高壓風(fēng)清理工作面，處理井筒邊幫浮石，再按照爆破圖表中的裝藥量，安排專人分清相應(yīng)的導(dǎo)爆管段數(shù)進(jìn)行裝藥。裝藥完成后，堵塞段需用炮泥堵塞嚴(yán)實，堵塞長度不小于250 mm，光爆眼堵塞長度不小于300 mm。

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爆破網(wǎng)路采用并聯(lián)連接，要確保導(dǎo)爆管雷管爆破網(wǎng)絡(luò)連接正確，并注意連接次序。光爆眼采用導(dǎo)爆索起爆。

為滿足裝藥結(jié)構(gòu)要求，光爆眼可借助導(dǎo)爆索來實現(xiàn)空氣間隔裝藥。應(yīng)針對不同圍巖類型設(shè)計炮眼布置及爆破設(shè)計說明書，按設(shè)計要求施工。

實際施工中還需根據(jù)工程所揭露巖性的變化和實際爆破效果，及時對炮眼數(shù)量、深度、角度等爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

對于軟弱圍巖地段，應(yīng)適當(dāng)增加井筒周邊光爆孔數(shù)量，少裝藥、弱爆破，減少爆破對圍巖的破壞，提高爆破效果，保證井筒斷面的成形質(zhì)量。如揭露后巖石穩(wěn)定性很差，還須減少孔深，降低循環(huán)進(jìn)尺，減少一次爆破的炸藥量，采用短段多循環(huán)爆破作業(yè)方式施工。

3.4 掘進(jìn)通風(fēng)工作

在春秋季節(jié)，井上下溫差小，自然通風(fēng)條件差的情況下，為加快施工進(jìn)度，設(shè)計使用局扇輔助通風(fēng)，采用壓入式通風(fēng)。在溜井井口上風(fēng)向10 m以外布置局扇，加裝風(fēng)筒向作業(yè)面輸送新鮮風(fēng)流。在井筒擴(kuò)挖爆破作業(yè)后，力爭在短的時間內(nèi)將污風(fēng)排走，縮短作業(yè)循環(huán)時間，改善作業(yè)環(huán)境。

3.5 爆破效果

井筒擴(kuò)挖爆破后，崩落的大部分礦巖粒徑在20 cm以下，能順利通過溜井中心導(dǎo)孔落到溜井底部，采用ZL—50型裝載機(jī)裝車配同力TLK220B型坑道用14 t自卸車出碴。炮眼利用率在92%以上，原巖炸藥單耗為0.76 kg/m3，遠(yuǎn)小于設(shè)計值，有溶洞區(qū)域未出現(xiàn)藥卷掉入而造成盲炮等情況，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)；少部分留在作業(yè)平臺上的礦巖采用人工清碴，每循環(huán)進(jìn)尺可達(dá)3.6 m，施工速度穩(wěn)定，效率能滿足施工設(shè)計要求。具體效果參數(shù)見表2。

4 結(jié)論

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（1）神山灰?guī)r礦溜井井筒在擴(kuò)挖施工中采用鉆垂直先導(dǎo)孔自上而下依次進(jìn)行光面爆破作業(yè)，相較于傳統(tǒng)豎井掏槽爆破，采用先導(dǎo)孔預(yù)先創(chuàng)造自由面有效提高了爆破效果，降低了大塊率，節(jié)約了鉆爆成本。結(jié)合低能量密度的光面爆破炸藥和非電毫秒起爆系統(tǒng)進(jìn)行起爆，有效保障了圍巖輪廓面光滑、平整。

（2）針對裂隙較為發(fā)育部位的周邊孔，采用“多鉆孔、少裝藥”布孔模式，鉆孔后下放PVC管，孔壁間充填水泥砂漿封堵，減少爆破氣體的泄露，降低大塊率。采用高精度導(dǎo)爆管雷管分段起爆方式嚴(yán)格控制爆破振動，最大限度減弱爆破作用對松散圍巖的擾動，保障圍巖的穩(wěn)定性。爆后炮眼利用率在92%以上，原巖炸藥單耗為0.76 kg/m3，遠(yuǎn)小于設(shè)計值，有溶洞區(qū)域未出現(xiàn)藥卷掉入而造成盲炮等情況，無堵塞問題出現(xiàn)，實際爆破效果良好。