梅山鐵礦溜井一次爆破成井技術(shù)

鐘衛(wèi)兵

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司)

梅山鐵礦二期延伸工程溜井掘進(jìn)從- 318 m水平開始向下掘進(jìn)至-420 m水平，二期延伸工程投入使用后，330運輸水平所有的老溜井便不再使用，因此-318 m水平以上- 303，-288，-273 m水平回采和采準(zhǔn)時需采用二期延伸溜井。如果使用二期延伸溜井，則須上延至相應(yīng)的分層。為不影響正常生產(chǎn)，在運輸水平過渡期應(yīng)提高成井效率，確保采區(qū)生產(chǎn)過程中有溜井可用。本研究以梅山鐵礦5-6、5-4溜井為例，對爆破設(shè)計方案及施工流程進(jìn)行詳細(xì)分析，并對該礦溜井爆破技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)一次爆破成井。

1 爆破一次成井原理

爆破一次成井的思路是以相鄰空孔為自由面、補(bǔ)償空間和預(yù)裂導(dǎo)向孔，齊發(fā)起爆，共同作用將產(chǎn)生3種破巖作用[1-5]。單孔爆破時，裝藥孔周圍形成超高聲破碎圈，破碎半徑約為孔徑的8～10倍，當(dāng)孔徑為76 mm時，破碎圈半徑為400～700 mm。由預(yù)裂爆破原理可知，中心裝藥孔爆炸后，強(qiáng)大的沖擊波使得裝藥孔周圍的巖石形成壓碎帶及裂隙區(qū)，由于空孔與裝藥孔距離較近，因此，爆炸應(yīng)力波遇到空孔后，產(chǎn)生較強(qiáng)的反射拉伸波，從空孔壁向裝藥孔方向形成強(qiáng)烈的片狀破裂，當(dāng)裝藥孔與空孔間距適宜時，兩孔之間的破碎巖石會相互貫穿[6]。同時，由于爆轟氣體的靜壓作用和礦巖和重力作用，可使破碎巖石膨脹為松散的巖渣，隨后被拋出[6]。當(dāng)掏槽孔起爆時，相鄰空孔作為自由面、補(bǔ)償空間，爆落的礦巖碎脹后充滿整個崩落空間。破碎的礦巖借助爆轟氣體的靜壓作用和礦巖和重力作用被拋出，形成較大的空間，輔助孔或周邊孔爆破時以掏槽孔爆破后形成的空間為自由面和補(bǔ)償空間，且周邊孔起到控制成井輪廓的作用，從而達(dá)到一次爆破成井的目的。

2 實例分析

2.1 5-6溜井爆破

二期延伸工程新5-6溜井位于-318 m水平6L N16進(jìn)路附近、-303 m水平6-7L N16進(jìn)路，裝藥孔直徑為76 mm，空孔直徑為105 mm，共有5個空孔、4個掏槽孔、8個周邊孔(圖1)。該區(qū)域為赤鐵礦分布區(qū)，巖石較硬，巖性較好。本研究溜井施工采用搗洞式施工，即首先爆掏槽孔再爆周邊孔，溜井深12 m，為確保爆破成功率，分3次爆破，一次爆破高度為3～5 m。各炮孔裝藥量及堵塞長度見表1。

圖1 5-6溜井平面炮孔布置示意(單位：mm)

爆破炸藥種類為粒狀乳化銨油炸藥和乳化卷藥，爆破雷管采用奧瑞凱系列的高精度毫秒延時雷管，采用BQ-100風(fēng)動裝藥器進(jìn)行裝藥作業(yè)。具體流程為：①采用鐵絲吊袋法對裝藥炮孔底部進(jìn)行堵塞；②使用黃沙對裝藥炮孔進(jìn)行預(yù)先堵塞；③制作起爆彈；④裝填炸藥及起爆器材；⑤孔口用尾礦沙進(jìn)行堵塞(圖2)。

表1 掏槽爆破炮孔裝藥量及堵塞長度

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意

本研究采用奧瑞凱非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表2。

表2 掏槽孔各孔起爆雷管段位

新5-6溜井由-303 m水平到-318 m水平總深為12 m，3次爆破均達(dá)到了預(yù)期的目的，爆破十分成功。第1次爆破高度為4 m，爆破效果明顯，爆破高度達(dá)到4～5 m，爆破后4#孔孔底堵塞，采用高壓水沖孔后，堵塞得以排除。爆破深度為4～7.8 m段，爆破效果良好，12個裝藥孔均未堵；第3次爆破實現(xiàn)成井。

2.2 5-4溜井爆破

5-4溜井位于-318 m水平4L N16進(jìn)路附近、-303 m水平5-4L N16進(jìn)路，裝藥孔直徑為76 mm，空孔直徑為105 mm，共有8個空孔(4個中孔、4個大孔)、5個掏槽孔(4個中孔、1個大孔)、8個周邊孔(8個中孔)(圖2)。該區(qū)域?qū)儆诔噼F礦分布區(qū)，巖石較硬，巖性較好。在5-6溜井的基礎(chǔ)上,5-4溜井爆破方案有所改變，分2次爆破，第1次爆破為先爆破掏槽孔，1次爆破高度定為12 m，第2次爆破周邊孔，高度也為12 m。第1次、第2次掏槽爆破炮孔裝藥量及堵塞長度見表3。

圖3 5-4溜井炮孔布置示意(單位：mm)表3 5-4溜井一次成井爆破參數(shù)

第1次掏槽爆破炮孔編號第1次測孔/m總裝藥長度/m藥卷長度/m藥卷質(zhì)量/kg散藥長度/m裝藥密度/(kg/m)裝藥量/kg總裝藥量/kg1#12.2120.40.911.60.98989.52#12.312.10.40.911.71.05656.83#1211.80.40.911.41.05455.34#12.111.90.40.911.51.05555.85#10.910.70.40.910.31.04950.1第2次掏槽爆破炮孔編號第2次測孔/m總裝藥長度/m藥卷長度/m藥卷質(zhì)量/kg散藥長度/m裝藥密度/(kg/m)裝藥量/kg總裝藥量/kg6#12.011.50.20.511.31.05454.47#11.611.10.20.510.91.05252.58#11.210.70.20.510.51.05050.69#12.011.50.20.511.31.05454.410#12.111.60.20.511.41.05454.911#12.812.30.20.512.11.05858.212#13.012.50.20.512.31.05959.213#12.712.20.20.512.01.05757.8

本研究采用普通非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表4、表5。

表4 第1次掏槽爆破各孔起爆雷管段位

表5 第2次掏槽爆破各孔起爆雷管段位

爆破后有一瞎炮，處理后中間形成一小井，小井中間堵，為一小大塊卡住小井，小井上方4.0 m通，下方7.0 m通，成型較好，基本達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。第2次爆破也相當(dāng)成功，同樣實現(xiàn)了爆破成井，提高了爆破成井效率。

3 爆破方法優(yōu)化

本研究結(jié)合該礦5-6、5-4溜井爆破實踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)補(bǔ)償空間足夠大、巖性條件較好時，大直徑空孔的布置有利于巖石破碎，對巖石的徑向裂隙形成和不斷擴(kuò)展起促進(jìn)作用，布置大直徑中心孔可為破碎、膨脹巖石提供充裕的補(bǔ)償空間，避免或減少破碎巖石在高溫高壓氣體作用下重新固結(jié)和擠壓，有利于排渣[6-7]。該礦5-6、5-4溜井施工都是通過多次爆破實現(xiàn)的，并非真正意義上的爆破一次成井，本研究對爆破方案進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)一次爆破成井。

在溜井掘進(jìn)中，掏槽孔的爆破效果在很大程度上決定著其他炮孔的爆破效果，直接影響一次爆破成井的爆破效果，因此必須合理選擇爆破參數(shù)。根據(jù)該礦現(xiàn)有的鑿巖設(shè)備，設(shè)計空孔直徑為105 mm，周邊孔和掏槽孔直徑為76 mm，炮孔深度約為12 m，溜井直徑為3 m。

梅山鐵礦礦石普氏系數(shù)f=8～14，巖石普氏系數(shù)f=6～10，屬于較硬巖石，本研究采用直孔桶形對稱掏槽形式，一次成井爆破的補(bǔ)償空間由空炮孔提供。中心孔起爆的補(bǔ)償空間由分布于半徑為0.3 m的圓形邊上的8個空孔提供，8個直徑為105 mm、長12 m的空孔提供的補(bǔ)償空間為0.935 m3，中心孔爆破所崩礦石體積為2.456 m3，則中心孔部分的補(bǔ)償系數(shù)為38.07%。掏槽孔第1段位爆破的補(bǔ)償系數(shù)(裝藥孔也可以作為補(bǔ)償空間)為493.1%。由于是逐孔起爆，其余炮孔均以前一段爆破空區(qū)提供補(bǔ)償空間，遠(yuǎn)大于淘槽部分，故無需進(jìn)行計算。本研究掏槽孔和2個空孔連線的垂直距離為0.28 m；中心孔與空孔的距離為0.3 m。首先起爆掏槽孔，其余周邊孔均勻分布于溜井周邊。根據(jù)梅山鐵礦5-6、5-4溜井爆破實踐，本研究設(shè)計9個掏槽孔，其中1個大孔(中心孔)、8個小孔；8個周邊孔為小孔；8個空孔為大孔(圖4)。

圖4 炮孔布置示意(單位：mm)

梅山鐵礦中深孔爆破采用的是粒狀銨油炸藥，密度為1.0×103kg，采用耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，單個裝藥孔的單位裝藥量為4.534 kg/m3。一次起爆12個炮孔，每個炮孔深12 m，炮孔裝藥量為652.9 kg，崩礦量為84.823 m3，炸藥單耗為7.697 kg/m3。

一次成井炮孔采用徑向連續(xù)偶合裝藥結(jié)構(gòu)，由上向下裝藥。在炮孔全長敷設(shè)導(dǎo)爆索，利用裝藥器的壓力將散裝炸藥送入孔底，在孔口位置留一段距離，用卷藥進(jìn)行補(bǔ)充并作為起爆藥包，最后用黃沙堵塞孔口(圖5)。

圖5 一次爆破成井裝藥結(jié)構(gòu)示意

炮孔孔底堵塞長度根據(jù)掏槽孔、周邊孔裝藥系數(shù)確定，掏槽孔的裝藥系數(shù)為0.9，孔口不裝藥段為0.6，其他孔裝藥系數(shù)為0.8，不裝藥段長度為0.8 m，不裝藥部分用黃沙封填孔口[8]。起爆順序為先起爆掏槽孔，再起爆周邊孔，各炮孔按照“抵抗線最小者先起爆”的原則起爆。根據(jù)以往成功經(jīng)驗[6]，本研究爆破延時間隔取100 ms。

本研究采用普通非電雷管起爆，各裝藥炮孔的起爆段位見表6。

表6 各孔起爆雷管段位

4 結(jié) 語

為確保梅山鐵礦二期工程與二期延伸工程溜井順利對接，結(jié)合該礦5-6、5-4溜井施工實例，詳細(xì)分析了爆破設(shè)計方案及施工工藝流程，在此基礎(chǔ)上，對一次成井爆破技術(shù)方案進(jìn)行了設(shè)計，對于類似礦山溜井施工有一定的借鑒價值。