深孔爆破一次成井技術(shù)在銅綠山礦的應(yīng)用

徐 喜

(大冶有色金屬公司銅綠山礦， 黃石 大冶 435101)

1 前言

天井是井巷工程及礦山采掘工程中重要的工程之一，其常規(guī)的掘進(jìn)方法有吊罐法、爬罐法以及普通法，這些方法共同點(diǎn)是鑿巖設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝流程簡(jiǎn)單，但存在成本高、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、機(jī)械化作業(yè)水平低、職工職業(yè)健康衛(wèi)生無(wú)法保證等缺點(diǎn)。隨著鑿巖爆破技術(shù)、機(jī)械設(shè)備水平及安全環(huán)保要求的逐漸提高，在國(guó)內(nèi)的大部分礦山，已逐漸被效率更高的方法所取代，目前僅在少數(shù)及機(jī)械化水平較低的礦山使用。近年，反井鉆機(jī)的發(fā)展迅速，采用其可施工1.5～3m的天井，具有安全條件好、施工簡(jiǎn)單、周期短等優(yōu)點(diǎn)，但卻有移機(jī)復(fù)雜、施工準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、實(shí)施條件要求高等缺點(diǎn)，在一定程度上受到了不小的限制[1]。

深孔爆破一次成井是利用深孔鉆井施工天井全高的平行深孔，進(jìn)行一次或多次裝藥爆破，形成一種天井掘進(jìn)技術(shù)，其具有效率高、安全程度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鑿巖設(shè)備及爆破工藝具有極高的要求[2]。在深孔爆破成井技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量研究，取得很多研究成果，如李金躍等[3]采用多孔球狀藥包爆破成井技術(shù)，一次成井深度達(dá)到32m；李延春等[4]研究了深孔爆破成井技術(shù)中爆破工藝的微差間隔時(shí)間，并將成功用于矸石倉(cāng)的掘進(jìn)；趙井清[5]等為了解決爆破夾制性問題，提出深孔預(yù)裂球狀藥包爆破一次成井技術(shù)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

2 工程概況

銅綠山礦已進(jìn)入深部開拓階段，為了提高開拓效率，減少基建時(shí)間，在天井掘進(jìn)方面，進(jìn)行了深孔爆破一次成井技術(shù)的研究，以替代普通法。

進(jìn)入深部后，礦巖抗壓強(qiáng)度為133.64MPa，密度為3.8×103kg/m3，抗拉強(qiáng)度為1.26MPa，f系數(shù)為8～12，彈性模量為25.63 MPa，泊松比為0.28。上下盤圍巖中等穩(wěn)定，f系數(shù)為10，局部較為破碎，維護(hù)難度大。

3 深孔爆破一次成井模式的選擇

依據(jù)裝藥結(jié)構(gòu)及掏槽形式，可將深孔爆破一次成井分為平行孔掏槽一次成井及多孔球狀藥包一次成井兩種模式，具體如圖1所示。平行孔掏槽一次成井(圖la)以平行空孔為自由面進(jìn)行掏槽爆破，同層孔間采用微差起爆，以降低爆破夾制作用，降低爆破振動(dòng)。但其受鉆機(jī)鉆孔精度、爆破夾制作用的限制較大，一次成井高度有限。多孔球狀藥包一次成井(圖lb)是以爆破漏斗理論為基礎(chǔ)，采用微差爆破+同段爆破的方式，逐段爆破一次成井，理論上受爆破夾制作用的影響較大。選擇合適的一次成井模式，必須考慮的有巖石巖性、孔偏大小、成井高度和斷面大小等因素，詳見表1。

表1 爆破成井模式的使用條件

本文試驗(yàn)天井高度20m，炮孔偏斜小于1%，因此選用直孔掏槽成井模式。

4 爆破參數(shù)的確定

4.1 掏槽方式及炮孔布置

采用直孔掏槽的方式有很多，本次選用直桶掏槽，布置5個(gè)掏槽孔K1～K5，采用Simba261潛孔鉆機(jī)施工直徑165mm的炮孔，后擴(kuò)孔至310mm。

圍繞空孔布置4個(gè)炮孔擴(kuò)幫孔，沿設(shè)計(jì)斷面周圍布置8個(gè)周邊孔，要求沿?cái)嗝孑喞劬鶆虿贾?。炮孔布置如圖2所示。

圖2 炮孔布置示意圖

4.2 掏槽、空孔距離的確定

由膨脹余量確定掏槽孔與空孔的距離為[6]

式中：W1——中心掏槽炮孔與空孔的距離；

r——炮孔直徑；

R——空孔孔直徑；

η——裝藥系數(shù)；

K——巖石膨脹系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算則可得出W1=495mm，保守取值W1=400mm。

4.3 起爆順序及補(bǔ)償系數(shù)的驗(yàn)證

掏槽眼逐孔起爆后，周邊孔采用4個(gè)炮孔同時(shí)起爆的方式，爆破順序：1→3→2→4→5、7、9、11→6、8、10、12，起爆順序如圖3所示。

根據(jù)確定的爆破順序，1號(hào)炮孔以K1、K2、K5作為補(bǔ)償空間，爆破量為S1；2號(hào)補(bǔ)償空間為K1、K2、K3以及2號(hào)孔，爆破量為S2；3號(hào)補(bǔ)償空間為S1+S2，爆破量為S3；4號(hào)補(bǔ)償空間為S1+S2+S3，爆破量為S4；周邊眼5～8以S4做自由面和補(bǔ)償空間同時(shí)起爆，9～12號(hào)孔最后起爆，形成天井。計(jì)算每次起爆的補(bǔ)償系數(shù)見表2，補(bǔ)償系數(shù)均能滿足起爆要求。

圖3 起爆順序示意圖

表2 炮孔補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算表

5 裝藥與起爆

5.1 炮孔堵塞

炮孔堵塞采用河沙堵塞，堵塞長(zhǎng)度需在700mm以上，采用鋼絲懸吊沙袋封堵至孔底。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

設(shè)計(jì)采用乳化炸藥，藥卷規(guī)格為φ150mm×500mm，單個(gè)藥卷7.5kg，首次爆破高度為8m，二次爆破高度為12m，合計(jì)20m。

首次爆破掏槽孔采用連續(xù)掏槽，單孔裝藥量為9個(gè)藥卷，2.0m河沙封堵，周邊孔采用軸向不耦合裝藥，單孔為7個(gè)藥卷，間隔500mm，采用竹筒間隔，同樣采用2.0m的河沙封堵。

根據(jù)相關(guān)理論分析及計(jì)算，微差間隔時(shí)間選取為1s，根據(jù)起爆順序逐孔逐層爆破，雷管段位的排列見表3。

表3 第一次爆破雷管段位統(tǒng)計(jì)表

二次爆破設(shè)計(jì)分兩層進(jìn)行爆破，首層爆破掏槽及周邊眼采用連續(xù)裝藥模式，單孔裝藥三條，采用河沙填塞，長(zhǎng)度為800mm；二層同樣采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，掏槽眼和周邊眼單孔裝藥分別為4根和5根，采用河沙填塞，長(zhǎng)度為1 200mm。起爆方式同首次爆破方式，其雷管段位的排列見表4。

表4 第二次爆破雷管段位統(tǒng)計(jì)表

爆破過程中，為了保證拋渣效果，在空孔內(nèi)需設(shè)置吊裝藥包，位于首次爆破及二次爆破的首層裝藥高度以上30cm處，具體如圖4所示。

圖4 吊裝藥包位置示意圖

5.3 天井爆破效果

實(shí)際爆破形成的天井?dāng)嗝嫒鐖D5所示，經(jīng)實(shí)際測(cè)量和計(jì)算，形成的天井?dāng)嗝婧透叨染_(dá)到生產(chǎn)及設(shè)計(jì)需求，炸藥單耗為5.24kg/m3，且斷面規(guī)整，達(dá)到了深孔爆破一次成井的目的。

圖5 天井上部井口效果圖

6 結(jié)論

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和天井成井要求，優(yōu)選深孔爆破一次成井模式，并計(jì)算了深孔爆破成井參數(shù)。

(2)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)兩次爆破試驗(yàn)，形成的天井?dāng)嗝婧透叨冗_(dá)到設(shè)計(jì)要求，深孔爆破一次成井的試驗(yàn)成功為今后類似工程提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

(3)深孔爆破一次成井技術(shù)的關(guān)鍵是控制炮孔偏斜率，尤其是中間的掏槽孔，如果孔深過大則炮孔精度不易控制，因此成井高度不宜過高。