地下礦山工程井巷掘進(jìn)爆破技術(shù)探討

杜雪峰

（中國華冶科工集團(tuán)有限公司，遼寧 朝陽 122104）

地下礦山工程一般指礦產(chǎn)開采，即是從地殼中挖掘礦物，并將其運(yùn)輸至制定加工地點(diǎn)的過程[1]。在地下礦山工程中，通過井巷掘進(jìn)，形成開挖體、安全設(shè)施、運(yùn)輸通道、輔助設(shè)施的開采作業(yè)面，爆破技術(shù)在井巷掘進(jìn)中的應(yīng)用極為廣泛，同時能夠保證掘進(jìn)施工效率、效果。

1 工程概況

保國鐵礦位于遼寧省西北部，在朝陽地區(qū)北票市井內(nèi)，隸屬于凌源鋼鐵集團(tuán)有限公司，該公司是集軋材、冶煉、礦山于一體的大型國有鋼鐵公司。礦區(qū)為礦石原料基地，共有黑山、邊家溝、鐵蛋山三個礦區(qū)，現(xiàn)階段僅開采鐵蛋山礦區(qū)。鐵蛋山礦區(qū)每年生產(chǎn)約18萬噸，設(shè)計(jì)的采礦深度為+110m到-190m。礦區(qū)海拔336m，目前最低標(biāo)高為235m，北溫帶季風(fēng)氣候，屬丘陵地區(qū)，地勢平緩，山形低矮，地勢北高南低。由于礦區(qū)巖性不同，呈現(xiàn)出中間低緩，周圍較高，淺、中切割的構(gòu)造剝蝕、侵蝕堆積丘陵和山間溝谷地貌。

2 地下礦山工程井巷掘進(jìn)爆破技術(shù)

（1）技術(shù)特點(diǎn)。井巷掘進(jìn)爆破的內(nèi)容是地下礦山工程中的平巷、天井、硐室、豎井等項(xiàng)目的爆破施工。一般而言，井巷掘進(jìn)爆破施工順序?yàn)椋恒@孔?裝藥?連線?起爆。不同爆破方法在使用的過程中會受到掘進(jìn)、斷面的影響，且各段爆破中進(jìn)尺為1到3m，最終爆破后便會形成井巷斷面狀。所以，在進(jìn)行同一工作面爆破施工時，需要在工作面上布設(shè)多個炮眼，以此保證良好的爆破率。

（2）炮孔布設(shè)。掏槽孔布設(shè)會影響到循環(huán)進(jìn)尺速率，對于炮孔質(zhì)量有明顯影響，因此掏槽形式成為掘進(jìn)爆破施工的重要影響因素。作為掘進(jìn)工作面炮孔，除了掏槽孔以外，還具有周邊孔及輔助孔等，在斜井或平巷工作面中，周邊孔也會分為頂孔、底孔、幫孔。掏槽孔時對部分巖石預(yù)先進(jìn)行爆破，并將碎石拋出，以此形成槽型空穴，輔助爆破技術(shù)便能夠創(chuàng)造出第二個自由面，從而達(dá)到爆破效率提升的效果。掏槽孔較之其他類型的炮孔深度要高10%到15%左右，槽的形式對于循環(huán)進(jìn)尺作用極為關(guān)鍵。炮孔質(zhì)量的關(guān)鍵在于掏槽孔形式合理設(shè)置，輔助孔可以選擇崩落大量巖石、刷大斷面，以此提升周邊孔自由面，最大化進(jìn)行巖石爆破。周邊孔主要是對巷道斷面的方向和形式進(jìn)行控制，對于井巷尺寸、形狀和方向也能夠進(jìn)行一定控制。

主要包含以下幾種掏槽形式：①錐形掏槽。爆破工作面中進(jìn)行錐形炮孔組布設(shè)，在豎井掘進(jìn)中應(yīng)用廣泛，各掏槽孔在底部不形成貫通，一般排列為圓錐形或角錐形，圓錐更適用圓形井筒掘進(jìn)，角錐則更適合平巷掘進(jìn)應(yīng)用；②楔形掏槽。該掏槽形式中，會布設(shè)兩排對應(yīng)的炮孔，爆破構(gòu)成了楔形空間，在斷面尺寸在4㎡以上、中硬度以上的均質(zhì)巖石的巷道掘進(jìn)中應(yīng)用廣泛；③龜裂掏槽。又被稱作縫形掏槽，在巖石中硬度以上適用，炮孔數(shù)量是3個到7個，孔間距為8到12m，空孔在直徑上，和裝藥孔大抵相同，在大直徑空孔中也可應(yīng)用；④桶形掏槽。也被稱作柱形掏槽，巖石硬度達(dá)中硬度以上時，廣泛應(yīng)用的垂直掏槽形式。掏槽腔體的寬度和體積相對更大，能夠便于輔助孔進(jìn)行爆破?？湛着c裝藥炮孔，在直徑上可以等同，前者也可較后者更大，大直徑空孔應(yīng)用中可以形成較大的補(bǔ)償孔家和人工自由面；⑤螺旋掏槽。螺旋掏槽各空孔與裝藥炮孔距離是有規(guī)律的進(jìn)行遞增的，空孔到各個裝藥孔距離按照順序，分別是空孔直徑的1倍至1.8倍、2倍至3.5倍、3倍至4.5倍、4倍至5.5倍。裝藥炮孔依次爆破開來，槽腔體積也會隨之?dāng)U大。對于爆破難度較大的巖石，可以增設(shè)空孔來使得補(bǔ)償空間體積、自由面面積增大?？湛椎奈恢?、數(shù)量、直徑大小等在垂直掏槽中極為重要。

（3）起爆順序。掘進(jìn)炮孔起爆順序，對于爆破效果、準(zhǔn)爆、安全起爆有著較大影響，在進(jìn)行爆破施工過程中，后起爆炮孔充分利用先起爆炮孔的自由面，由此能夠減弱噪聲、空氣沖擊波強(qiáng)度、振動等情況。不過不同掏槽形式這能夠，起爆順序會有所差別。比如桶形掏槽、龜裂掏槽可應(yīng)用瞬發(fā)雷管同時進(jìn)行起爆，或者使用多段延期雷管進(jìn)行起爆；螺旋掏槽應(yīng)用延期雷管，逐一進(jìn)行裝藥孔的起爆工作。

（4）技術(shù)有關(guān)參數(shù)。①炮孔直徑。該參數(shù)對爆破效果影響最為直接，直徑較大會使炸藥裝填量增多，進(jìn)而形成集中爆破，能夠保證爆破速度和爆破穩(wěn)定性；②炮孔數(shù)量。炮孔布設(shè)的數(shù)量，對于炮孔使用率有直接影響，數(shù)量越少則使用率越低，同時巷道成型效果差。實(shí)踐明確全斷面應(yīng)保證5個/㎡炮孔，炮孔使用率達(dá)到90%以上；③炮孔深度。炮孔設(shè)置深度對井巷掘進(jìn)各個環(huán)節(jié)均會造成一定影響，如材料消耗、掘進(jìn)速度、爆破效果等。為了保證掘進(jìn)效率，要對技術(shù)條件進(jìn)行改造，綜合設(shè)備、作業(yè)與巖層條件的合理性，炮孔深度應(yīng)保證為1.5m到2m之間；炮孔孔距。確認(rèn)巖石性質(zhì)、斷面尺寸后，要進(jìn)行炸藥數(shù)量、單排炮孔數(shù)量、炮孔深度、填藥量、直徑等確認(rèn)，同時對輔助孔布設(shè)均勻性進(jìn)行保障，調(diào)整炮孔孔距、裝藥系數(shù)、炮孔數(shù)量。輔助孔設(shè)計(jì)中，要將孔距設(shè)置為400mm到600mm之間；④填塞長度。進(jìn)行炮泥堵塞能夠使得炮孔利用率提升，增加能量利用效果，提升爆破效率。填塞長度和填藥長度以及炮孔直徑有較為密切的關(guān)系，實(shí)踐中明確炮孔應(yīng)分詞堵塞炮泥，填充長度要在300mm以上，或者是炸藥長度0.35倍到0.5倍，要盡量充實(shí)，以此使得爆炸能量應(yīng)用效果提升。

3 井巷掘進(jìn)爆破技術(shù)在工程中的實(shí)際應(yīng)用

（1）技術(shù)準(zhǔn)備。在進(jìn)行施工之前，混合井進(jìn)行出碴設(shè)備的下放，具體的過程便是：其一，在井上進(jìn)行出碴設(shè)備的解體；其二，工程中對豎井-115m、-40m、+35m水平馬頭門防水彩鋼板進(jìn)行拆裝及井口防護(hù)，并拆除罐籠配種；其三，進(jìn)行施工材料、設(shè)施的下放，在井下展開組裝作業(yè)；其四，對行車通道進(jìn)行支護(hù)和刷幫；其五，清理巷道中的淤泥雜物及粉礦雜物等，并進(jìn)行地板積水坑回填；其六，進(jìn)行風(fēng)、水、電設(shè)備及基礎(chǔ)的安裝；其七，礦石卸載站使用磚墻進(jìn)行封堵；其八，安裝廢石卸載護(hù)欄。

（2）掘進(jìn)施工方法與技術(shù)措施。本次工程中，平巷掘進(jìn)施工采用YT-28鉆機(jī)進(jìn)行巖石開鑿，孔直徑為38mm，平巷掘進(jìn)輔助孔、周邊孔深度為2.2m，掏槽孔深度為2.5m，每循環(huán)進(jìn)尺為2.0m。在每次實(shí)施鉆孔前，清理至實(shí)底部，施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸將開挖輪廓線、炮孔位置等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)，除了掏槽孔以外，其他炮孔都要鉆至相同水平面。施工中選擇不耦合連續(xù)裝藥方式、炮泥堵眼形式。起爆選擇預(yù)留光爆層全斷面二次非電導(dǎo)爆管實(shí)施（如圖1）。

圖1 保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程爆破布置圖

本次工程中，使用火工材料為乳化炸藥，藥包選擇毫秒延期全塑非電導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行起爆，起爆器起爆。爆破參數(shù)如下表1，周邊孔間距為400mm至600mm，最小抵抗線為500mm至700mm，中硬度巖石中周邊孔裝藥量為200g/m到250g/m。爆破要求效果如下表2，巷道掘進(jìn)的輪廓線眼口要在100mm以上，眼底則小于150mm，巷道巖面不能有明顯炮震裂縫問題。在進(jìn)行施工的過程中，按照爆破圍巖狀況、材料性能，進(jìn)行參數(shù)實(shí)時的調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到了理想爆破效果。

表1 保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程中的炮孔參數(shù)

表2 保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程中爆破實(shí)施效果

（3）施工質(zhì)量控制措施。工程中采用光面爆破技術(shù)，根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)實(shí)施作業(yè)，爆破后分析對比，及時進(jìn)行鉆爆參數(shù)調(diào)整，使爆破效果得到保證。在進(jìn)行鉆孔施工前確定起拱線、開挖斷面中線、炮孔位置，在檢查后達(dá)成要求才能實(shí)施鉆孔施工。炮孔深度、排距、角度要以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，掏槽孔孔口、孔底誤差不大于15cm；輔助孔孔口排距、行距誤差不大于15cm；周邊孔巷道設(shè)計(jì)斷面輪廓線間距不能超過15cm，孔底不得超過開挖斷面輪廓線15cm，內(nèi)圈與周邊炮孔排距誤差不大于15cm。開挖面不齊平的情況下，要根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行炮眼深度調(diào)整，同時對裝藥量進(jìn)行調(diào)整，以此使除掏槽孔外，所有孔底均能保證在同一平面。完成鉆孔后，要根據(jù)炮孔布設(shè)圖進(jìn)行記錄和檢查，若是存在與要求不符的炮孔，需要重新進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

（4）排碴作業(yè)。-115斷面排碴施工中采用鏟運(yùn)機(jī)或裝載機(jī)進(jìn)行裝碴，井下自卸汽車負(fù)責(zé)運(yùn)碴，在-25m水平溜井中排碴，運(yùn)碴應(yīng)用-40m水平電機(jī)車礦車，最后通過副井垂直升降機(jī)排碴至地表；或者是采用井下鏟運(yùn)機(jī)出碴，直接在廢石溜井中倒碴，最后由混合井排碴至表。各個斷面尺寸存在一定差異，對于鏟裝設(shè)備裝碴要求不能進(jìn)行滿足，可以選擇在總回風(fēng)巷、穿脈、下盤等長距離獨(dú)頭巷道及所需位置進(jìn)行掘進(jìn)，以此來為施工進(jìn)度提供保障。在進(jìn)行出碴的過程中，選擇鏟運(yùn)機(jī)出碴至各穿脈碹岔倒車硐室處，再使用井下裝載機(jī)將碴石倒運(yùn)到溜井處。

4 結(jié)語

在保國鐵礦鐵蛋山地下礦山工程中，井巷掘進(jìn)項(xiàng)目應(yīng)用井巷爆破技術(shù)取得了良好的施工效果，掘進(jìn)效率、效果得到了保障。本篇對井巷掘進(jìn)爆破技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了詳實(shí)的闡述，能夠?yàn)榈叵碌V山井巷掘進(jìn)爆破技術(shù)實(shí)施提供借鑒。