中孔掏槽分層爆破成井在李樓天井施工應用

王曉凱

（五礦礦業(yè)（邯鄲）礦山工程公司，河北 邯鄲 056000）

1 工程概況

李樓鐵礦回采爆破切割拉槽需切割井提供自由面和補償空間；另外該礦山由中央至兩翼的采掘順序，對兩翼的通風、排巖充填系統(tǒng)要求較高。根據(jù)500萬t/a的采礦設計規(guī)模，每年需要施工約120條切割井及風溜井，工程量為2520m。礦山工程公司目前使用的中深孔爆破成井法施工，較普通法施工作業(yè)環(huán)境大大改善，提高作業(yè)效率，規(guī)避頂板檢撬、局部通風、高空作業(yè)等安全風險，為礦山生產(chǎn)銜接提供有力保障。

2 中深孔爆破技術

國內(nèi)利用中深孔爆破成井工藝施工天井應用案例比較廣泛，例如：石人溝鐵礦采用中深孔鑿巖臺車Simba1354施工上向平行孔，一次爆破成井高度穩(wěn)定在10m以上，滿足切割拉槽要求；草樓鐵礦采用CS150潛孔鉆機施工下向平行孔一次鑿巖分層爆破成井，成井高度45m。

在鉆爆參數(shù)的選擇上，國內(nèi)的礦山普遍采用平行孔掏槽形式，將空孔作為掏槽孔的自由面，以井下部巷道、空區(qū)作為爆破補償空間，通過一次或分層爆破完成天井成型。

3 鉆爆參數(shù)

由于中深孔爆破成井采用逐孔或逐排起爆，前過程爆破不完全巖渣“擠死”或爆破“竄炮”造成孔口“揭蓋”破環(huán)孔口無法裝藥，則后一過程無法正常進行。因此必須對布孔參數(shù)、裝藥結構、爆破順序進行詳細計算并反復試驗，確保爆破效果及穩(wěn)定性。

3.1 鑿巖設備

李樓鐵礦中深孔爆破成井采用的鑿巖設備為湖南有色重機生產(chǎn)CS150D型潛孔鉆機。該鉆機鉆孔直徑為138m～165m，炮孔深度0m～100m。現(xiàn)場鉆孔測斜，21m天井炮孔的偏斜率控制在2%以內(nèi)，可以滿足平行掏槽孔的精度要求。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及設備沖擊器及鉆桿供應情況，炮孔直徑確定為140mm。

3.2 炮孔間距

3.2.1 掏槽孔間距

（1）掏槽孔與空孔間距按照經(jīng)驗公式計算：

式中，L為掏槽孔與空孔間距，mm；D為空孔直徑，取140mm；d為裝藥孔直徑；取140mm；n為補償系數(shù)，取1.7；計算L=261.4mm。

（2）基于破碎范圍理論，掏槽孔與空孔的孔間距L滿足：

L=（2～4）d+D/2，計算為L=350mm ～ 630mm。由于掏槽孔為大孔徑，鉆孔深度為21m，孔間距過小，可能出現(xiàn)穿孔，綜合考慮取L=520mm，掏槽孔與2個空孔按品字形布置在半徑300mm的圓上。

3.2.2 輔助孔間距

掏槽孔與每個空孔形成槽腔，槽腔空間相對較小，因此需要輔助孔逐步擴大槽腔，參考其他礦山經(jīng)驗，結合本礦山的圍巖特性，4個輔助孔至掏槽孔排間距取L=700mm。

3.2.3 周邊孔間距

周邊孔間距需滿足天井規(guī)格和補償系數(shù)的要求。根據(jù)設計要求，天井斷面有3.0m*3.0m方形、直徑4m圓形兩種規(guī)格。因此周邊孔間距在2.0m～3.0m。經(jīng)驗算補償系數(shù)n＞1.5，滿足爆破要求。炮孔布置形式見圖1。

圖1 炮孔布置及補償空間示意圖

3.3 分層高度

應用利文斯頓爆破漏斗理論和掏槽爆破原理，同時考慮對施工質(zhì)量和補償空間的要求，21m天井采用一次鑿巖分3層裝藥爆破成井技術，分層高度為：第1、2分段為5m、6m；第3分段有上下兩個自由面，因此分層高度確定為10m。

3.4 裝藥結構及填塞長度

掏槽孔采用耦合顆粒銨油炸藥連續(xù)裝藥結構?？椎锥氯L度0.5m，第一分層裝藥高度4.5m，間隔0.5m；第二分層裝藥高度5.5m，間隔0.5m；第三分層裝藥高度7.0m，中段間隔1.0m，頂部堵塞1.5m。自然傾倒炸藥。線裝藥密度為15kg/m。

良好的填塞效果可以阻止爆生氣體過早釋放，使炸藥能量得到有效利用。爆破實施時孔底填塞采用防靜電繩懸吊預制沙袋進行填塞?？椎滋钊L度0.5m～0.7m，分層間隔填塞長度為0.5m保證大于殉爆距離；孔口填塞長度1.5m。第三層爆破裝藥結構見圖2。

3.5 起爆方法和順序

爆破采用非電起爆系統(tǒng)，為了保證起爆可靠，每個炮孔內(nèi)每層裝藥長度內(nèi)各置兩發(fā)毫秒導爆管雷管，每發(fā)雷管連接起爆彈用于起爆炸藥。起爆順序可以根據(jù)雷管延期系列及段數(shù)多少分為兩種起爆順序。第一種為層內(nèi)外微差分層向下拋渣上向爆破；第二種為層外微差分層雙向拋渣雙向爆破。兩種不同的起爆順序不同點在于：同一分層內(nèi)起爆順序分逐孔起爆/同時起爆；不同分層之間的起爆順序是自下而上逐層向下拋渣向上起爆或雙向拋渣雙向起爆。

雙向爆破可以充分利用裝藥作業(yè)面，作為爆破自由面及補償空間，爆破次數(shù)顯著降低，但也存在不足，就是雙向爆破的臨界區(qū)域受夾制作用大，對雷管精度要求極高，易形成欠挖，俗稱“卡脖子”。

圖2 裝藥結構圖

4 結論及建議

李樓鐵礦近兩年完成爆破成井近200條，爆破基本達到預期效果，天井斷面基本規(guī)整，所掘天井井滿足使用要求。

中深孔爆破成井法有以下優(yōu)勢：

（1）施工安全。人員在設計天井上方的聯(lián)巷或切巷內(nèi)施工，無需進入井內(nèi)作業(yè)，避免了高空作業(yè)；每次爆破不會影響巷道圍巖的穩(wěn)定，爆破形成的有毒有害氣體向下沿已成井筒擴散至沿脈巷，向上沿鉆孔擴散，因此受炮煙影響較小。

（2）進度可靠。爆破成井工序簡單，鑿巖、爆破可以連續(xù)作業(yè)，有效作業(yè)時間長，以20m切割井為例，工期縮短近7天。

對后續(xù)中深孔爆破成井在風溜井施工中的應用有以下建議：

150 鉆機鉆孔直徑多樣化。針對不同圍巖采用不同的鉆孔直徑，尤其是在風溜井施工時，降低周邊孔孔徑至100mm以下，可以提高鉆孔效率，在不影響工期的前提下，可以增加周邊孔數(shù)量，降低每孔裝藥量，減少對圍巖的擾動；可以嘗試使用數(shù)碼高精度雷管，利用分段多、延期時間精準的優(yōu)勢，實現(xiàn)高井（井高超過30m）一次爆破成井。配合大孔徑切割井鉆機，利用670mm大孔徑提供充足的補償空間及自由面，實現(xiàn)降低炸藥單耗，保證井壁穩(wěn)定及質(zhì)量，解決爆井后井壁片幫的弊端。