石碌鐵礦無(wú)切割井拉槽工藝

吳 波 張 歡 唐于偉

（海南礦業(yè)股份有限公司）

海南礦業(yè)股份有限公司石碌鐵礦位于海南省西部的昌江黎族自治縣石碌鎮(zhèn)境內(nèi)，是一座以含鐵為主，伴生有鈷、銅的多金屬礦床，成因類(lèi)型屬于多因復(fù)成的火山熱液沉積—變質(zhì)礦床。礦體頂?shù)装鍑鷰r主要為白云巖、透輝石透閃石灰?guī)r以及含鐵千枚巖、絹云母石英片巖等。圍巖穩(wěn)定性較好，但沿?cái)嗔?、裂隙及層間擠壓帶附近巖石多碎化、片理化、糜棱巖化，巖石強(qiáng)度明顯下降。

石碌鐵礦深部開(kāi)采工程，采礦方法主要采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行開(kāi)采，局部礦體采用空?qǐng)龇ㄋ煤蟪涮?。無(wú)底柱分段崩落法回采進(jìn)路布置形式，依舊礦體形態(tài)不同，采用相適應(yīng)的布置方式，以求取得較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。采場(chǎng)整體布局中段高度為120 m，進(jìn)路間距為18 m，分段高度為15 m，進(jìn)路斷面為三心拱，尺寸為4.2 m×3.8 m。在中厚礦體中，進(jìn)路垂直于礦體走向布置，切割巷道布置在礦體中部，由礦體中部開(kāi)始拉槽向兩側(cè)退采。在較薄、獨(dú)立小礦體，依據(jù)礦體形態(tài)靈活布置，進(jìn)路一般沿礦體走向布置，沿礦體走向間隔100~120 m布置聯(lián)絡(luò)道和礦石溜井，切割巷布置在礦體端部向聯(lián)絡(luò)道和溜井退采，進(jìn)路盡量靠礦體下盤(pán)布置，以確保能夠較好地回收下盤(pán)礦石。中深孔鑿巖施工設(shè)備主要采用阿特拉斯1254液壓鑿巖臺(tái)車(chē)、阿特拉斯1354液壓鑿巖臺(tái)車(chē)及國(guó)產(chǎn)QZG80Y-I型中風(fēng)壓潛孔鉆進(jìn)行施工?；夭杀茀?shù)為炮孔直徑為85 mm，拉槽炮孔排距為1.6~2.0 m，回采炮孔排距為2.2~2.4 m，回采炮孔孔底距為3.0~3.6 m，炮孔排面傾角為90°，炸藥采用粒狀重銨油炸藥，孔間微差爆破。

回采切割拉槽工序是地下采礦生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，是采場(chǎng)回采爆破前的最后一項(xiàng)關(guān)鍵準(zhǔn)備工作，為后續(xù)回采爆破開(kāi)辟足夠的補(bǔ)償空間和自由面，切割拉槽效果的質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)回采爆破效果及采礦生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)［1］。隨著采礦生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行和采場(chǎng)不斷延伸，采用一種或單一的切割拉槽方式，已不再適應(yīng)不斷變化的采礦作業(yè)環(huán)境。為取得較好的切割拉槽效果，改善礦山生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，選擇適應(yīng)礦山生產(chǎn)工藝要求和礦體地質(zhì)條件的拉槽方法，對(duì)保障礦山安全生產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)達(dá)效至關(guān)重要。

1 切割井及切割巷聯(lián)合拉槽工藝實(shí)施情況

無(wú)底柱分段崩落采礦法的切割工作主要包括掘進(jìn)切割巷道、切割天井和形成切割槽?；夭上锏姥刈呦虿贾脮r(shí)，爆破往往受上、下盤(pán)圍巖的夾制作用。為了保證爆破效果，常用增大切割槽面積或每隔一定距離重開(kāi)切割槽的辦法來(lái)解決。切割槽開(kāi)槽辦法有3種：切割平巷與切割天井聯(lián)合拉槽法、切割天井拉槽法、無(wú)切割井拉槽法（炮孔爆破拉槽法）［2］。其中，切割天井拉槽法由于需要在每條進(jìn)路端部位置施工切割天井，天井掘進(jìn)工程量大，在實(shí)際應(yīng)用中較少采用。

石碌鐵礦深部開(kāi)采工程自開(kāi)展采礦試驗(yàn)以來(lái)，一直采用切割平巷與切割天井聯(lián)合拉槽法，由于該方法施工簡(jiǎn)便，易于掌握，在實(shí)踐中各個(gè)礦山均廣泛采用。該方法先在礦體端部沿礦體邊界或在礦體中部，掘進(jìn)1條貫通各條進(jìn)路的切割平巷，然后在適當(dāng)位置掘進(jìn)切割天井，以切割井作為初始的自由面和補(bǔ)償空間進(jìn)行拉槽爆破。石碌鐵礦切割井設(shè)計(jì)尺寸為4 m×2 m，切割井高度依據(jù)切割槽設(shè)計(jì)高度調(diào)整。為確保切割井施工安全，切割井施工頂板距離上部巷道底板要有1.5 m以上距離。在切割天井兩側(cè)，沿切割平巷鑿巖施工平行拉槽炮孔，炮孔孔底距離上部巷道底板1~1.5 m，炮孔長(zhǎng)度為9.7~10.2 m，每排布置4個(gè)炮孔，炮孔排距為1.6 m，拉槽寬度不小于3 m。炮孔施工結(jié)束后，以切割井為自由面，一側(cè)或兩側(cè)逐步爆破拉槽炮孔形成切割槽。切割井及切割巷聯(lián)合拉槽工法炮孔設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

拉槽炮孔爆破采用排間毫秒微差爆破，一次爆破1~3排。爆破段位一般按跳段原則選取，即選擇1、3、5段或2、4、6段。炮孔裝藥系數(shù)為0.6~0.8，炮孔填塞長(zhǎng)度，一般2個(gè)邊孔填塞1~3 m，中間2個(gè)填塞3~5 m。在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，逐漸發(fā)現(xiàn)該切割拉槽工藝存在工序環(huán)節(jié)多、工期長(zhǎng)、安全性差等缺點(diǎn)，在施工切割天井過(guò)程中，存在著員工勞動(dòng)強(qiáng)度高、通風(fēng)條件差、作業(yè)環(huán)境惡劣安全性差等突出問(wèn)題。尤其在礦巖破碎地段、軟弱風(fēng)化層施工時(shí)，由于切割井施工困難，切割施工過(guò)程中頂板管理困難，施工安全性差，導(dǎo)致切割拉槽工序工期難以保障，切割井施工質(zhì)量差，導(dǎo)致切割拉槽施工質(zhì)量欠缺，對(duì)后續(xù)回采爆破和生產(chǎn)帶來(lái)諸多不利影響，直接影響到回采爆破效果和礦石回采率和貧化率等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)［3］。為解決和消除存在的問(wèn)題和痛點(diǎn)，石碌鐵礦借鑒類(lèi)似礦山的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展無(wú)井拉槽工藝生產(chǎn)試驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和安全效益。

2 無(wú)切割井拉槽工藝的試驗(yàn)

2.1 無(wú)切割井拉槽工藝的主要工序

無(wú)切割井拉槽法的特點(diǎn)是不開(kāi)掘切割天井，僅在回采巷道或切割巷道中，鑿若干排角度不同的平行炮孔，一次或分次爆破形成切割槽。由于保秀礦區(qū)礦巖破碎、風(fēng)化較為嚴(yán)重，如果繼續(xù)采用切割井及切割巷聯(lián)合拉槽法進(jìn)行拉槽切割，不僅施工上存在較大困難，生產(chǎn)安全也難以保障。因此優(yōu)先選擇作為無(wú)切割井拉槽工藝的首次試驗(yàn)段。選定保秀礦區(qū)185 m分層2#切割巷、165 m分層3#切割巷作為無(wú)切割井拉槽工藝的首次試驗(yàn)段。無(wú)切割井拉槽工藝中拉槽炮孔采用楔形對(duì)稱(chēng)炮孔布置形式，利用切割巷道作為最初的自由面，逐次爆破傾斜切割炮孔，后次爆破炮孔以前次爆破形成的空間為自由面，逐步抬高切割槽高度至設(shè)計(jì)拉槽高度，并最終與上部覆蓋層貫通。楔形炮孔排面前傾角從45°開(kāi)始，逐步增加抬高至90°，每周炮孔鑿巖中心間距為1.5 m，炮孔直徑型為85 mm，同一排面上設(shè)計(jì)4個(gè)炮孔，左右對(duì)稱(chēng)布置。無(wú)切割井拉槽法炮孔設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

2.2 拉槽炮孔設(shè)計(jì)

切割槽作為回采爆破的初始自由面和補(bǔ)償空間，其大小和切槽質(zhì)量對(duì)后續(xù)的大規(guī)模回采爆破有較大影響，因此在進(jìn)行回采爆破設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量增大拉槽寬度，改善回采爆破效果。依據(jù)石碌鐵礦現(xiàn)有的鑿巖設(shè)備配置情況，國(guó)產(chǎn)QZG80Y型潛孔鉆具有結(jié)構(gòu)尺寸小，可以更加貼近巷道兩幫施工炮孔，其切割槽寬度更寬，且考慮施工45°、60°等小角度炮孔要求，選用QZG80Y型潛孔鉆進(jìn)行無(wú)井拉槽炮孔的施工。拉槽炮孔依據(jù)布置位置和作用不同，可以分為預(yù)裂孔、擴(kuò)槽孔、拉槽孔。拉槽炮孔設(shè)計(jì)施工工程量見(jiàn)表1。

?

（1）預(yù)裂孔。預(yù)裂孔布置在拉槽巷道中部，主要為后續(xù)擴(kuò)槽孔創(chuàng)造一個(gè)較為有利的爆破條件，形成預(yù)裂縫。布置1排炮孔，炮孔總數(shù)7個(gè)孔深，炮孔總長(zhǎng)度為73.4 m。在礦巖破碎或風(fēng)化較為嚴(yán)重的地段，可以不打或少打預(yù)裂炮孔。

（2）擴(kuò)槽孔。通過(guò)角度逐步提高的擴(kuò)槽炮孔，將拉槽逐步擴(kuò)大和提高頂板高度，最終與上部覆蓋層貫通形成切割槽。每側(cè)設(shè)計(jì)有擴(kuò)槽炮孔6組炮孔，除第2組炮孔為1排外，其余每組設(shè)計(jì)有2排炮孔，每排布置4個(gè)炮孔，炮孔間距為1.2 m，孔底排間距在1.3~2 m，孔口間隔裝藥。炮孔排面前傾角度從45°逐步增加到90°。擴(kuò)槽炮孔由于施工角度較小，在施工上較為困難。

（3）拉槽炮孔。擴(kuò)槽完成后，拉槽孔按正常拉槽炮孔設(shè)計(jì)，將切割槽爆破至設(shè)計(jì)回采所需的長(zhǎng)度。每排設(shè)計(jì)4個(gè)炮孔，排距為1.6 m，每排炮孔長(zhǎng)度為42.2 m。

2.3 爆破工藝要求

中深孔施工完畢后，應(yīng)安排人員對(duì)施工炮孔逐孔驗(yàn)收，驗(yàn)收不合格的炮孔應(yīng)安排重新補(bǔ)孔，確保炮孔質(zhì)量。拉槽作業(yè)開(kāi)始時(shí)，第一次爆破先爆破中間的預(yù)裂孔，為后續(xù)爆破提供一個(gè)初始的自由面，炮孔采用間隔裝藥方式，不裝藥的空孔為兩側(cè)裝藥炮孔提供初始補(bǔ)償空間，改善爆破效果。第二次爆破第1組擴(kuò)槽炮孔，炮孔裝藥系數(shù)為0.6，孔口采用炮泥堵塞，保護(hù)眉線。后續(xù)逐次爆破擴(kuò)槽炮孔，逐步將切割槽擴(kuò)大至設(shè)計(jì)高度。完成擴(kuò)槽孔爆破后，按正常拉槽爆破要求，正常爆破拉槽炮孔，逐步形成切割槽。

3 試驗(yàn)效果分析

在3個(gè)拉槽爆破試驗(yàn)過(guò)程中，因?yàn)榇_保拉槽效果，前排排距設(shè)計(jì)較短，眉線均有不同程度的破壞，但總體上對(duì)爆破施工未造成較大影響，3個(gè)試驗(yàn)段的拉槽效果均達(dá)到設(shè)計(jì)目的，按計(jì)劃完成了切割拉槽。

（1）施工安全得到良好的保障。采用無(wú)井拉槽后，不再需要施工切割天井，全部采用中深孔施工進(jìn)行拉槽作業(yè)，施工過(guò)程安全可靠，施工進(jìn)度快［4］。尤其是在保秀礦區(qū)等風(fēng)化、破碎地段，施工切割天井安全性差、質(zhì)量難以保障，采用無(wú)井拉槽能夠很好解決在破碎地段施工切割天井的難題。

（2）簡(jiǎn)化施工工藝，機(jī)械化程度高。采用中深孔爆破代替掘進(jìn)天井，在平巷內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)施工，施工安全，質(zhì)量有保障。使用鑿巖臺(tái)車(chē)施工代替風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)施工，提高施工作業(yè)效率，也改善了井下作業(yè)環(huán)境，消除粉塵源。

（3）施工周期短，成本低。由于采用中深孔代替切割天井，大大縮短了施工周期，降低了生產(chǎn)成本。2種方案施工工程量對(duì)比如表2所示。雖然增加了中深孔的鑿巖量和炸藥消耗量，但總體拉槽費(fèi)用有較大程度的降低，單次拉槽成本減少2.4萬(wàn)元，降幅達(dá)到20%。

?

4 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)切割井拉槽法與傳統(tǒng)的切割井拉槽法相比具有安全性高、施工周期短、施工成本低等優(yōu)勢(shì)，尤其在礦巖穩(wěn)固性差、風(fēng)化破碎帶施工時(shí)，其優(yōu)勢(shì)更加明顯［5］。但無(wú)井拉槽法在施工過(guò)程中也存在傾斜炮孔施工較為困難，傾斜炮孔爆破后眉線破壞較為嚴(yán)重，大型的液壓臺(tái)車(chē)難以施工等缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)還需要在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)迭代優(yōu)化炮孔設(shè)計(jì)和爆破設(shè)計(jì)，改進(jìn)施工設(shè)備等措施予以解決。無(wú)切割井拉槽法為礦山切割拉槽提供一個(gè)較為可靠的拉槽方案，可以在礦山生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用和推廣。