王彥龍,米麗平

(1.中國地質(zhì)礦業(yè)總公司國際工程部，北京100029;2.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083)

1 礦山概況及斜井掘進(jìn)面臨問題

1.1 礦山概況

礦山位于中東地區(qū)某國西南部高原，為銅鋅金多金屬礦山，開采方式為地下開采，斜坡道開拓，采礦方法為分段空場嗣后充填法，礦山設(shè)計日采礦能力2000t/d，礦山服務(wù)年限為16a。

礦床為塊狀硫化物礦床，礦體位于阿拉伯地盾南部，在火山巖、沉積巖和侵入巖的邊緣弧形雜巖層中。礦體的平均水平厚度為7.8m，礦石體重3.5t/m3；圍巖體重2.6～2.8t/m3。礦巖均堅硬致密，堅固性系數(shù)為10～15，不易開鑿與爆破。工程地質(zhì)條件中等，偏于復(fù)雜。

1.2 該礦斜井掘進(jìn)面臨問題

該礦共分3個中段，每個中段高95m，通風(fēng)方式為中央對角式，其中兩翼風(fēng)井為階段風(fēng)井。該礦設(shè)計主風(fēng)井、局部入風(fēng)井及出風(fēng)井、溜礦井均為斜井，斷面大小均為4m×4m，傾角69°。據(jù)統(tǒng)計，斜井總長1278m，占整個開拓工程總量的6%。

在該礦工程中，斜井的施工難度最大，因此安全高效地掘進(jìn)斜井對該礦山開發(fā)致關(guān)重要。爬罐法是爬罐以自帶驅(qū)動裝置的工作臺，沿固定在斜井或豎井井壁上的導(dǎo)軌上下爬行，運(yùn)送人員、材料和設(shè)備并進(jìn)行鑿巖、裝藥連線等掘進(jìn)作業(yè)的一種施工方法。具有適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械化程度高、工人勞動強(qiáng)度低等特點(diǎn)。本礦山結(jié)合具體施工條件，采用爬罐法掘進(jìn)斜井并對施工過程及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

2 火工品及爬罐主要技術(shù)參數(shù)

2.1 火工品的規(guī)格型號及特點(diǎn)

火工品性能是爆破效果的關(guān)鍵因素，礦山所在國生產(chǎn)的火工品與國內(nèi)略有不同，其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

該國kemulex卷裝藥的包裝與國內(nèi)不同，國內(nèi)卷裝藥為蠟紙包裝，兩頭為平頭，而本地卷裝藥包裝為塑封，兩頭為鉛封尖頭。為了保證裝藥密度與爆破質(zhì)量，在裝藥前需要將兩端的尖頭切掉。

該國導(dǎo)爆管共分25個段，延時與時間間隔均能滿足風(fēng)井掘進(jìn)爆破要求。

該國法律規(guī)定井下爆破只能用電雷管起爆。

2.2 爬罐主要技術(shù)參數(shù)

該礦斜井掘進(jìn)主要設(shè)備為爬罐與YT28鉆機(jī)，其中爬罐的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表1 主要火工品技術(shù)參數(shù)

表2 爬罐主要技術(shù)參數(shù)

3 斜井掘進(jìn)方案的選擇

3.1 斜井及爬罐硐室設(shè)計

該礦山斜井設(shè)計斷面大小4m×4m，角度69°；爬罐硐室斷面大小5m×4.5m，硐室長20m，采用錨網(wǎng)支護(hù)。

3.2 掘進(jìn)方案

因風(fēng)井設(shè)計斷面為4m×4m，爬罐的平臺尺寸為2.13m×3.7m，不能利用爬罐進(jìn)行風(fēng)井的全斷面掘進(jìn)。因此根據(jù)設(shè)備參數(shù)與天井規(guī)格特點(diǎn)，設(shè)計了兩種掘進(jìn)方案：邊掘邊刷方案和先掘后刷方案。

邊掘邊刷的方案。根據(jù)爬罐規(guī)格，沿導(dǎo)向孔，先行掘進(jìn)2.43m×4m的導(dǎo)向井，在掘進(jìn)10m左右后，同時進(jìn)行刷幫的施工，刷幫工作面比導(dǎo)向井工作面滯后10m左右，導(dǎo)向井工作面與刷幫工作面同時起爆。

先掘后刷方案。根據(jù)爬罐規(guī)格，沿導(dǎo)向孔，先行掘進(jìn)2.43m×4m的導(dǎo)向井。待2.43m×4m的導(dǎo)向斜井形成后，再從下部往上，進(jìn)行整條斜井刷幫的施工，擴(kuò)幫成4m×4m的斷面。

方案確定。制約斜井安全、快速施工的關(guān)鍵因素有兩個，一個是鑿巖爆破時間，另一個是通風(fēng)問題，豎井越高，施工難度越大，通風(fēng)時間越長，危險性越大，因此減少獨(dú)頭掘進(jìn)時間，早日安全貫通，是掘進(jìn)工程的目標(biāo)。經(jīng)過對比，礦山選擇了第二種方案，即先行掘進(jìn)導(dǎo)向井，貫通后再刷幫的方案。與第一種方案相比，第二種方案有以下優(yōu)點(diǎn)： ①導(dǎo)向井貫通時間早，從而解決了因通風(fēng)困難造成的安全問題；②導(dǎo)向井貫通后，井內(nèi)作業(yè)環(huán)境得到改善，加快了作業(yè)速度，減少了工人在斜井中的作業(yè)時間，大大提高了作業(yè)安全系數(shù)；③完成整條斜井所用的時間短。以120m長的斜井為例，第二種方案可以比第一種方案平均節(jié)約1/4的時間；斜井越長，節(jié)省時間越多。

4 爬罐施工

4.1 導(dǎo)向孔

為了確保風(fēng)井位置，減少施工中的測量時間，提高施工的工作效率和安全系數(shù)，在每個斜井掘進(jìn)前，利用Sandvik地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)直徑76mm導(dǎo)向孔。

4.2 掘進(jìn)施工

斜井施工不同于豎井施工，如果炮孔布置不合理、導(dǎo)爆管延時不合理或施工質(zhì)量不好，容易導(dǎo)致爆破后的巖石打在巖壁上反彈或相互撞擊，將爬罐導(dǎo)軌及其他附屬構(gòu)件炸壞。因此，要取得優(yōu)良的爆破效果，必須結(jié)合礦山實(shí)際情況，進(jìn)行爆破工藝和施工的優(yōu)化。

根據(jù)斜井?dāng)嗝嬖O(shè)計、巖石性質(zhì)、火工品特點(diǎn)等，優(yōu)化后的炮孔設(shè)計如圖1所示。

圖1 導(dǎo)向井炮孔布置圖(單位：mm)

該炮孔設(shè)計及施工遵守以下原則：

1)陶槽孔布置在導(dǎo)軌的對側(cè)，位于導(dǎo)向井長邊約2/3處?？拷鼘?dǎo)軌的炮孔在背離導(dǎo)軌方向上傾斜，傾斜角度10°～15°，避免導(dǎo)軌和固定導(dǎo)軌的錨桿被爆破巖石打壞。

2)在靠近爬罐安裝導(dǎo)軌的位置，鉆孔布置較密，且在導(dǎo)軌兩側(cè)的鉆孔，一個向?qū)к墐A斜，傾斜角度5°～10°，另一個孔與導(dǎo)軌平行。這樣爆破后導(dǎo)向井的上盤較平整，有利用爬罐導(dǎo)軌的延伸和安全運(yùn)行。

3)嚴(yán)控鉆孔質(zhì)量。在鑿巖工程中嚴(yán)格控制炮孔施工質(zhì)量和傾斜角度，防止爆破巖渣打落在巖壁上造成反彈打壞爬罐導(dǎo)軌。

4)若平臺和巖壁距離超過15cm，進(jìn)行鉆孔、撬毛和導(dǎo)軌安裝時必須使用安全帶。

裝藥結(jié)構(gòu)、導(dǎo)爆管延時時間和起爆順序如下：

1#孔、6～37#孔采用反向裝藥，起爆藥包裝在炮孔底部。38～48#孔采用正向裝藥，起爆藥包裝在從孔口數(shù)第二節(jié)。所有導(dǎo)爆管必須嚴(yán)格裝在起爆藥包的正中間，不能靠近外皮，防止雷管不能起爆藥包。所有炮孔采用炸藥包裝紙堵塞并壓實(shí)，保證裝藥密度并防止掉落。裝好藥后，不能用力往外拉雷管，防止起爆雷管位置變動和拉壞雷管裝置，影響爆破效果或出現(xiàn)盲炮。各炮孔裝藥系數(shù)見表3。

經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，該礦山采用10種段別的導(dǎo)爆管，取得了良好的爆破效果。中心眼使用低段別的導(dǎo)爆管作為首爆雷管，并按1#孔→6～9#孔→10～13#孔→14～21#孔→22～37#孔→38～42#孔→43～48#孔的起爆順序，導(dǎo)爆管段別依次升高。其中6～9#孔與10～13#孔均采用兩個段別起爆，斜對角兩個炮孔使用同一段別，后爆雷管比先爆雷管延時200ms。6～9#孔第一個段別與中心眼延時間隔為300ms。14～21#孔比10～13#孔延時200ms，22～37#孔比14～21#孔延時200ms，38～42#孔、43～48#孔依次延時500ms。采用大間斷延時，可以防止爆破下的石塊相互撞擊后亂飛，砸傷爬罐導(dǎo)軌及附屬部件。

4.3 刷幫施工

炮孔布置。該礦使用YT28鑿巖機(jī)進(jìn)行刷幫炮眼的鉆孔工作，為了操作方便，使用1.2m長的鉆桿，打孔深度900mm。炮孔間距760mm，炮孔排距0.65m?？拷鼘?dǎo)軌側(cè)的炮孔傾斜角度75°，這樣就避免了爆下的巖石砸壞爬罐導(dǎo)軌、電纜及其他構(gòu)件。

裝藥結(jié)構(gòu)及導(dǎo)爆管延時。刷幫炮孔全部采用正向裝藥，起爆藥包裝在從孔口數(shù)第一節(jié)，裝藥系數(shù)0.6，單側(cè)炮孔每次爆5排孔。炮孔延時從最下排至最上排依次延時間隔為200ms，同一排炮孔段別相同。兩側(cè)炮孔同時起爆。

1.3 疼痛護(hù)理查檢表的建立 由護(hù)理部主任、疼痛專業(yè)組長、疼痛醫(yī)生、疼痛護(hù)士、藥劑師共5人組成專家討論組，在前期臨床調(diào)研的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)規(guī)范/指南，按照患者入院-疼痛評估-疼痛干預(yù)及護(hù)理-疼痛隨訪的流程，構(gòu)建疼痛護(hù)理查檢表。通過對16名疼痛專家(專家權(quán)威程度系數(shù)是0.97)的2輪函詢，最終篩選出包括疼痛評估、疼痛護(hù)理、疼痛記錄、健康教育、疼痛隨訪、鎮(zhèn)痛泵管理、疼痛護(hù)士職責(zé)共7項(xiàng)內(nèi)容的疼痛護(hù)理查檢表。具體內(nèi)容見圖1。其中，健康教育知曉的判斷標(biāo)準(zhǔn)：①無須忍痛；②阿片類藥物成癮罕見；③按時服藥，不隨意增減藥物劑量。以上3條內(nèi)容全部答對即為健康教育內(nèi)容知曉。

4.4 連線及起爆方式

裝藥完畢后，進(jìn)行起爆網(wǎng)路的連接。先將掌子面的導(dǎo)爆管均勻分簇，分簇導(dǎo)爆管不超過20支，然后使用長2m左右的導(dǎo)爆索連接分簇導(dǎo)爆管。再將支線導(dǎo)爆索連接到干線導(dǎo)爆索上，干線導(dǎo)爆索一直拉至斜井底部5m遠(yuǎn)外的地方。然后將電雷管與干線導(dǎo)爆索相連，電雷管腳線與爆破母線相連，用起爆器在安全地帶起爆。

此種連接及起爆方式具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1) 安全。連接方法不受井筒雜散電流的影響，比使用電雷管直接連接分支導(dǎo)爆管或采用導(dǎo)爆管連接分支導(dǎo)爆管安全。

2)爆破效率高。使用導(dǎo)爆索簇連網(wǎng)路，導(dǎo)爆索傳爆速度快，無金屬碎屑，避免了使用導(dǎo)爆管簇連網(wǎng)路過程中，炮孔導(dǎo)爆管的腳線被導(dǎo)爆管的金屬碎屑切斷，從而產(chǎn)生盲炮的缺陷。

3)爆破網(wǎng)路可靠，拒爆現(xiàn)象少。導(dǎo)爆管因串聯(lián)連接，接頭多，一枚導(dǎo)爆管拒爆，造成整個爆破失敗。使用導(dǎo)爆索則可避免這種情況。

4)爆破成本低。使用導(dǎo)爆索簇連網(wǎng)路的爆破成本是采用導(dǎo)爆管簇連網(wǎng)路成本的1/2。

4.5 爆破技術(shù)參數(shù)

導(dǎo)向井爆破技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 導(dǎo)向井爆破技術(shù)參數(shù)

4.6 通風(fēng)問題

導(dǎo)向井通風(fēng)。放炮后，打開爬罐的風(fēng)水門，高壓風(fēng)水通過導(dǎo)軌頂端保護(hù)蓋板上的噴孔以風(fēng)水混合物的形式噴灑出來，以排除工作面的炮煙與灰塵。為了加快通風(fēng)，在斜井底附近平巷內(nèi)，安裝1臺SD-NO 9.5型60kW軸流式局扇進(jìn)行抽出式通風(fēng)，污風(fēng)經(jīng)直徑800mm的風(fēng)筒導(dǎo)入回風(fēng)巷中排出。

刷幫工程通風(fēng)。刷幫工程的通風(fēng)，直接采用壓入式。利用安裝在斜井底部附近平巷內(nèi)SD-NO 9.5型60kW軸流式局扇風(fēng)將進(jìn)風(fēng)巷道的新鮮風(fēng)流從下向上壓入風(fēng)井，污風(fēng)直接排出地表或排入上部回風(fēng)巷道。

4.7 撬毛

通風(fēng)完畢后，工人乘坐在爬罐罐籠里，利用作業(yè)平臺為護(hù)頂升至工作面，然后爬至作業(yè)平臺上，工人在安全護(hù)頂下進(jìn)行撬毛作業(yè)。整個斜井的撬毛順序?yàn)閺纳贤?。工人在進(jìn)入時，攜帶便攜式氣體檢測儀，邊爬升邊檢測，符合標(biāo)準(zhǔn)后，方可繼續(xù)進(jìn)入，開展下一步工作。

4.8 施工過程中的安全技術(shù)措施

在斜井施工中，除了對作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)、遵守爬罐操作規(guī)程外，礦山還采取了以下主要安全技術(shù)措施：

1)每班作業(yè)前后對爬罐及其附屬設(shè)施進(jìn)行安全檢查工作；每周日組織安全、電氣、設(shè)備等專業(yè)人員進(jìn)行定期檢查。

2)在掘進(jìn)斜井前，在斜井上部、底部劃出警戒區(qū)，并設(shè)置安全護(hù)欄，掛設(shè)警示標(biāo)志。施工過程中，派專人看護(hù)，防止人員、車輛靠近，防止爆破地震波或從地質(zhì)鉆孔中沖出的沖擊波等造成人身傷害。

3)禁止撬毛與下部出渣同時進(jìn)行。

4)通地表的斜風(fēng)井，在貫通前(不少于20m)，做好井口的鎖口工作。

5)刷幫前，在斜井口上架設(shè)網(wǎng)格為10cm×10cm的鋼制防護(hù)格網(wǎng)，防止人員或物件掉落。

6)裝藥前停掉爬罐電源和井內(nèi)的通訊設(shè)施，并檢測雜散電流，合格后方可進(jìn)行火工品的運(yùn)輸、裝藥和連線工作，運(yùn)輸過程中炸藥與雷管分別存放在炸藥箱與雷管箱中。裝完藥后，爬罐靠重力下降至爬罐硐室。

7)各班在進(jìn)入斜井時，佩戴便攜式有毒有害氣體檢測儀器，邊進(jìn)入邊檢測，符合標(biāo)準(zhǔn)后，方可繼續(xù)進(jìn)入。

5 施工效果分析

1)該礦斜井由于采用了合理的掘進(jìn)方案，優(yōu)化的爆破技術(shù)，充分發(fā)揮出了爬罐性能，掘進(jìn)速度明顯提高，平均掘進(jìn)速度達(dá)124.5m/月。

2)爆破技術(shù)參數(shù)優(yōu)化后，保證了施工安全，在施工過程中未發(fā)生爬罐和導(dǎo)軌被炸壞事故，未發(fā)生重大人身傷亡事故。

3)由于炮孔布置合理，施工質(zhì)量大大提高。爆破出的斜井?dāng)嗝嬉?guī)整，為今后支護(hù)或梯子安裝創(chuàng)造了有利條件。同時還大大減少了天井貫通后后續(xù)工作的工作量，縮短了工期，提高了施工效率。

[1] 羅紹裘. 采礦設(shè)計手冊[M]. 北京：中國建筑出版社，1987.

[2] 東兆星，吳士良. 井巷工程[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3] 韓光瀅，呂廣忠，甘德清. 采礦操作技術(shù)解疑[M]. 石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

[4] 劉飛.礦山工程爆破[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[5] Alimak cimber technical description. ARKBRO INDUSTRIS，2011.