田貴有 李再易 亞呼甫 康泰福

摘要：切割槽的形成速度直接影響采場投產(chǎn)的進(jìn)度和效率。切割槽快速形成技術(shù)包括切割天井快速形成和深孔側(cè)向爆破拉槽方式，而中深孔爆破一次成井法是切割天井安全快速掘進(jìn)的有效途徑，切割天井和自由面形成后，再進(jìn)行階段深孔側(cè)向爆破拉槽。以黃山南銅鎳礦為例，采用切割槽快速形成技術(shù)，應(yīng)用效果較好。工程實踐表明：切割槽快速形成技術(shù)，即采用切割天井快速形成+深孔側(cè)向爆破拉槽的方式能夠快速形成切割槽，該技術(shù)具有成井速度快，施工安全高效、成本低、勞動強(qiáng)度低、工作安全等優(yōu)點，有助于礦山井下采場快速形成出礦能力，可供同類型礦山參考借鑒。

關(guān)鍵詞：中深孔爆破;一次成井;切割槽快速形成技術(shù);深孔側(cè)向爆破拉槽;切割天井

中圖分類號：TD235.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-1277（2020）06-0032-04?doi：10.11792/hj20200607

引?言

切割槽是采場正排炮孔爆破的初始自由面和補(bǔ)償空間，采場正排爆破必須待切割槽完全形成后再進(jìn)行，因此采場切割槽的形成速度直接影響采場投產(chǎn)的進(jìn)度和效率[1]。對于階段大直徑深孔落礦空場充填采礦法，一般均采用VCR法拉槽，待拉槽區(qū)超前一定高度后再進(jìn)行正排炮孔的爆破。采用VCR法拉槽，一次爆破高度小，爆破循環(huán)與裝藥次數(shù)多，影響切割槽形成速度和效率，而切割天井是影響切割槽能否快速形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。

切割天井的掘進(jìn)是礦山生產(chǎn)采準(zhǔn)切割工程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，切割天井能否安全快速完成直接影響采礦工作進(jìn)展。因此，切割天井的鑿巖、爆破和施工方法一直是相關(guān)專家的重要研究方向[3-4]。目前，較普遍的施工方法雖已經(jīng)使用多年，但存在施工環(huán)境差，工作效率低，成本高等眾多難題，在一定程度上也會影響礦山的正常生產(chǎn)進(jìn)程。近些年，一次爆破成井技術(shù)廣泛應(yīng)用于地下金屬礦山，取得了不錯的應(yīng)用效果，如豐山銅礦、冬瓜山銅礦等礦山都應(yīng)用了一次爆破成井技術(shù)，實際爆破效果較好[5-6]。國內(nèi)外相關(guān)專家也對此進(jìn)行了研究。例如：李啟月等[7]對爆破一次成井技術(shù)進(jìn)行了研究，P.V.Sterk在美國Homestake Gold Mine進(jìn)行了研究，馬志慧[8]在礬山磷礦對切割井進(jìn)行了中深孔一次成井爆破技術(shù)研究，均取得了不錯的效果。為達(dá)到良好的爆破效果，目前國內(nèi)外大部分礦山回采爆破需獲得初始自由面和補(bǔ)償空間，而切割天井是拉槽爆破初始自由面和補(bǔ)償空間的關(guān)鍵，其快速形成將有助于加快形成切割槽?；谝陨锨闆r，以新疆哈密市黃山南銅鎳礦（下稱“黃山南銅鎳礦”）為例，采用切割天井+深孔側(cè)向爆破拉槽的方式能夠快速形成切割槽，結(jié)合爆破一次成井技術(shù)的優(yōu)勢，在該銅鎳礦切割天井試驗應(yīng)用一次成井技術(shù)，取得了不錯的實際應(yīng)用效果。

1?工程背景

黃山南銅鎳礦位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密市，是一家采選聯(lián)合礦山企業(yè)，主要經(jīng)營開發(fā)金屬銅鎳礦。黃山南銅鎳礦水文地質(zhì)勘探類型屬水文地質(zhì)條件簡單型。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，局部可見構(gòu)造破碎帶，礦體頂?shù)装鍘r層較完整穩(wěn)固，巖石類型主要有橄欖巖和輝石巖。根據(jù)初步控制的銅鎳礦體，不同的礦體因其成礦作用的差異，表現(xiàn)出不同的礦化特征，其礦體主要有以下特點：①礦體鎳品位由淺至深呈逐漸變富的趨勢;②礦體厚度越大，礦體鎳品位越高;③礦體的底部和產(chǎn)狀由陡變緩處，是巖漿熔離—貫入型富礦富集的有利部位。

目前，黃山南銅鎳礦為地下開采礦山，主要采用大直徑深孔落礦空場充填采礦法進(jìn)行回采。但是，該礦山前期開采過程中，由于生產(chǎn)規(guī)劃和銜接不當(dāng)，無法形成完整順暢的井下生產(chǎn)系統(tǒng)，礦石提升運(yùn)輸、井下通風(fēng)、排水等生產(chǎn)系統(tǒng)均不完善。且礦山前期重采礦、輕掘進(jìn)，導(dǎo)致礦山采掘失調(diào)，三級礦量嚴(yán)重失衡。目前，455 m、515 m中段共計保有開拓采準(zhǔn)礦量117.9萬t。

2?切割槽快速形成技術(shù)及其應(yīng)用

2.1?切割天井快速形成

切割天井是拉槽爆破的初始自由面和補(bǔ)償空間，其快速形成將有助于加快形成切割槽。切割天井的形成方法主要有普通法、吊罐法、爬罐法、天井鉆機(jī)法及深孔爆破成井法[9]5種，普通法、吊罐法和爬罐法均需要作業(yè)人員持淺孔鉆機(jī)進(jìn)入井筒內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，安全性較差，成本高，且成井速度慢，無法滿足快速形成切割天井的要求[10]。天井鉆機(jī)法和深孔爆破成井法成井速度快、成本低、安全性好，是理想的切割天井快速形成方法。黃山南銅鎳礦井下配備有天井鉆機(jī)和T-150潛孔鉆機(jī)，具備采用天井鉆機(jī)法和深孔爆破成井法的條件。

黃山南銅鎳礦采用深孔爆破成井法時，采場切割天井設(shè)計斷面規(guī)格為4.0 m×3.5 m。深孔爆破成井法是采用深孔鉆機(jī)在天井?dāng)嗝鎯?nèi)鉆鑿一組下向平行炮孔，從上水平裝藥，自下而上分段（一般3～5 m）爆破形成天井的方法。深孔爆破成井法簡化了生產(chǎn)過程，人員不進(jìn)入井筒內(nèi)，作業(yè)安全;成井所需設(shè)備少，成井速度快，成本低，工人勞動強(qiáng)度大大降低，但其對于鉆孔精度和爆破技術(shù)有很高的要求。

2.1.1?炮孔布置

1）掏槽方式及空孔數(shù)量。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)掏槽理論和炮孔布置形式的不同，深孔爆破成井可分為球狀藥包爆破成井（VCR法成井）和平行空孔直線掏槽成井2種方式，二者的主要區(qū)別在于是否施工平行空孔作為裝藥孔爆破的自由面和補(bǔ)償空間[11]。黃山南銅鎳礦切割天井高度在40 m以上，爆破夾制性大，為降低成井難度，須采用平行空孔直線掏槽成井的方式。

工程實踐表明，高度15 m以上的天井，所用空孔數(shù)量需在3個以上。因此，本次設(shè)計布置4個空孔。

2）炮孔孔徑。目前，礦山T-150鉆機(jī)配備鉆頭施工炮孔孔徑為165 mm，故本次設(shè)計所有炮孔孔徑均為165 mm。而空孔的孔徑越大，數(shù)量越多，爆破難度越小，成井效果越好，后期有條件時可考慮增大空孔孔徑，可擴(kuò)大至300～350 mm。

3）炮孔布置。按照炮孔功能和位置的不同，炮孔可以分為空孔、主掏槽孔、輔助掏槽孔（輔助孔）和周邊孔4種類型，合計17個炮孔，深孔爆破成井炮孔平面布置見圖1。

（1）空孔與主掏槽孔。共布置4個空孔，1個主掏槽孔，1#主掏槽孔與4個空孔K1、K2、K3、K4按5孔桶形掏槽布置，中心為1#主掏槽孔，周圍正方形布置4個空孔，空孔至主掏槽孔的距離為400 mm。

（2）輔助掏槽孔。2#、3#、4#、5#4個輔助掏槽孔呈正菱形布置在主掏槽孔周圍，輔助孔之間的距離為1.00 m。

（3）周邊孔。6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13# 8個周邊孔均勻分布在切割天井輪廓線上。

2.1.2?裝藥爆破

1）分層爆破高度。深孔爆破成井時，自下而上分層爆破，每次分層爆破高度3～5 m。最上一個分層爆破時，為保證作業(yè)安全，應(yīng)確保分層高度在8 m以上。

2）爆破器材。爆破器材包括粉狀硝銨炸藥、卷狀乳化炸藥、非電毫秒導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆索及其他輔助材料。

粉狀硝銨炸藥為爆破主要采用的炸藥，經(jīng)現(xiàn)場實踐，孔徑165 mm炮孔每米裝藥量為14.5 kg，裝藥密度0.69 kg/m3;卷狀乳化炸藥主要用于加工制作起爆彈。

非電毫秒導(dǎo)爆管雷管用于引爆炸藥，其微差段別應(yīng)保證9段以上;炮孔裝藥段全長敷設(shè)導(dǎo)爆索，確保傳爆效果。

3）裝藥結(jié)構(gòu)。爆破采用粉狀硝銨炸藥，水泥塞堵住孔底，然后裝藥和填砂至設(shè)計高度，具體裝藥結(jié)構(gòu)為：孔底抵抗線1.0～1.5 m，孔內(nèi)裝1層藥，裝藥長2.0～4.0 m;頂部填充2.0 m的河砂并加2個水袋。為了防止空氣沖擊波破壞孔口，空孔在裝藥頂層水平吊水泥塞，填充0.5 m的河砂。具體的裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。

4）起爆順序。深孔爆破成井采用毫秒微差起爆，起爆順序見圖3，爆破參數(shù)見表1。第一段起爆1#主掏槽孔，第二段起爆2#孔，第三段起爆3#孔，第四段起爆4#、5#孔，第五段起爆6#孔，第六段起爆7#孔，第七段起爆8#、9#孔，第八段起爆10#、11#孔，第九段起爆12#、13#孔。

2.2?深孔側(cè)向爆破拉槽

切割天井形成后，即可以自切割天井和自由面進(jìn)行階段深孔側(cè)向爆破拉槽[12]。拉槽炮孔排距2.5～3.0 m，每排布置3個炮孔，孔距2.5 m。

拉槽炮孔階段全孔裝藥，采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，分層裝藥量30～40 kg，空氣間隔1.2～1.5 m，孔底堵塞1.0～1.5 m，孔口堵塞3.5 m。拉槽炮孔裝藥

結(jié)構(gòu)見圖4和圖5，為減少同段最大起爆藥量，同時改善破碎效果，拉槽孔采用“V”形逐孔爆破順序，同排炮孔先起爆中間孔，再起爆兩側(cè)邊孔。

2.3?應(yīng)用效果

目前，切割槽快速形成技術(shù)成功應(yīng)用于黃山南銅鎳礦，采場45 m的切割天井分8次爆破完成，每次爆破分層高度為5 m，最后一次爆破高度10 m;切割天井爆破形成后，進(jìn)行拉槽爆破，拉槽區(qū)側(cè)向爆破2次。切割天井爆破炸藥單耗為1.94 kg/t，拉槽爆破炸藥單耗為1.14 kg/t，切割槽爆破共用時15 d?，F(xiàn)場實踐證明：該技術(shù)爆破后效果較好，成井速度快，較常規(guī)方法節(jié)省了至少1.5個月的工期，明顯提升了井下采場切割槽形成速度，加快了采場回采進(jìn)度。

3?結(jié)?論

1）采用切割槽快速形成技術(shù)，應(yīng)用效果較好。首先采用深孔爆破成井法形成切割天井，然后以切割天井為自由面階段側(cè)向崩礦形成切割槽。該技術(shù)在同類型采用階段采礦方法的礦山中具有較好的推廣應(yīng)用前景。

2）該技術(shù)具有成井速度快，施工安全高效、成本低、勞動強(qiáng)度低、工作安全等優(yōu)點，對實現(xiàn)強(qiáng)化開采有十分重要的意義。同時，切割槽的快速形成有助于礦山井下采場快速形成出礦能力，能夠給礦山企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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