徐明陽，張電吉，吝曼卿，楊敏，彭亞利，徐亮

(1.武漢工程大學(xué) 磷資源開發(fā)利用教育部工程研究中心， 湖北 武漢 430073；2.湖北興發(fā)化工集團(tuán)股份有限公司， 湖北 宜昌市 443799)

0 引言

巖爆是一種在高地應(yīng)力條件下，地下工程的擾動(dòng)開挖使得積聚在巖體中的彈性能突然釋放而造成巖塊體脫落、崩出的一種地質(zhì)災(zāi)害[1-2]。礦山地壓[3-5]產(chǎn)生的主體是賦存于礦山的巖體、巖石，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)自身的力學(xué)性質(zhì)有著巨大影響，礦區(qū)應(yīng)力也受到高應(yīng)力環(huán)境褶皺區(qū)和斷層影響。隨著礦山的開采深度的加深，磷礦體所附存的應(yīng)力也越來越大[6]，而磷礦礦巖自身又是一種沉積型礦石，內(nèi)部存在眾多微裂隙[7-8]，導(dǎo)致磷礦礦體的自身完整性不夠好，當(dāng)受到采掘工程擾動(dòng)時(shí)，時(shí)有巖爆發(fā)生，或強(qiáng)或弱。同時(shí)，在斷層、褶皺帶附近的區(qū)域，不僅僅是磷礦礦體，包括頂?shù)装鍙?qiáng)度較大的硅質(zhì)白云巖等也由于地質(zhì)構(gòu)造和自身完整性原因而發(fā)生巖爆現(xiàn)象[9]。

巖爆不僅影響采掘工作的進(jìn)度和效率，采掘工作人員的人身安全及巷道、采場的設(shè)施設(shè)備也因此受到嚴(yán)重威脅。如何預(yù)防和減小巖爆帶來的危害，已成了當(dāng)前礦山開采領(lǐng)域熱門的研究課題[10-12]，找到與經(jīng)濟(jì)效益相適應(yīng)的安全預(yù)防舉措是當(dāng)前迫切需要解決的問題。在安全預(yù)防措施上，有許多專家學(xué)者做了大量研究[13]，主要是側(cè)重在借助外部支護(hù)方面，及時(shí)的支護(hù)能有效的預(yù)防采掘后的區(qū)域發(fā)生巖爆，但因?yàn)橛幸欢ǖ臏笮訹14]，對(duì)采掘過程中突發(fā)的巖爆無法有效避免。而潛孔鉆卸壓爆破的工藝不僅可以降低采掘突發(fā)巖爆的破壞力，還在一定程度上利用了巖爆，在提高掘采作業(yè)安全性的同時(shí)，還可以減少采掘炸藥用量，節(jié)約成本。

1 工程概況及試驗(yàn)區(qū)選擇

1.1 工程地質(zhì)概況

瓦屋礦區(qū) IV礦段礦體為沉積型磷礦巖，平均埋深586.18 m，礦層連續(xù)穩(wěn)定，呈緩傾斜向東南傾，傾角17°～25°。礦層直接頂板為0.5 m～2.5 m厚的硅質(zhì)白云巖,具有硬度高、性脆的特點(diǎn)。受斷層影響，節(jié)理發(fā)育，裂隙中多被方解石等雜質(zhì)充填。巷道掘進(jìn)及回采的過程中巖爆頻繁，伴隨著整個(gè)生產(chǎn)過程。

由于巖爆具有突發(fā)性，工作面雖經(jīng)敲幫問頂，認(rèn)為不會(huì)掉落巖塊的位置依舊會(huì)突然發(fā)生巖爆，且?guī)r塊有時(shí)應(yīng)聲落下。伴隨著采空區(qū)面積的逐漸增大，巖爆飛渣、冒頂?shù)痊F(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

1.2 試驗(yàn)區(qū)選取

選擇試驗(yàn)地段應(yīng)遵循以下原則：

（1）具有代表性；

（2）符合礦山開采順序，不影響礦山開采；

（3）盡量利用現(xiàn)有工程、投資少、見效快。

最終選擇試驗(yàn)地點(diǎn)在810采場區(qū)域，位于瓦屋礦區(qū)IV礦段西北部，F(xiàn)1斷層以東、F3斷層以西，處于兩個(gè)斷層的交叉口，且屬于高品位富礦區(qū)。因該區(qū)域受 F1斷層及采空區(qū)面積逐步增大的影響，地壓逐漸增大，巖爆現(xiàn)象尤為顯著。

該試采區(qū)地段在23勘探線與27勘探線之間，其走向長度550 m，大部分位于23勘探線以西，標(biāo)高為740 m～780 m（設(shè)計(jì)中段高），試驗(yàn)區(qū)域是由四點(diǎn)圍成的多邊形，面積為68 559.61 m2。

2 潛孔鉆卸壓爆破試驗(yàn)

2.1 工藝具體實(shí)施方案

主要設(shè)備為YT28氣腿式鑿巖機(jī)、KY100J型露天潛孔鉆機(jī)。采用KY100J型露天潛孔鉆在作業(yè)面頂板向下30 cm處施工卸壓眼，卸壓孔Φ80 mm，排距0.8 m～1.0 m，間距1.0 m，孔深9.5 m～11 m，鉆孔結(jié)束后進(jìn)行耦合裝藥爆破，然后在作業(yè)面懸掛鋼絲防護(hù)網(wǎng)，再采用YT28氣腿式鑿巖機(jī)掘進(jìn)鑿巖，依次組織生產(chǎn)。針對(duì)巖爆頻發(fā)、頂板破碎區(qū)域，則需要先對(duì)頂板采用錨網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。

2.2 潛孔鉆卸壓爆破試驗(yàn)

（1）負(fù)1#上山斜坡道765東60 m～69.5 m段卸壓試驗(yàn)。布設(shè)3個(gè)平行頂眼（見圖1），炮孔直徑為Φ80 mm，孔距為0.875 m；1號(hào)、2號(hào)炮眼深度為11 m；3號(hào)炮眼深度為9.5 m時(shí)潛孔鉆已貫穿；卸壓孔爆破后采用淺孔鑿巖，與760中段斜坡道貫穿，掘進(jìn)、排險(xiǎn)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)循環(huán)過程中未發(fā)生巖爆。

圖1 負(fù)1#上山765東潛孔鉆炮孔布置

（2）負(fù)1#上山斜坡道775西0～10 m段卸壓試驗(yàn)。布設(shè)3個(gè)平行頂眼（見圖2），炮孔直徑為Φ80 mm，孔距為0.6 m；1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)炮眼深度均為11 m；卸壓孔爆破后進(jìn)行淺孔鉆回采，掘進(jìn)回采過程中未發(fā)生巖爆。

圖2 負(fù)1#上山775西潛孔鉆炮孔布置

2.3 卸壓孔爆破后的采礦試驗(yàn)

（1）負(fù)1#斜坡道780西9#礦柱潛孔鉆回采試驗(yàn)。炮孔布置見圖3。炮孔直徑為Φ80 mm，孔距為1 m～1.5 m；1～3列炮眼深度為6 m，4～6列炮眼深度為7 m；一次裝藥192 kg，起爆雷管40發(fā)；崩落礦石約450 t；潛孔鉆掘進(jìn)時(shí)未發(fā)生巖爆，當(dāng)日晚間裝藥時(shí)巖爆1次，飛渣約500 kg。

圖3 負(fù)1#上山780西9#礦柱潛孔鉆回采炮孔布置

（2）1#斜坡道780西17#礦柱潛孔鉆回采試驗(yàn)。炮孔布置見圖4，炮孔直徑為Φ80 mm，孔距為1.2 m～1.8 m；1～3列炮眼深度分別為3 m、4 m、5 m，4～6列炮眼深度均為8 m；卸壓孔爆破后排險(xiǎn)、出渣等生產(chǎn)環(huán)節(jié)循環(huán)過程中未發(fā)生巖爆。

圖4 1#上山780西17#礦柱潛孔鉆回采炮孔布置

2.4 工藝實(shí)施效果

自 2018年開始實(shí)施潛孔鉆卸壓爆破開采掘進(jìn)工藝后，該礦區(qū)同期巖爆發(fā)生頻次見表1。

表1 巖爆發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)

由表1可見，在實(shí)施潛孔鉆卸壓爆破開采掘進(jìn)工藝后，巖爆發(fā)生次數(shù)明顯減少，尤其是危害較大的巖爆拋擲現(xiàn)象在8個(gè)月之內(nèi)僅發(fā)生了3次，同比減少了94%，巖爆危害得到了有效控制。

潛孔鉆卸壓爆破之所以能取得如此良好的效果，其主要原因在于該工藝促進(jìn)了巖爆防護(hù)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。該工藝將工程施工由被動(dòng)受巖爆影響變?yōu)橹鲃?dòng)卸壓，從巖爆發(fā)生的根源處著手，降低巖爆危害，由前期的支護(hù)、個(gè)體防護(hù)等一系列被動(dòng)防護(hù)向主動(dòng)降低和消除巖爆誘因轉(zhuǎn)變，不僅在一定程度上減緩了采掘過程中的突發(fā)巖爆現(xiàn)象，減小了巖爆的破壞力，而且將巖爆在一定程度上加以利用，利用巖體中所蘊(yùn)藏的彈性能補(bǔ)充爆破所需要的部分能量，節(jié)省了部分炸藥開支。

3 結(jié)論

（1）通過試驗(yàn)探索，證實(shí)了在深部高巖爆區(qū)采用潛孔鉆卸壓爆破掘采工藝的可行性和有效性，結(jié)合試驗(yàn)效果來看，作業(yè)人員和設(shè)備的安全得到了有效保障，帶來了顯著的安全效益。

（2）結(jié)合該工藝，通過采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和回采順序的調(diào)整，將該區(qū)域受“孤島效應(yīng)”影響的 30多萬平方米不可采區(qū)域變成了可采采區(qū)，采礦量因此增加約150萬t，直接經(jīng)濟(jì)效益約4.5億元。