潘 敏

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦）

冬瓜山銅礦是銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司下屬的一座超千米井深的采選聯(lián)合礦山，年處理礦石量達(dá)420 萬t，現(xiàn)主要回采新區(qū)的冬瓜山礦床和老區(qū)的大團(tuán)山、花樹坡礦床，主要采用階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法回采，V型塹溝采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)出礦。切割天井用于為V 型塹溝采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)和分段鑿巖硐室擴(kuò)槽爆破提供補(bǔ)償空間，是采礦切割工序中不可或缺的一部分。新區(qū)冬瓜山礦段引進(jìn)了切割天井鉆機(jī)解決切割天井施工難題，老區(qū)大團(tuán)山、花樹坡礦段因巷道斷面較小，不能滿足切割天井鉆機(jī)施工要求，仍采用傳統(tǒng)工藝施工切割天井。傳統(tǒng)工藝采用的普通法、吊罐法等施工切割天井，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、安全性差等問題，不能滿足礦山生產(chǎn)和安全管理需要［1-7］。切割天井一系列施工難題的根本原因是其豎直向上的空間屬性，本文通過將豎直向上的切割天井改為水平方向的切割槽硐室，補(bǔ)償空間從槽區(qū)中部轉(zhuǎn)移至槽區(qū)一側(cè)，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以期解決切割槽硐室爆破擴(kuò)槽夾制性大的技術(shù)難題，為礦山提供一種全新的爆破擴(kuò)槽解決方案。

1 礦山概括

1.1 老區(qū)地質(zhì)概況

大團(tuán)山礦床為層控式矽卡巖型礦床，由1個(gè)主礦體和多個(gè)小礦體組成。主礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致，走向北東30°～35°，傾向南東，傾角中等，在不同地段傾角略有變化，最大70°，最小10°，一般35°～50°。主礦體走向長(zhǎng)830 m，斜深最大652 m，工程見礦厚度最大69.47 m，最小1.35 m，平均29.65 m；礦體形態(tài)較簡(jiǎn)單，呈似層狀，賦存標(biāo)高-316～-788 m。礦床礦石致密堅(jiān)硬、節(jié)理裂隙不發(fā)育、礦心完整性好，頂?shù)装鍘r為矽卡巖夾角巖、大理巖夾角巖及石英閃長(zhǎng)巖，巖性單一、層位穩(wěn)定、完整性好，屬堅(jiān)硬巖石。礦床水文地質(zhì)簡(jiǎn)單。

花樹坡礦床為層控式矽卡巖型礦床，由1個(gè)主礦體和4個(gè)次要礦體組成。主礦體形態(tài)較簡(jiǎn)單，呈似層狀產(chǎn)出，平面長(zhǎng)度為420 m，最大延深385 m，賦存標(biāo)高-370～-722 m。主礦體傾角20°～30°，平均27°，厚度1.40～36.31 m，平均12.11 m。巖性單一、層位穩(wěn)定、完整性好，屬堅(jiān)硬巖石，礦床水文地質(zhì)簡(jiǎn)單。

1.2 老區(qū)回采工藝簡(jiǎn)介

老區(qū)大團(tuán)山、花樹坡礦床主礦體端邊部較薄、傾斜或緩傾斜，主要采用分段鑿巖階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，如圖1 所示。分段高度通常為12 m，分段鑿巖硐室采用Rocket Boomer281 鑿巖臺(tái)車或氣腿式鑿巖機(jī)施工，在鑿巖硐室內(nèi)設(shè)計(jì)扇形上向中孔，鉆孔鑿巖采用SIMBA H1354 鑿巖臺(tái)車或YGZ90 鉆機(jī)施工，孔徑60 mm，排距1.4～1.6 m，孔底距1.4～1.8 m，采場(chǎng)底部設(shè)計(jì)V 型塹溝結(jié)構(gòu)，采用6 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，切割天井用于為擴(kuò)槽爆破提供補(bǔ)償空間。

1.3 切割天井?dāng)U槽存在的困難

切割天井用于為擴(kuò)槽爆破提供補(bǔ)償空間，其斷面通常為2 m×2 m，高度超出側(cè)崩排孔1～1.5 m。礦山切割天井施工常采用的施工方法主要有普通法、吊罐法、切割天井鉆機(jī)擴(kuò)刷法等，普通法施工切割天井，作業(yè)人員在天井內(nèi)架設(shè)工作平臺(tái)上操作氣腿式鑿巖機(jī)施工上向掘進(jìn)炮孔分次爆破成井，存在工作條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、材料消耗多、施工效率低、安全性差等問題；吊罐法施工切割天井，在上水平施工吊罐孔和信號(hào)孔，存在輔助工作量大、成本較高、安全性差等問題；切割天井鉆機(jī)擴(kuò)刷法，切割天井鉆機(jī)外形尺寸較大，要求巷道斷面大，主要用于新區(qū)切割天井施工，老區(qū)巷道斷面小，切割天井鉆機(jī)無法進(jìn)入老區(qū)切割天井施工作業(yè)面。另外，采用切割天井爆破擴(kuò)槽，爆破作業(yè)人員需在天井下方進(jìn)行爆破作業(yè)，防護(hù)工作量大、安全性較差。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

將豎直向上的切割天井改為水平方向的切割槽硐室，切割槽硐室上方施工上向扇形壓頂擴(kuò)槽孔，利用切割槽硐室為擴(kuò)槽爆破提供補(bǔ)償空間，完成爆破擴(kuò)槽（圖2）。切割槽硐室替代切割天井的本質(zhì)是將施工難度大、安全性差的豎直向上的天井改進(jìn)為施工方便、安全性好的硐室，兩者主要區(qū)別在于切割天井位于擴(kuò)槽孔中部，而切割槽硐室位于擴(kuò)槽孔一側(cè)，其爆破夾制性更大。針對(duì)切割槽硐室爆破擴(kuò)槽夾制性大、擴(kuò)槽孔底易衰減等難題，進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案。

2.1 設(shè)計(jì)方案

2.1.1 切割槽硐室設(shè)計(jì)方案

順利完成爆破擴(kuò)槽的核心是擴(kuò)槽孔具有足夠的爆破補(bǔ)償空間，切割槽硐室的作用就是為爆破提供補(bǔ)償空間，因此，切割槽硐室設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為確保礦巖爆破碎脹發(fā)生一次松散后有足夠補(bǔ)償空間，爆破補(bǔ)償系數(shù)應(yīng)大于礦巖一次松散系數(shù)。切割槽硐室位于擴(kuò)槽孔一側(cè)，其爆破夾制性較大，導(dǎo)致孔底衰減，造成擴(kuò)槽高度不夠。攻關(guān)目標(biāo)為擴(kuò)槽高度12 m、寬度3 m，為減小夾制作用，按補(bǔ)償系數(shù)不小于1.3 進(jìn)行設(shè)計(jì)，切割槽硐室寬度超出擴(kuò)槽邊孔50 cm，長(zhǎng)度超出擴(kuò)槽孔底1～1.5 m，切割槽硐室傾角根據(jù)掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車設(shè)備性能盡可能增大，以減小擴(kuò)槽面積增大補(bǔ)償系數(shù)。

因此，設(shè)計(jì)切割槽硐室寬度為4 m，高度根據(jù)鉆孔鑿巖臺(tái)車作業(yè)參數(shù)確定為4 m，長(zhǎng)度為13.5 m，方位角為與鑿巖硐室方位呈90°，傾角為掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車可施工的最大傾角。

2.1.2 布孔設(shè)計(jì)方案

以切割槽硐室為爆破自由面，設(shè)計(jì)上向扇形中孔作為擴(kuò)槽孔進(jìn)行爆破壓頂，采用雙機(jī)心布置，擴(kuò)槽孔排距1 m，擴(kuò)槽寬度3 m，炮孔直徑60 mm，孔底距1～1.3 m，孔深根據(jù)擴(kuò)槽高度12 m 界線確定，如圖3 所示。

2.1.3 爆破設(shè)計(jì)方案

炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥，孔底和孔口分別裝入起爆彈和毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，堵塞長(zhǎng)度30～40 cm，每?jī)膳艦? 個(gè)段次，通常3 個(gè)段次后進(jìn)行1 次跳段以增加延期時(shí)間。經(jīng)驗(yàn)算，爆破補(bǔ)償系數(shù)為1.35＞1.3，炮孔裝藥系數(shù)約70%，炸藥單耗約1.35 kg/t。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在冬瓜山銅礦大團(tuán)山礦床-640 m 中段和花樹坡礦床-690 m 中段分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)擴(kuò)槽高度8 m 和12 m 的現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)如表1 所示。試驗(yàn)表明，三角柱的處理對(duì)擴(kuò)槽孔底衰減有很大影響，施工掘進(jìn)炮孔進(jìn)行爆破預(yù)處理，能有效避免擴(kuò)槽孔底衰減；采取的切割槽硐室寬度超出擴(kuò)槽邊孔50 cm、長(zhǎng)度超出擴(kuò)槽孔底1～1.5 m，每3個(gè)段次后進(jìn)行1次跳段，減小夾制性的措施取得良好效果。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）在擴(kuò)槽處施工切割槽硐室，方位與鑿巖硐室垂直，寬度超出擴(kuò)槽邊孔50 cm，斷面4 m×4 m，長(zhǎng)度超出擴(kuò)槽孔底1～1.5 m。

（2）在切割槽硐室上方施工上向扇形壓頂擴(kuò)槽孔，擴(kuò)槽孔排距1 m，擴(kuò)槽寬度3 m，炮孔直徑60 mm，孔底距1～1.3 m，在切割槽硐室與擴(kuò)槽底孔形成的三角柱內(nèi)施工掘進(jìn)炮孔，進(jìn)行爆破預(yù)處理。

（3）炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥，孔底和孔口分別裝入起爆彈和毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，堵塞長(zhǎng)度30～40 cm，每?jī)膳艦? 個(gè)段次，每3 個(gè)段次后進(jìn)行1 次跳段以增加延期時(shí)間，為后續(xù)爆破提供更充足的補(bǔ)償空間。

（4）經(jīng)驗(yàn)算，補(bǔ)償系數(shù)隨著擴(kuò)槽高度增大而減小，當(dāng)擴(kuò)槽高度12 m 時(shí)，計(jì)算補(bǔ)償系數(shù)約1.35，因此上述設(shè)計(jì)方案適用于擴(kuò)槽高度不大于12 m 情形。采取雙側(cè)切割槽硐室設(shè)計(jì)以增大補(bǔ)償系數(shù)，實(shí)現(xiàn)更高要求的爆破擴(kuò)槽，因鉆孔隨深度增加偏斜增大，且爆破夾制性增大，擴(kuò)槽高度不宜超過15 m，設(shè)計(jì)方案如圖4所示。

3 實(shí)施效果

切割槽硐室替代切割天井爆破擴(kuò)槽技術(shù)已成功在冬瓜山銅礦應(yīng)用。在采用上向中孔回采老區(qū)端部薄礦體過程中，針對(duì)端部薄礦體特征變化較大，為減少損失、貧化率，常需在1層硐室中設(shè)計(jì)多個(gè)槽區(qū)，在礦體轉(zhuǎn)折較大處、厚度變大處等均可以施工1個(gè)切割槽硐室，方便、快速完成多個(gè)槽區(qū)布置，較好適應(yīng)了端部薄礦體回采要求。

切割槽硐室采用掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車施工，機(jī)械化程度高、施工效率高、安全性好。采用上向扇形壓頂孔擴(kuò)槽，爆破作業(yè)人員不需要在天井下方裝藥，防護(hù)工作量小、成本低、安全性好；切割槽硐室長(zhǎng)度、傾角及斷面尺寸可根據(jù)布孔方案確定，也可根據(jù)實(shí)際情況選擇布置單側(cè)或雙側(cè)切割槽硐室巷道，靈活多變，適用性強(qiáng)。

切割槽硐室替代切割天井爆破擴(kuò)槽技術(shù)，將傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械化作業(yè)方式，解決了普通法、吊罐法施工切割天井安全性差的難題，提供了一種適用范圍廣、機(jī)械化程度高、安全性好、全新的爆破擴(kuò)槽解決方案，取得了很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

（1）切割槽硐室替代切割天井爆破擴(kuò)槽的核心是攻克夾制性大、擴(kuò)槽孔底易衰減等技術(shù)難題，切割槽硐室寬度超出擴(kuò)槽邊孔50 cm，長(zhǎng)度超出擴(kuò)槽孔底1～1.5 m，傾角根據(jù)掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車設(shè)備性能盡可能增大，以減小擴(kuò)槽面積增大補(bǔ)償系數(shù)，是達(dá)到擴(kuò)槽要求的重要保障。

（2）在切割槽硐室與擴(kuò)槽底孔形成的三角柱內(nèi)，施工掘進(jìn)炮孔進(jìn)行爆破預(yù)處理，是減少擴(kuò)槽壓頂孔底衰減的關(guān)鍵。

（3）采用毫秒延期雷管實(shí)現(xiàn)一次爆破擴(kuò)槽，每?jī)膳艦? 個(gè)段次，通常3 個(gè)段次后進(jìn)行1 次跳段以增加延期時(shí)間，為后續(xù)爆破提供更充足的補(bǔ)償空間。