高深度大断面中深孔一次成井技术探索与应用

高深度大断面中深孔一次成井技术探索与应用
韩鹏举
(富蕴蒙库铁矿有限责任公司)
摘要：文章介绍了井下矿开采的“高深度大断面中深孔爆破一次成井施工技术”，一次成井施工工艺能够替代人工施工切割天井。

该工艺中，施工人员在平巷内操作凿岩台车施工上向垂直炮孔,装药也在平巷内完成，作业空间高度小，顶板风险可控,利用平巷做补偿空间，采用延期爆破一次成井，施工效率高、施工简单、机械化作业、安全风险小、劳动强度低，可在井下矿山推广应用。

关键词：切割天井；中深孔爆破；爆破参数；一次成井
中图分类号:TD235.4文献标识码：B文章编号：1672-4224(2021)01-0050-04 Exploration and Application of Once Well Completion Technology for Medium Deep Hole with High Depth and Large Section
HAN Peng-Ju
(Fuyun Mengku Iron Mine Co.,Ltd.)
Abstract：This paper introduces thehigh depth and large cross-section medium deep hole blasting once well completion construction technology.The once well completion construction technology can replace the manual cutting of the patio.In this process,the construction personnel operate the rock drilling jumbo in the drift to construct the upward vertical blast­hole,and the charging is also completed in the drift.The working space is small,and the roof risk is controllable.The drift is used as the compensation space,and the delayed blasting is used to complete the well at one time.The construc­tion efficiency is high,the construction is simple,the mechanized operation is small,the safety risk is small,and the la­bor intensity is low,which can be popularized and applied in underground mines.
Key words：Cut patio；long-hole blasting；Blasting parameters；One time well completion
«•—i—
刖旨
蒙库铁矿井下矿采用无底柱分段崩落法,切割天井是在采矿过程中，为满足爆破时有足够的补偿空间而开掘的竖直向上巷道。

蒙库铁矿切割天井施工工艺为普通上掘法，切割天井宽2.2m,长3. 5m,高度10.5-14m。

这种方法由下而上，作业施工过程中，人员先要通过爬梯到达作业位置，然后通过在天井沿长度方向两壁打好的锚杆上穿设横圆钢作为支撑梁，在支撑梁上铺设网板架设工作平台后进行穿孔及装药作业，爆破时需要拆除平台。

每循环一次需架设一次工作平台。

崩落的矿石直接落到巷道地板上，需用铲运设备铲出岩渣。

为优化切割井（竖井）工艺,降低切割井（竖井）施工安全风险，探索了高深度大断面中深孔一次成井施工技术。

依据岩石的爆破破碎机理、岩石中的应力波原理，根据现有炸药性能确定角柱形掏槽的布置形式和孔间距，结合现有中深孔凿岩台车性能和生产现状，确定切割天井的断面和高度；并根据半秒导爆管雷管的延期时间,对起爆网络进行优化
调整,对穿孔、堵孔、填塞对一次成井效果的影响进行分析。

在沿脉巷道和穿脉巷道等巷道规格限制的条件下，通过优化调整布孔角度，实现在不同巷道规格和不同阶段高度采矿工艺中应用一次成井技术。

1矿区概况
蒙库铁矿围岩主要为角闪变粒岩，仅在矿体西端见少量条带状角闪变粒岩。

其他矿体围岩主要为条带状角闪变粒岩、角闪变粒岩、黑云角闪片麻岩，围岩与矿体呈整合接触关系。

围岩沿走向和彳顷向具相变特征,围岩中有磁铁矿化现象，蚀变以碳酸
联系人:韩鹏举，男,33岁，采矿工程师,富蕴（836100）新疆阿勒泰富蕴蒙库铁矿有限责任公司E-mill:986637390@
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盐化、绢云母化、钠长石化、绿泥石化为主。

矿床矿石矿物成份复杂、种类繁多。

主要以磁铁矿矿石为主，矿体内夹石主要分布在1号矿体中。

夹石呈不规则脉状、细脉状、条带状、透镜状分布，夹石的组成主要是角闪变粒岩，少量黑云角闪斜长片麻岩、磁铁石榴石岩、磁铁变粒岩。

普氏系数矿石楋=16-18,岩石楋=8-12o目前开采的1070-938中段矿体分布于119-134线，埋藏标高1212.5-863m。

总体走向约300°,倾向NE,倾角75°-89°o地表长763m,厚度最大35.53m,最小2.89m,平均12.99m,厚度分布频率以5-10m居多。

地表矿体形态呈似层状、扁平透镜状。

沿走向有膨大收缩、分枝尖灭变化特征。

呈舒缓波状展布，中部（126-128线）及东端（131-132线）略有膨大。

其余各段均为厚度小的脉状。

矿体东端在133线呈分枝状尖灭。

属于挂帮矿体开采，大多巷道沿走向布置。

2一次成井施工装备及技术要求
2.1凿岩工艺要求
凿岩台车:采用DL2720凿岩台车，该凿岩台车凿岩效率高、故障少,最大凿岩高度3.35m,凿岩宽度6.11m;钻臂摆动角度±35度;钻孔深度34m,凿岩孔径50-100mm;平均凿岩效率为210m;满足掘进天井12-16m高度的要求。

装药孔钻头:使用①76mm的合金钻头钻孔，成孔①78mm。

钻孔质量好，孔壁光滑，断面呈圆形，炮孔直径变化均匀，利于装药。

补偿孔钻头:为增大掏槽自由面和初始补偿空间，提高爆破效果,采用①100mm的合金钻头钻孔，成孔①102mm。

为防止扩孔时孔位发生偏离，采用一次凿岩成孔，减少了扩孔更换钻头的作业步骤，凿岩效率高。

在使用大钻头凿岩时，需注意钻孔开口操作轻轻开口，确保孔保持笔直。

继续开口，直到接触到坚硬的岩石。

开孔期间，操作人员可通过操作杆手动控制钻机旋转速度和推进速度。

2.2爆破工艺主要参数
掏槽形式是影响爆破效率和爆破质量的重要因素之一，选用是应考虑地质条件施工的可行性、爆破效果和经济的合理性，同时考虑一次装药爆破成井达到设计高度⑴。

采用2#岩石乳化炸药和岩石膨化硝e炸药（散装），药卷规格为①32mm-300g和袋装25kg；炮孔直径,装药孔d=78m m,补偿孔d=102m m;炮孔深度，炮孔直径取决于天井设计高度,炮孔利用率为90%-95%，掏槽孔比周边孔超深1-1.5m。

2.2.1孔距
掏槽孔:补偿大孔孔间距应越小越好,但是在凿岩过程中，相互贯穿现象频繁，根据岩石的爆破破碎机理、岩石中的应力波原理，间距a=3-7r,（r 为药卷半径，采用膨化炸药时应为炮孔半径（为孔间距）［2］。

辅助孔和周边孔:布孔均匀，既要充分利用炸药能量,又要保证按照设计轮廓线崩落。

2.2.2炸药单耗
一个切割天井的总炸药量Q=qSS n（1）
式中：-单位炸药消耗量,kg/m3；S-巷道掘进断面面积；厶-炮孔平均深度；n-炮孔利用率,取95%。

单位炸药消耗量与矿岩性质、切割天井的断面、分段高度、装药结构、起爆方式等因素有关［2］。

2.2.3炮孔布置和炮孔数目口
掏槽孔:垂直向上孔，按照形成槽腔不相互挤死和穿孔的原则，均匀布置。

辅助孔:垂直向上孔，按照扩大掏槽面积为原则。

最小抵抗线布置为450-600mm,均匀布置在掏槽孔周围。

周边孔:以保证天井的形状规格为原则，均匀布置在设计形状规格四周。

2.2.4装药结构
起爆药包［1］:掏槽孔起爆药包位置位于孔口3m 处，利于排渣;使用3节乳化炸药组成，雷管聚能穴朝向孔底。

辅助孔和周边孔起爆药包位置位于孔底处,利于矿岩破碎;炮孔内敷设导爆索,在位于孔口3m处布置雷管，雷管聚能穴朝向孔底。

装药结构［1］
:为提高掏槽质量,采用柱状连续装药，炮孔内全长敷设导爆索，导爆索超出孔口0.5m。

2.2.5起爆网络
采用非电起爆网络，掏槽孔、辅助孔、周边孔均采用导爆管雷管加导爆索起爆。

起爆方式采用孔口正向起爆。

因断面大，库存雷管种类限制，因次采用半
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秒导爆管雷管，掏槽孔间隔时间为0.25-2.25s,辅助孔、周边孔间隔时间为2.26-4.75s[2]。

2.2.6填塞
炮孔采用黄土制作的炮泥进行填塞，堵塞长度为0.2-0.5m。

2.3断面和高度确定
按照布孔间距确定断面规格，根据采矿分层高度和矿体回采高度确定天井的施工高度。

3沿脉巷道试验
在井下矿1022m水平西部沿脉采准巷道布置,试验切割井位于矿体端部，分枝独立的矿体，在相对独立的采区进行试验，对主体生产采区影响较小。

拟定了两个试验方案，对比试验效果。

3.1试验方案一
切割井设计：高度12m,断面尺寸长3.5m X 2.5m宽，孔数合计62个，其中装药孔54个,大孔径补偿孔8个。

掏槽孔布置大孔径补偿孔8个，孔间距a=250mm;装药孔9个,孔间距a=300mm;辅助孔28个,孔间距a为600-700mm;周边孔18个，孔间距a为620-700mm。

爆破工艺:掏槽中心装1段、3段、5段、7段半秒导爆管雷管、辅助孔依次装8段、9段半秒导爆管雷管，周边孔装10段半秒导爆管雷管，采用孔口正向起爆。

掏槽孔采用半秒导爆管雷管连接导爆索传爆炮孔内散装膨化硝e炸药。

起爆药包使用3节乳化炸药组成，起爆药包位置位于孔口3m处，雷管聚能穴朝向孔底。

炮孔内敷设导爆索。

3.2试验方案二
切割井设计：高度12m,断面尺寸长3.5m X 2.5m宽，孔数合计64个，其中装药孔50个,大孔径补偿孔14个。

掏槽孔布置大孔径补偿孔14个，孔间距a为250-400mm;装药孔9个，孔间距a为400-500mm;辅助孔28个，孔间距a为620-700mm;周边孔18个,孔间距a为650-700mm。

爆破工艺：掏槽中心依次装1段、3段、5段、7段半秒导爆管雷管、辅助孔依次装8段、9段半秒导爆管雷管，周边孔装10段半秒导爆管雷管,采用孔口正向起爆。

掏槽孔起爆药包位置位于孔口3m 处;使用3节乳化炸药组成,雷管聚能穴朝向孔底。

辅助孔和周边孔起爆药包位置位于孔底处;炮孔内52敷设导爆索，在位于孔口3m处布置雷管,雷管聚能穴朝向孔底。

采用柱状连续装药，炮孔内全长敷设
导爆索，导爆索超出孔口0.5m。

炮孔采用黄土制作的炮泥进行填塞，堵塞长度为0.2-0.5m。

3.3试验效果比较
试验方案一:爆破效果咼度7.5m,断面尺寸长3.9mx2.9m宽，未达到设计高度。

原因分析:掏槽孔7#孔1段装药时,相邻的3个孔透孔落药。

造成雷管失效，且装药时孔底未装药或者装药密度不足。

底部未传爆。

致使底部掏槽失败。

现场观察,掏槽孔偏斜0.2-0.3m。

布孔过于密集。

试验方案二:爆破效果高度11.5m,断面尺寸长3.4mx3m宽。

设计高度12m,实际高度11.5m,满足回采工序所需切割天井高度。

3.4试验结论
经过试验对比分析，方案二可以应用于蒙库井下矿开采作业。

4工程实践
蒙库井下矿989m水平矿体形态呈似层状、不规则脉状及平行侧列的细脉状，倾向NE,厚度6-7m,矿石楋=12-18,分段高17m。

根据本采矿方法及上下分层关系,为首采分层，切天井设计在沿脉采准巷道端部，切割天井严格按照方案二中深孔爆破一次成井技术设计。

4.1切割天井设计
高度14m,断面尺寸为长4.2mx3.2m宽;孔数合计71个，其中装药孔57个，孔径d=78mm,大孔径补偿孔14个，孔径d=102mm。

其中，掏槽孔:设计采用角柱形掏槽的布孔方式，如图1所示。

设计为23个,9个装药孔和14个大孔径补偿孔,各孔角度为90度,垂直向上孔;补偿大孔间距a为400-480mm,补偿大孔与中心孔间距a为250~270mm。

辅助孔设计为26个,全部在装药孔，各孔角度为90度，垂直向上孔，最小抵抗线布置为450-600mm,均匀布置在掏槽孔周围,孔间距a=450mm0周边孔设计为24个，均匀布置在设计形状规格四周，孔间距a=550mm。

掏槽孔炮孔深度L=15m,其余周边孔和辅助孔炮孔深度为L=14m o掏槽孔比周边孔超深1-1.5m 。

0,26
图1角柱形掏槽的布孔方式
4.2爆破工艺
爆破器材:采用2#岩石乳化炸药和岩石膨化硝e炸药（散装），药卷规格为①32mm-300g和袋装
25kg,6m半秒导爆管雷管和导爆索。

炸药单耗:通过现场试验,在蒙库铁矿矿岩条件下，天井（竖井）的单耗为8-32kg/m3,=13.44m2, Z b=14.4m，n取95%。

按公式⑴计算得出：Q=2206.3kg o
装药起爆药包:掏槽孔起爆药包位置位于孔口3m处，利于排渣;使用3节乳化炸药组成，雷管聚能穴朝向孔底。

辅助孔和周边孔起爆药包位置位于孔底处,利于矿岩破碎;炮孔内敷设导爆索,在位于孔口3m处布置雷管，雷管聚能穴朝向孔底。

为提高掏槽质量，采用柱状连续装药，炮孔内全长敷设导爆索，导爆索超出孔口0.5m。

起爆网络：采用非电起爆网络，掏槽孔、辅助孔、周边孔均采用导爆管雷管加导爆索起爆起爆方式采用孔口正向起爆。

因断面大，库存雷管种类限制，因此采用半秒导爆管雷管，掏槽孔间隔时间为0.25-2.25s,辅助孔、周边孔间隔时间为2.26-4.75s o掏槽中心依次为1段、3段、5段、7段半秒导爆管雷管、辅助孔依次装8段、9段半秒导爆管雷管，周边孔装10段半秒导爆管雷管,采用孔口正向起爆。

起爆管使用3段16m毫秒导爆管雷管簇联
法连接。

填塞:炮孔采用黄土制作的炮泥进行填塞，堵塞长度为0.2-0.5m。

4.3爆破效果
切割天井设计高度14m,断面尺寸为长4.2m X 3.2m宽，测量验收平均孔深14.4m,爆破后实际天井高度14.2m,断面尺寸为长4.2mx3.2m宽，井壁光滑,成井形状轮廓规整；满足回采工序所需切割天井高度。

5结束语
通过对富蕴蒙库铁矿现有中深孔设备的利用和爆破参数的调整，高深度大断面中深孔爆破一次成井施工技术在蒙库铁矿井下矿得到成功应用。

一次成井施工技术可根据巷道断面调整中深孔角度，与普通法比较,施工工期缩短67%，工效比提高60%以上,达到设计高度的天井100%，炮孔利用率90%-95%。

一次成井施工技术爆下的矿岩借助重力下落，炮烟等有毒有害气体从水平巷道排出，通风时间减少；凿岩、装药、连线、起爆等作业全部在水平巷道中进行，解决了工序繁琐、降低了材料消耗成本和安全风险，避免了安全事故的发生。

富蕴蒙库铁矿一次成井施工技术满足了井下矿生产需求和切割拉槽技术要求，已形成了一条完成的机械化作业线，改善了作业条件，减轻了劳动强度，可以在同类矿山推广应用。

参考文献
[1]翁春林，叶加冕.工程爆破.北京:冶金工业出版社,2008.
[2]汪旭光.爆破设计与施工.北京:冶金工业出版社,2018.
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