林大能,劉醫(yī)碩,陳壽如,龍 專

(1.湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院, 湖南湘潭市 411201;2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083)

垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法在輝綠巖層巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用

林大能1,劉醫(yī)碩1,陳壽如2,龍 專1

(1.湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院, 湖南湘潭市 411201;2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083)

為了解決某礦井巷道掘進(jìn)施工的高成本低效率問(wèn)題,提出了垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法,使直眼掏槽和斜眼掏槽有機(jī)結(jié)合,并針對(duì)不同硬度的巖石使用不同的爆破參數(shù),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)論證,解決了循環(huán)進(jìn)尺和炮孔利用率低的問(wèn)題,減小了炸藥單耗,使成本降低到原來(lái)的 76.2%,提高了經(jīng)濟(jì)效益。該方法適合在高硬度、韌性強(qiáng)的巖層中推廣應(yīng)用。

垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法;巷道掘進(jìn);炮孔布置;爆破參數(shù)

某銅鎳礦在平巷掘進(jìn)中,需要穿過(guò)輝綠巖層,該巖石十分堅(jiān)硬,爆破困難。所掘進(jìn)的巷道斷面寬度為 2200 mm,高度為 2170 mm,墻高為 1420 mm。原始巷道爆破掘進(jìn)方式及參數(shù)為:掘進(jìn)采用空孔直眼螺旋掏槽。每茬炮鉆孔 26個(gè),20個(gè)裝藥,6個(gè)不裝藥;使用巖石膨化炸藥,密度為 0.8～1.0 g/cm3,裝藥總量為 34 kg。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,巷道爆破掘進(jìn)存在以下問(wèn)題:單炮進(jìn)尺低,僅為 1.0～1.2 m,有時(shí)更低,甚至不來(lái)炮;由于不堵炮泥,造成單耗較大;炮孔利用率低,孔深 2.2 m,循環(huán)進(jìn)尺為 1.0～1.2 m,炮孔利用率不大于60%。

鑒于以上巷道爆破掘進(jìn)存在的問(wèn)題,本文對(duì)選擇合理的掏槽方式、爆破參數(shù)、堵孔方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),以期降低材料消耗、增加循環(huán)進(jìn)尺、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度與環(huán)境。

1 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽方式的確定

直眼掏槽與斜眼掏槽是巷道爆破掘進(jìn)常用的 2種掏槽方式[3]。從爆破技術(shù)的難易程度來(lái)看,直眼掏槽較為復(fù)雜,要求嚴(yán)格,但是直眼掏槽具有炮眼利用率高、炮眼深度不受巷道斷面寬度限制且能適用于各類巖層等優(yōu)點(diǎn)[4]。在中、小斷面平巷掘進(jìn)中,為提高掘進(jìn)速度,增加單循環(huán)進(jìn)尺,直眼掏槽是眾多爆破工作者必然的選擇。

傳統(tǒng)的空孔直眼掏槽主要有小直徑空孔和大直徑空孔 2種,從理論上分析兩者都是可行的。但大量的巷道爆破掘進(jìn)工程實(shí)踐表明:多個(gè)小直徑空孔掏槽爆破經(jīng)常出現(xiàn)掏槽效率低,甚至掏槽失敗的現(xiàn)象。由于鉆孔精度的原因,可能造成靠近孔底部分的空孔與裝藥孔之間的距離與設(shè)計(jì)值之間存在較大差異。當(dāng)距離過(guò)大時(shí),孔底部分巖石不破碎或破碎不充分,同時(shí)造成空孔提供的補(bǔ)償空間相對(duì)偏小,使孔底部分容易出現(xiàn)“擠死”而形成“再生巖”現(xiàn)象;當(dāng)距離過(guò)小時(shí),孔底部分抵抗線比靠近孔口段的小,在同等線裝藥密度的條件下,孔底部分巖石破碎的時(shí)間比孔口短,裝藥孔孔底部分過(guò)早地與空孔貫通,導(dǎo)致爆生氣體大量滲入空孔中,在一定程度上削弱了孔口段裝藥的爆破作用,容易引起“掛門簾”的現(xiàn)象[5]。而對(duì)于大孔徑掏槽,雖然掏槽效率高,且掏槽成功率比小空孔高,但擴(kuò)孔速度比較慢,大空孔的形成是關(guān)鍵問(wèn)題。由于該礦是采用氣腿式鑿巖機(jī),擴(kuò)孔鉆頭重,導(dǎo)致釬桿容易折斷、工人勞動(dòng)強(qiáng)度加大,而且單個(gè)鉆頭的成本高,在小直徑多空孔掏槽注意鉆孔平行度的情況下,大孔徑直眼掏槽的優(yōu)勢(shì)并不明顯。

綜合以上情況,為了徹底解決該礦難鑿難爆巖層巷道掘進(jìn)的問(wèn)題,經(jīng)過(guò)不斷探索,根據(jù)巷道掘進(jìn)爆破定額反算每茬炮的裝藥量,再根據(jù)裝藥情況確定響炮數(shù),發(fā)現(xiàn)在輝綠巖中,原來(lái)的響炮數(shù)偏少、炸藥單耗偏低,從而導(dǎo)致了巷道進(jìn)尺小、炮孔利用率低。根據(jù)前期掏槽不夠理想的經(jīng)驗(yàn),提出了垂爆斜拉聯(lián)合掏槽技術(shù)。

2 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽試驗(yàn)

2.1 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽炮孔布置

垂爆斜拉聯(lián)合掏槽的基礎(chǔ)是先直眼掏槽,后為帶有一定角度的第二掏槽眼,所控制的槽腔形狀為棱臺(tái)形。炮孔布置見(jiàn)圖1。

圖1 輝長(zhǎng)巖掘進(jìn)爆破炮孔布置(單位:mm)

2.1.1 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽炮孔布置的幾點(diǎn)說(shuō)明

此爆破方法主要針對(duì)硬巖或硬而韌、爆破難度大的巖石,設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于直眼掏槽的掏槽孔和第二掏槽孔的相互配合,對(duì)各種不同硬度的巖石,直眼掏槽孔可用不同的方式。

當(dāng)在輝長(zhǎng)巖中鉆孔,漿水較混時(shí):掏槽眼①、②、③全用 Ф42 mm孔,共計(jì) 7個(gè)孔,如圖1 所示?？走吪c孔邊之間的距離在 20～40 mm,個(gè)別眼的不易開(kāi)孔可稍有距離,但與設(shè)計(jì)位置的偏離距離應(yīng)小于 50 mm,這時(shí)槽腔直徑為 160～180 mm。

在中等堅(jiān)硬輝綠巖中鉆孔,漿水較清但尚有混漿時(shí):①和 ②為 Ф42 mm孔,③為 Ф55 mm孔;共計(jì) 7個(gè)孔,這時(shí)槽腔直徑為 190～210 mm。

在極堅(jiān)硬輝綠巖中鉆孔,排渣的漿水是清水和砂礫時(shí),巖石最硬,韌性高,可爆性最差。此時(shí),①和③為 Ф55 mm孔,②為 Ф42 mm孔;共計(jì) 7個(gè)孔,槽腔直徑為 220～240 mm。

在做好直眼掏槽的基礎(chǔ)上,下一個(gè)關(guān)鍵是第二斜拉掏槽孔④,相鄰的 2掏槽孔中心距離是 380～420 mm,按一定角度成孔,形成內(nèi)底邊為 260～320 mm的斜臺(tái)型,其作用是將此槽腔內(nèi)碎屑爆出槽腔外面來(lái),給第一輔助孔⑤創(chuàng)造出好的自由面。

2.1.2 輔助孔

第一輔助孔⑤與第二斜拉掏槽孔④的連心線之距離為 200～250 mm。孔⑤要與中心裝藥孔平行,不能與掌子面斜交。孔⑥、⑦形成第二輔助孔,⑥—⑥、⑦—⑦中心距為 800～900 mm,⑥─⑦中心距950～1050 mm。

孔⑧、⑨形成第三輔助孔,其作用是:孔⑧幫助左右上角炮和腰炮,孔⑨主要是幫助 3個(gè)底炮,同時(shí)也為腰炮減輕負(fù)荷。孔⑧在打孔時(shí)略往外帶一點(diǎn)角度,是孔 [11]的對(duì)外對(duì)上角度的一半。孔⑨在打孔時(shí)略向下向外帶一定角度,是孔 [13]對(duì)下對(duì)外角度的一半,以減輕底炮的負(fù)荷。⑧—⑨中心距為 1000 mm、孔⑧距左右邊的孔心距 350～400 mm、孔⑨距底邊距 300～350 mm、距邊孔中心線 350～450 mm?？注?、⑦基本位置不變,但根據(jù)巖石變化可適當(dāng)調(diào)整;孔⑧、⑨可隨巖石變化和中心槽眼的位置而調(diào)整。總之,在極硬或堅(jiān)硬又有韌性的巖層里,①、②、③、④、⑤孔的距離要保持基本固定,掏好槽,做好自由面;周邊孔要根據(jù)巷道設(shè)計(jì)要求打好高低和角度,以確保斷面成型。

2.2 垂爆斜拉聯(lián)合掏槽技術(shù)

(1)藥量確定。根據(jù)相關(guān)手冊(cè),在保證堵塞質(zhì)量和長(zhǎng)度的情況下,斷面在 4 m2左右的輝綠巖巷道掘進(jìn)炸藥單耗為 4.07 kg/m3。如不堵塞炮泥,炸藥量要上升 10%～15%,炸藥單耗應(yīng)達(dá)到 4.5～4.68 kg/m3。

(2)分段、裝藥。掏槽孔①使用一段雷管 2發(fā),裝藥要求滿裝實(shí)裝,裝乳膠炸藥,裝之前將乳膠炸藥用小刀劃 2～3個(gè)開(kāi)口,藥到孔里后用 Ф25 mm的齊頭木棍或是尼龍棒,將炸藥擠緊壓實(shí),主要是提高裝藥密度、減小不耦合裝藥系數(shù)、提高爆炸力;孔④使用 2段 2發(fā)、3段 2發(fā),對(duì)角線先后起爆,對(duì)角線距離小的用 2段,大的用 3段,炸藥滿裝;孔⑤使用 4段 2發(fā)、5段 2發(fā),對(duì)角線先后起爆,對(duì)角線距離小的用 4段,大的用 5段,炸藥滿裝或少裝一節(jié),視巖石而定;孔⑥、⑦同時(shí)用 6段起爆,可少裝一節(jié)炸藥;孔⑧、⑨同時(shí)用7段起爆,可少裝一節(jié)炸藥;孔 [12]用8段起爆,滿裝炸藥;孔 [11]、 [14]用9段起爆,滿裝或少裝一節(jié)炸藥;孔⑩、 [13]用10段起爆,滿裝炸藥。

(3)堵孔。找比較黏的黏土,做成 10 cm長(zhǎng),Ф35 mm的泥柱,每孔堵 2～3個(gè)泥柱,泥柱放進(jìn)孔內(nèi)后,用木棍或尼龍棍搗實(shí)搗緊;特別是孔①和孔④垂爆斜拉的關(guān)鍵孔一定得扎實(shí)堵好。

3 試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

針對(duì)設(shè)計(jì)方案在該礦 778巷道的灰綠巖中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。首先示范爆破了孔①和孔④垂爆斜拉孔,爆出孔深 2.1 m、外口 38×40 cm2、孔底 28×30 cm2,而且孔內(nèi)的石渣基本都被拉出,形成了很好的空間,為第二輔助孔⑤開(kāi)創(chuàng)了很好的自由面,看出了垂爆斜拉掏槽的優(yōu)越性。在堅(jiān)硬的輝綠巖中,爆破了 8槽,共有 16 m多,每槽進(jìn)尺都在 2 m或 2 m以上,大大縮短了一槽炮的作業(yè)時(shí)間,改善了炮工的勞動(dòng)條件,降低了整體成本,取得了很好的效果。在巖石有變化的情況下進(jìn)行試驗(yàn),遇到相對(duì)較軟巖石時(shí)做適當(dāng)調(diào)整,減少了炸藥量,進(jìn)尺只有 1.7～1.8 m,因此及時(shí)增調(diào)炸藥量,將炮孔的角度也進(jìn)行調(diào)整,并修正掌子面的整槽等效深度,使爆破效果達(dá)到 2 m或 2 m以上。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),將垂爆斜拉掏槽法與原有空孔直眼螺旋掏槽法的爆破效果進(jìn)行了比較(見(jiàn)表1)。

表1 巷道掘進(jìn)結(jié)果比較

綜上所述,垂爆斜拉掏槽法與原方案相比,每炮進(jìn)尺、炮孔利用率以及掘進(jìn)速度都有明顯的提高。據(jù)統(tǒng)計(jì),相同進(jìn)尺時(shí)可降低成本 23.8%,充分體現(xiàn)了垂爆斜拉掏槽法的優(yōu)越性。

4 結(jié) 論

(1)本文提出了垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用,能可靠地創(chuàng)造出 1個(gè)高質(zhì)量自由面,而且操作方便,易于工人掌握,具有很高的掏槽效率。

(2)垂爆斜拉聯(lián)合掏槽法適用于不同硬度下的巷道快速掘進(jìn),適合在高硬度、韌性強(qiáng)的巖層中推廣應(yīng)用。

(3)在相對(duì)較軟的灰綠巖層的掘進(jìn)中,對(duì)于減少裝藥量,需特別慎重,否則容易出現(xiàn)進(jìn)尺降低的現(xiàn)象。炮孔必須用泥柱堵塞牢靠。

[1] 郭永利.對(duì)提高煤礦巷道掘進(jìn)效率的思考 [J].應(yīng)用技術(shù),2006,5(5):55-57.

[2] 李治平.平巷掘進(jìn)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2000,16(2):55-58.

[3] 劉殿中.工程爆破實(shí)用手冊(cè) [M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

[4] 戴 俊.直眼掏槽爆破炮眼合理堵塞長(zhǎng)度的理論分析[J].有色金屬,2001,(3):59-62.

[5] 林大能.平巷掏槽爆破空孔尺寸效應(yīng)及圍巖頻繁震動(dòng)損傷累積特性研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2006.

2011-07-06)