趙 勇，陳 英，張 壽，張電吉，王智峰

1. 貴州開磷集團礦業(yè)總公司，貴州 開陽550302；2.武漢工程大學(xué)資源與土木工程學(xué)院， 湖北 武漢430074

0 引 言

切割上山是礦房回采前的一道準(zhǔn)備工序，通過在礦房端部以回采邊界為限，開鑿出礦房回采爆破前的自由面和礦石破碎補償空間.切割上山形成的工藝和效率將會影響到整個礦房的回采效果和進(jìn)度，而爆破方法還是目前開挖的主要手段.切割上山的掏槽爆破開挖由于巖石的夾制作用大，單自由面，爆破效果難以保證[1]，成為制約礦井生產(chǎn)集中化、采掘機械化和礦井大型化進(jìn)程的主要因素[2].

國內(nèi)外許多科研單位及礦山企業(yè)的專家學(xué)者對井下的巷道掘進(jìn)爆破進(jìn)行了系統(tǒng)的研究.在力學(xué)理論方面，林大能和陳壽如[3]對平行空孔直線掏槽中的空孔進(jìn)行理論分析，建立空孔的物理力學(xué)模型，探討其槽腔利用率與巖石力學(xué)性質(zhì)、孔網(wǎng)參數(shù)和炸藥裝藥參數(shù)的相關(guān)性；鄭祥濱等[4]通過采用數(shù)值計算方法，利用ANSYS有限元軟件，對螺旋形掏槽中的單螺旋空孔的力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值計算，結(jié)果顯示空孔對爆炸應(yīng)力波的傳播特性和整個槽腔的形成過程作用顯著，應(yīng)力在空孔附近出現(xiàn)集中效應(yīng)，隨著空孔的直徑增加，應(yīng)力集中效應(yīng)增強，并增強反射拉伸波的破巖效果.在實踐方面，袁文華和馬芹永[5]探索采用中深孔爆破技術(shù)和楔形掏槽方式，取代淺孔多循環(huán)爆破方式，通過現(xiàn)場實踐，中深孔爆破提高了爆破效果和炮眼利用率.

開磷集團馬路坪礦中磷礦賦存條件較差，頂板極不穩(wěn)定，而且厚度太大，為進(jìn)一步提高工作效率，降低開采過程中的安全隱患，提高一次性拉槽爆破的長度成為亟需解決的問題.如何實現(xiàn)提高切割上山的效率，目前的研究成果不多，本文根據(jù)馬路坪礦現(xiàn)場具體情況，經(jīng)過理論分析與設(shè)計，采用復(fù)式楔形中深孔爆破技術(shù)對馬路坪礦的切割上山工藝進(jìn)行改進(jìn).

1 馬路坪礦中磷地質(zhì)概況

貴州開磷集團馬路坪磷礦地下采礦采用分段空場崩落法回采礦石，采礦方法為端部退采分段空場法.馬路坪礦礦體呈穩(wěn)定層狀產(chǎn)出，礦層傾角20°～45°，礦體厚3～6 m.整體穩(wěn)定，礦石本身無粘結(jié)性，節(jié)理以及小滑動面較為發(fā)育.中磷礦層之上不含假頂，直接頂為灰質(zhì)白云巖，厚度介于0.3～5.5 m之間.其接觸面與礦層非常光滑，在礦層回采一定距離后，處于懸空的這層頂板極易發(fā)生較大面積的垮落[6].

2 復(fù)式楔形掏槽技術(shù)

楔形斜眼掏槽具有炸藥單耗低、炮眼布置少、易于槽腔內(nèi)碎石的拋出等優(yōu)勢，有利于提高掏槽速度和工效，正在被越來越多的礦山使用.

與單楔形掏槽相比，復(fù)式楔形掏槽就是多了兩排更深、會產(chǎn)生更好爆破效果的二級掏槽眼.復(fù)式楔形掏槽的炮孔布置方式如圖1所示，為雙排楔形炮孔.

圖1 炮孔布置

復(fù)式楔形掏槽爆破中，當(dāng)一級掏槽孔起爆后，由于炮孔間距較小，深度較淺，自由面單一，巖石夾制作用較大，所成槽腔體積有限，底部呈現(xiàn)駝峰形，如圖2所示.當(dāng)二級掏槽孔起爆時，借助一級掏槽孔形成的槽腔，二級楔形掏槽孔破巖時的夾制作用明顯降低，掏槽孔范圍內(nèi)的巖石可以得到更為充分的破碎，如圖3所示.

圖2 爆破過程1

圖3 爆破過程2

在中心炮孔的底部加入少量裝藥，炸藥爆破后更利于槽腔中心巖體的破碎，以免在槽腔底部形成“鼓肚”，同時中心孔的裝藥也可以改善破碎巖石的拋擲效果，有利于形成更大的槽腔.

相比于單楔形掏槽，復(fù)式楔形掏槽提高了炮眼利用率和單位體積炮眼長度.其次，當(dāng)炮孔深度比較大時，對于單楔形掏槽的打孔精度很難保證孔底距和炮眼落在同一平面上，改采用復(fù)楔形掏槽可以解決以上問題[7].這樣，在加大掏槽長度的同時，減少了懸頂及炮孔偏斜的問題.

3 馬路坪礦工程應(yīng)用

為了加大掏槽深度，采用二級復(fù)式楔形掏槽爆破來實現(xiàn)深孔爆破作業(yè).每對掏槽眼呈完全對稱形或近似對稱形；內(nèi)層楔孔深度較小、裝藥也較少，并先行起爆.各對掏槽孔由淺變深，與工作面的夾角由小變大，使每個掏槽眼孔底所作垂線恰好落在開挖斷面內(nèi).

3.1 炮孔布置

采用二級復(fù)式楔形掏槽，并加入若干底部裝藥的中心空孔，中心孔采用間隔裝藥.一級掏槽孔距中心位置為150 cm，二級掏槽孔距離一級掏槽孔為100 cm，輔助孔距離二級掏槽孔為50 cm，周邊孔距離輔助孔為100 cm.所有的孔呈扇形分布在巖壁上，其中一級掏槽孔與水平夾角84°，二級掏槽孔與水平夾角86°.使用阿特拉斯·科普柯公司生產(chǎn)的單臂全電腦中深孔鑿巖臺車進(jìn)行鉆孔，孔徑為60 cm.布孔網(wǎng)絡(luò)方案如圖4所示.

圖4 復(fù)式楔形掏槽炮孔布置示意

3.2 裝藥及起爆網(wǎng)路

采用礦用炸藥為顆粒狀銨油炸藥，采用風(fēng)壓裝藥臺車進(jìn)行耦合裝藥.

由于是上向炮孔，受技術(shù)條件限制，上部的掏槽孔、輔助孔以及周邊孔傾角太大，采取滿裝藥，并用編織袋在孔口進(jìn)行堵塞.下部的孔傾角較平緩的炮孔不滿裝藥，在距離空口約1.5 m處進(jìn)行編織袋堵塞或者不堵塞.

采用非電塑料導(dǎo)爆管毫秒延期起爆網(wǎng)路，采用乳化炸藥小藥卷制作起爆藥包；一級掏槽孔起爆藥包置于孔內(nèi)中上部，二級掏槽掏槽孔起爆使用雙藥包起爆，分別位于中上部和中下部.如圖5所示.一級掏槽孔雷管為MS1，二級掏槽孔雷管為MS3，輔助孔雷管為MS5，周邊孔雷管為MS7，孔外一次簇并聯(lián)起爆.

圖5 復(fù)式楔形掏槽炮孔裝藥示意圖

3.3 現(xiàn)場試驗

在作業(yè)過程中根據(jù)鑿爆參數(shù)設(shè)計圖進(jìn)行跟班施工，并作好爆破參數(shù)和爆破效果記錄，對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，在試驗過程中根據(jù)爆破效果不斷調(diào)整參數(shù).

試驗工作面選中磷640分層3#底柱N4(S頭面).礦房規(guī)格為：毛寬4.7 m，毛高5.2 m，礦體走向110.8°,傾向20.8°，巖石巖性較軟.爆破參數(shù)如表1所示.

表1 試驗爆破參數(shù)

3.4 試驗總結(jié)

爆破后進(jìn)入現(xiàn)場測量，爆破塊度適中，比較均勻，爆堆前沖作用明顯.

a.復(fù)式楔形掏槽，掏槽體積更大，槽腔碎石運動初始能大，同時爆破塊度適中，分布較均勻；

b.與單楔形掏槽相比，復(fù)式楔形掏槽更能克服巖石的夾持作用，能夠為下一步的爆破提供更多的自由面，提高了爆破效率；

c.復(fù)式楔形掏槽的施工技術(shù)要求高，難度大，對鑿巖臺車操作人員的技術(shù)水平要求較高；

d.在馬路坪礦，現(xiàn)有的礦房布置一般是高約5 m，寬約4.5 m，是為現(xiàn)有的切割上山工藝布置的礦房.在使用復(fù)式楔形掏槽技術(shù)，爆破之后產(chǎn)生的大量碎石比現(xiàn)有的爆破技術(shù)要多，在短時間內(nèi)迅速充滿礦房，這樣就阻礙了后續(xù)的爆破進(jìn)程.因此，在后續(xù)的現(xiàn)場試驗進(jìn)程中，要擴大補償空間，提高爆破效果.

4 結(jié) 語

通過試驗說明，在礦山切割上山工藝中使用復(fù)式楔形掏槽技術(shù)是可行的，可以提高掏槽爆破中槽腔形成效果，進(jìn)而提高切割上山的開鑿進(jìn)度和整個礦房的回采效率，同時改善了切割上山工作面的安全工作條件，為切割上山工藝改進(jìn)提供了新的思路.

致 謝

本研究得到了武漢工程大學(xué)爆破工程課題組和開磷集團馬路坪礦的支持與幫助，在此表示衷心感謝！

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