冉小小

（貴州化工建設(shè)有限責(zé)任公司 貴陽 550000）

引言

一次性是礦山工程的重要特點之一，即不可能存在完全相同的兩個礦山工程項目，爆破施工方法也是如此。結(jié)合大塘礦二標(biāo)段實際情況，該方法適用于金屬非金屬地下礦山中普氏系數(shù)f在6～10之間的急傾斜礦體，且為有效控制廢石率，礦體厚度大于3m為宜。當(dāng)然，也可通過局部改善用于其他類型的非煤礦山項目。

1 模型與工藝原理

切割天井是在密實完整礦塊中形成的具有一定深度的較為規(guī)整的回采貫穿孔洞。切割天井的形成為礦房正式回采提供了自由面，同時，其還兼做該礦方臨時回風(fēng)天井的作用。采取孔內(nèi)微差分段爆破可有效解決切割天井一次成型問題，具體的原理有：

（1）產(chǎn)生輔助自由面；由于毫秒系列雷管各段有毫秒級時差，炸藥在切割天井最底端首先爆炸，形成了一定寬的裂隙和附加自由面，為隨后起爆炸藥提供了有利爆破條件。合理優(yōu)化和控制爆破參數(shù)，改變爆炸藥的最小抵抗線方向使其與切割天井方向平行（方向為下），將爆破的最大作用力（威力）控制在切割天井范圍內(nèi)，由下往上一次逐段爆破，直至整個天井貫通。

（2）爆炸應(yīng)力波和剩余應(yīng)力的相互作用；由于相鄰兩段藥柱爆破時間間隔極短，首先起爆的藥柱在礦體中產(chǎn)生的應(yīng)力波尚未消失，隨后的高段位藥柱就爆炸，這樣被爆礦體就會受到多向應(yīng)力的作用，這樣既改善破碎效果，又有效降低炸藥消耗量。

（3）震動波削弱；采用毫秒爆破時，如果時差選擇合理，爆破產(chǎn)生的震動波經(jīng)相互干擾而削弱，從而降低了對工作面周圍頂板的震動，有利于頂板的穩(wěn)定和維護工作。同時，較弱的爆破震動對保證切割天井周圍礦體和圍巖完整性損害較小，為后期回采提供較為安全的工作環(huán)境。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 采礦順序

由采礦工藝流程簡圖可以發(fā)現(xiàn)，在礦房邊緣形成一個垂直于礦體走向的寬2m、長為礦體厚度的切割槽，為礦房回采提供自由面，切割天井、切割槽在礦房內(nèi)個分層由下至上依次進行，直到礦房回采完畢。如圖1所示。

2.2 炮孔布置

圖1 礦房形成及回采順序示意圖（俯視圖）

按設(shè)計要求，切割天井橫斷面為2m×2m的正方形狀。炮孔采用阿特拉斯Simba1254中深孔臺車進行作業(yè)，具體孔徑根據(jù)需要選用相應(yīng)鉆頭，鉆頭與炮孔孔徑關(guān)系。

通常以89mm鉆頭開鑿空孔，以76mm鉆頭開鑿輔助眼和周邊眼；孔深為5～15m不等，炮孔數(shù)為17～21個，具體炮孔布置如圖2所示。

圖2 炮孔布置圖

2.3 炸材選型

礦山爆破屬高風(fēng)險工程，對于地下礦山而言更是如此。因此炸材的選擇尤為重要，其不僅要求經(jīng)濟上適用，更要從性能安全方面進行權(quán)衡。結(jié)合當(dāng)前工業(yè)炸藥實際情況，我礦山目前主要選用炸材為巖石乳化炸藥和非電雷管。

2.3.1 炸藥

乳化炸藥，其主要特點有：

（1）密度可調(diào)范圍較寬。

（2）爆速和猛度較高。

（3）抗水性能強，環(huán)境污染小。

（4）加工工藝簡單、生產(chǎn)成本較低，爆破效果好。

2.3.2 非電導(dǎo)爆管雷管

導(dǎo)爆管雷管是指利用導(dǎo)爆管傳遞的沖擊波能直接起爆的雷管，由導(dǎo)爆管和雷管組裝而成。導(dǎo)爆管是內(nèi)壁附有極薄層炸藥和金屬粉末的空心塑料軟管。導(dǎo)爆管受一定強度的激發(fā)沖能作用后，管內(nèi)出現(xiàn)一個向前傳播的爆轟波。爆轟波使得前沿炸藥粉末受到高溫高壓作用發(fā)生爆炸，爆炸能量的一部分用于剩余多項炸藥的反應(yīng)，一部分用于維持爆轟波的溫度和壓力，使其穩(wěn)定地向前傳播，直至引爆雷管。

3 爆破設(shè)計理論

地下礦山切割天井中深孔爆破參數(shù)設(shè)計主要還是以露天臺階中深孔爆破設(shè)計為基本出發(fā)點。但是因為跑空的布置和井下環(huán)境的不同，需做一定的調(diào)整和修正。

3.1 爆破參數(shù)的確定

爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的具體條件和類似條件施工地區(qū)的經(jīng)驗選取，并通過實踐檢驗加以調(diào)整，以取得最佳參數(shù)值。

3.1.1 中深孔直徑

深孔直徑的大小對鑿巖勞動生產(chǎn)力和爆破效果影響很大。影響孔徑的主要因素是使用的鑿巖設(shè)備和工具、炸藥性能以及巖石特性等。

3.1.2 孔深

孔深對鑿巖速度、采準(zhǔn)工作量影響很大，隨著孔深的增加，鑿巖速度下降，深孔偏斜率增大，炮孔質(zhì)量下降，直接影響相應(yīng)的爆破效果。切割天井孔深主要由采礦工藝決定，一般為15m左右。

3.1.3 密集系數(shù)

密集系數(shù)是孔間距與最小抵抗線的比值，目前，密集系數(shù)的選取主要根據(jù)經(jīng)驗確定，一般來說，平行孔的密集系數(shù)為0.8～1.1之間，礦石越堅固，要求的塊度越小，應(yīng)取小值；否則，應(yīng)取較大值。

3.1.4 最小抵抗線

根據(jù)切割天井炮孔布置形式，后一種方式更應(yīng)用于炮孔的間排距選取，即以兩炮孔徑向距離為排距，軸向距離為間距，以此選取的主要原因是根據(jù)所有炮孔的臨空自由面為參考依據(jù)。也就是說，針對環(huán)形炮孔布置炮孔來說，一定程度上圓心處的空孔可視作自由面。

3.1.5 孔間距

孔間距根據(jù)最小抵抗線和密集系數(shù)計算。

3.1.6 炸藥消耗量

切割天井的爆破與掏槽眼的布置關(guān)系極大，主要分為斜眼掏槽和平行直眼掏槽兩種方式，其中斜眼掏槽對炮孔質(zhì)量（孔深和角度）要求較高，因此更多用于潛孔爆破工程中；對于中深孔爆破，我礦結(jié)合采礦工藝和安全等方面考慮，目前主要采用平行直眼掏槽的方式。

3.2 爆破網(wǎng)路

中深孔切割天井一次成型技術(shù)主要依賴于控制孔內(nèi)各段藥柱的先后爆破順序，即用前一段藥柱爆破所形成空間作為下一段藥柱爆破的爆破自由面。而本礦所采用的起爆方法為非電毫秒導(dǎo)爆管雷管作為起爆和導(dǎo)爆元件，其顯著特點就是既可以實現(xiàn)孔內(nèi)延時爆破，也可以實現(xiàn)空外延時爆破，這一特點為中深孔切割天井一次成型提供了先決條件。

圖3所示，將切割天井炮孔歸為3類，中心處為空孔，靠近中心空孔處的炮孔和切割天井邊緣孔分別標(biāo)注為1、2類。起爆順序為A-B-C-DE-F，詳細網(wǎng)路圖見圖3。

值得注意的是，針對我礦中深孔切割天井爆破，主要爆破順序為由下至上進行，裝藥一律采用正向起爆裝藥，即起爆雷管放在炮眼眼口端，針對分段裝藥，則應(yīng)放在分段藥包的上端，讓爆轟向下傳播；同時保證所有非電導(dǎo)爆管雷管聚能穴（非電管頭部）方向朝下。

圖3 爆破網(wǎng)絡(luò)圖

此設(shè)計的主要思想主要有：

空孔內(nèi)不裝藥，用以作為切割天井爆破的自由面，若條件允許，可適當(dāng)增加2～3個類似空孔，爆破效果會更好。

針對11m左右的中深孔，合理的為后續(xù)藥柱的爆破創(chuàng)造自由面十分重要。因此爆破的先后順序主要遵循縱向為由下至上，橫向為由內(nèi)向外依次進行爆破。

（1）對于同一炮孔內(nèi)各段藥柱的細沙填塞長度，主要遵循孔口填塞長度大于孔底和間隔填塞長度，填塞長度過大和過小都會對切割天井的形成造成影響，一般炮孔的填塞長度在相關(guān)的書籍中均有介紹，此處不再贅述。

（2）地下礦山中深孔切割的爆破震動較大是生產(chǎn)過程中較為突出的問題之一，為有效的降低爆破震動，在選擇非電管段位和設(shè)計爆破網(wǎng)路時要特別注意，即盡可能的不讓各炮孔中各段藥柱得起保時間重疊在一起，用以避免爆破最大單耗量帶來的震動影響。

4 結(jié)論

對于沿走向高分段中深孔階段空場嗣后充填采礦法，其核心就是礦房內(nèi)切割天井的爆破貫通工作。因此，切割天井的形成速度和質(zhì)量直接關(guān)系整個礦房的回采進度、質(zhì)量和成本。中深孔（5～15m）切割天井微差爆破一次成型就有了它獨有的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)有以下幾個方面：

（1）一次成型，能最大限度的減少因多次爆破引起的震動和沖擊。

（2）微差爆破，能很好地減弱單次大藥量爆破造成的大震動和強沖擊。

（3）較分次爆破，一次成型爆破在炸材消耗上約縮減20～30%左右，可有效控制成本。

（4）有利于過程控制中的進度、費用以及質(zhì)量控制。

（5）相比多次爆破，一次成型爆破對于人為操作失誤造成的安全事故概率要低，安全控制較為有利。

（6）環(huán)保方面，整個系統(tǒng)生產(chǎn)用水循環(huán)利用率100%，確保不外排。

（7）職業(yè)健康方面，施工現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境清潔，作業(yè)人員全程采用設(shè)配專用操作平臺鑿巖，低強度、高效率。采用濕式作業(yè)，且各工作面設(shè)有局部通風(fēng)機，滿足工作面風(fēng)質(zhì)、風(fēng)量要求。操作人員嚴(yán)格佩戴好勞動防護用品，如專用防噪聲耳塞、礦用3M防塵口罩等。

（8）現(xiàn)場環(huán)境方面，井下設(shè)有專用定置硐室，原材料及備品備件集中整齊堆放。全礦井采用6S標(biāo)準(zhǔn)進行現(xiàn)場清潔文明生產(chǎn)。