王 歡， 黃華桃， 龔清田， 肖衛(wèi)國(guó)， 肖明紅

(金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司， 北京 101500)

1 前言

聚礦槽是自然崩落法礦山中連接出礦水平與拉底水平的漏斗狀通道，其成型速度、成型質(zhì)量等直接關(guān)系到礦山出礦能否順利開(kāi)展，是一項(xiàng)咽喉工程。我國(guó)采用有底柱崩落采礦方法回采的礦山普遍沿用人工淺孔爆破的方式進(jìn)行聚礦槽施工，該方式施工難度大，效率低，施工安全難以保證[1]。普朗銅礦采用自然崩落法采礦，超前式拉底，在已拉底區(qū)域下采用淺孔爆破方式進(jìn)行聚礦槽施工，施工安全難以保證，且成型速度較慢，而聚礦槽成型速度又制約著拉底推進(jìn)速度，影響著整個(gè)礦山能否按時(shí)達(dá)產(chǎn)[2-7]。因此，普朗銅礦在引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備、技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)技術(shù)革新，成功采用φ762 mm鉆孔配合中深孔微差爆破實(shí)現(xiàn)聚礦槽切割槽中深孔爆破一次成槽，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

2 工程概況

普朗銅礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 250萬(wàn)t/a，采用自然崩落法開(kāi)采。首采區(qū)域主要開(kāi)采KT1礦體，含礦巖石主要為石英二長(zhǎng)斑巖，礦體長(zhǎng)1 200m，垂深17.0～750m。礦山工程地質(zhì)復(fù)雜程度為中等類(lèi)型，礦區(qū)內(nèi)巖石硬度以堅(jiān)硬為主，局部破碎帶較發(fā)育，巖體基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型以塊狀結(jié)構(gòu)為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體基本質(zhì)量為Ⅲ類(lèi)，礦巖可崩性中等。礦巖平均密度為2.68t/m3，松散系數(shù)1.69，平均硬度系數(shù)f=9，平均自然安息角36.5°。

礦山設(shè)計(jì)采用超前式拉底，雙拉底道，窄式傾斜拉底，拉底高度10～15m。聚礦槽呈上寬下窄的漏斗狀，上寬14 027mm，下寬4 200mm，高16m，采用中深孔爆破，滯后于拉底推進(jìn)線(xiàn)20～30m。

礦山自2016年開(kāi)始進(jìn)行拉底及聚礦槽爆破，至2017年10月，已拉底約30 000m2，形成聚礦槽40個(gè)。

3 聚礦槽切割槽一次成槽原理

聚礦槽按其形成順序可分為切割及擴(kuò)槽兩個(gè)步驟，切割即以大孔及聚礦槽巷道為自由空間通過(guò)中深孔爆破形成切割槽，它為后續(xù)擴(kuò)槽提供補(bǔ)償空間；擴(kuò)槽即在已經(jīng)形成的切割槽基礎(chǔ)上通過(guò)擠壓爆破形成聚礦槽漏斗。本文只討論聚礦槽切割槽部分，切割槽設(shè)計(jì)上寬17 594mm，在拉底水平處寬度14 027mm，下寬為聚礦槽巷道寬度4 200mm，高度17 000mm，寬度2 000mm，具體情況如圖1所示。

一次成槽是利用上向扇形中深孔，以φ762mm大孔及聚礦槽巷道為爆破自由空間，孔間微差爆破，逐級(jí)爆破形成切割槽漏斗。切割槽一次成槽是在成功實(shí)現(xiàn)中深孔一次成井的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其原理基于中深孔一次爆破成井技術(shù)，本文以φ762mm一次成井原理為基礎(chǔ)進(jìn)行論述。

圖1 聚礦槽切割槽示意圖

中深孔一次成井關(guān)鍵在于解決補(bǔ)償空間及爆破微差時(shí)間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備、技術(shù)水平等，進(jìn)行中深孔一次成井布孔設(shè)計(jì)，具體情況如圖2所示。中深孔及大孔均為垂直上向孔，深度均為17m。

圖2 一次成井布孔設(shè)計(jì)

圖3 爆破高度16.8m一次成井效果圖

中心φ762mm大孔采用山特維克DU411大孔臺(tái)車(chē)施工，補(bǔ)償空間面積0.456m2，1～8#中深孔采用Simba 1354采礦臺(tái)車(chē)施工，孔徑76mm，8個(gè)孔共計(jì)形成補(bǔ)償空間面積0.036m2，爆破巖石面積3.508m2，補(bǔ)償空間系數(shù)約13%，顯然不能滿(mǎn)足爆破成井要求。

因此，需要采用孔間微差爆破，有效利用聚礦槽巷道空間，解決補(bǔ)償空間不足的問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采用數(shù)碼電子雷管不斷試驗(yàn)，通過(guò)電子雷管延期時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定，試驗(yàn)表明在1～4#孔爆破完成后，5～8#孔必須間隔1 090ms以上才能取得較好的爆破效果，圖3所示為一次成井效果圖。

根據(jù)標(biāo)定的延期時(shí)間，按照式(1)對(duì)爆破影響系數(shù)K(包括炸藥爆轟加速度影響，爆破巖石相互作用影響等)進(jìn)行反算。

(1)

式中：H——一次爆破高度，取17m；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

t1——延期時(shí)間，t1=1.09s。

通過(guò)式(1)計(jì)算得出K=0.585。

根據(jù)計(jì)算得出K值，可以確定不同高度切割井一次成井爆破所需要延期時(shí)間t為

(2)

根據(jù)式(2)，現(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)爆破高度12～17m內(nèi)的切割井進(jìn)行一次成井試驗(yàn)，均取得較好的成果，圖3所示為爆破高度16.8m一次成井試驗(yàn)效果圖。

4 切割槽一次成槽布孔設(shè)計(jì)

布孔以中心φ762mm大孔及聚礦道作為切割槽爆破的初始自由空間，分為擴(kuò)井孔J1～J8號(hào)孔，擴(kuò)槽孔KC1～KC3排，每排各6孔，布孔設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 切割槽一次成槽布孔設(shè)計(jì)示意圖

1)大孔及中深孔鑿巖參數(shù)設(shè)計(jì)

大孔：切割槽中心大孔采用山特維克公司生產(chǎn)的DU411大孔臺(tái)車(chē)施工，孔徑762mm，為垂直上向孔，孔深17 025mm，為初始補(bǔ)償空間。施工時(shí)首先采用φ165mm鉆頭施工導(dǎo)向孔，再換φ254mm鉆頭施工擴(kuò)孔，最后使用V30鉆頭施工φ762mm大孔，施工過(guò)程中必須保證大孔垂直度。

中深孔：采用Simba 1354采礦臺(tái)車(chē)施工，炮孔直徑76mm，采用雙機(jī)芯施工，機(jī)芯高度1 900mm，孔深17 457～18 935mm，邊孔角75°。借鑒國(guó)內(nèi)外同類(lèi)礦山經(jīng)驗(yàn)值，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定最小抵抗線(xiàn)W=2 500mm，孔底距2 000～2 500mm，孔口距約為孔底距一半，取1 000～1 200mm。

布孔中需注意J1～J4號(hào)孔距大孔邊距離不能大于400mm，若間距過(guò)大爆破后會(huì)發(fā)生“放腔”現(xiàn)象。

2)中深孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

裝藥參數(shù): 裝藥采用BQF- 100Ⅱ型裝藥器，沿孔長(zhǎng)連續(xù)耦合裝藥。炸藥采用ANN- 2黏性粒狀炸藥，爆速≥2 800m/s，雷管采用數(shù)碼電子雷管，延期時(shí)間15s以?xún)?nèi)。

起爆方式和起爆順序：采用數(shù)碼電子雷管一次起爆，孔口及孔底雙向起爆，孔間及排間微差爆破。起爆時(shí)先起爆擴(kuò)井孔，然后由近及遠(yuǎn)起爆擴(kuò)槽孔，逐級(jí)形成漏斗狀切割槽。

延期時(shí)間：排間微差時(shí)間t2由式(3)確定。

t2=WKp(24-f)

(3)

式中：t2——微差時(shí)間，ms；

W——最小抵抗線(xiàn)；

f——礦巖普氏系數(shù)；

Kp——巖石裂隙系數(shù)，裂隙較少時(shí)取0.4～0.5，裂隙中等時(shí)取0.7～0.8，裂隙較發(fā)育時(shí)取0.85～0.9。

根據(jù)式(3)計(jì)算得出，微差時(shí)間為25～35ms，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況取35ms。

研究表明，爆破時(shí)巖石帶有一定的能量，以50～100m/s撞擊前排爆破體[8]。因此，大孔一側(cè)炮孔擠壓爆破時(shí)需選擇在另一側(cè)已爆破礦巖動(dòng)能最小時(shí)進(jìn)行，因此延期時(shí)間需180～360ms，為保證爆破質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)取360ms。

綜上，確定各孔延期時(shí)間，見(jiàn)表1。

表1 聚礦槽一次成槽爆破數(shù)碼雷管延期時(shí)間表

5 效果分析及改進(jìn)建議

按照上述設(shè)計(jì)，在普朗銅礦首采區(qū)域N2～S4穿脈中共進(jìn)行23次聚礦槽切割槽一次爆破成槽，均取得了較好的效果。聚礦槽一次成槽效果如圖5所示。

圖5 聚礦槽切割槽一次成槽效果圖

通過(guò)采用聚礦槽切割槽一次成槽技術(shù)，施工人員一次即可完成擴(kuò)井孔、擴(kuò)槽孔裝藥，在巷道內(nèi)作業(yè)，施工效率高且安全可靠，避免了分次爆破時(shí)在已爆破切割井下的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，且減少了出礦量，使礦山獲得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。在應(yīng)用中的幾個(gè)建議：

(1)必須保證成孔質(zhì)量，孔深誤差不大于±0.2m，角度誤差小于±1°。

(2)必須保證裝藥質(zhì)量，裝藥時(shí)風(fēng)壓應(yīng)在0.45～0.5MPa之間，保證裝藥的連續(xù)性及密實(shí)性。

(3)由于聚礦道中心位置較高，爆破后容易破壞后排炮孔眉線(xiàn)，因此，下一步建議將切割槽及兩側(cè)擴(kuò)槽排同時(shí)爆破。

(4)由于國(guó)產(chǎn)數(shù)碼電子雷管局限性，因此，在每次裝藥前需要對(duì)每發(fā)雷管進(jìn)行檢測(cè)，確保雷管質(zhì)量滿(mǎn)足爆破要求。

(5)在延期時(shí)間滿(mǎn)足要求的前提下，盡量采用逐孔起爆，以降低對(duì)底部結(jié)構(gòu)的爆破震動(dòng)，減少底部結(jié)構(gòu)破壞。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐對(duì)中深孔爆破一次成井的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析總結(jié)，提出了延期時(shí)間計(jì)算公式，并成功實(shí)現(xiàn)通過(guò)φ762mm大孔一次爆破成井、一次爆破成槽。

(2)采用先爆破形成切割井再形成切割槽的方式時(shí)，由于切割天井與拉底水平連通，需要進(jìn)行大量出礦，且施工人員需要站在已爆破形成的切割井下作業(yè)，作業(yè)環(huán)境非常差，施工安全不能保障。

(3)聚礦槽切割槽一次爆破成槽，與傳統(tǒng)成槽方式相比機(jī)械化程度高，減少了輔助工作時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。

(4)采用聚礦槽切割槽一次爆破成槽，加快了聚礦槽的施工進(jìn)度，縮短了出礦口的準(zhǔn)備時(shí)間，為礦石按期達(dá)產(chǎn)提供了保障。

(5)普朗銅礦采用自然崩落法采礦，礦石可崩性較好，使用該技術(shù)相對(duì)較為成功。但在巖石爆破性能較差的礦山，采用該技術(shù)時(shí)，需要進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)，否則爆破效果不易保證。