馬志慧

(河北礬山磷礦有限公司， 河北涿鹿 075600)

1 前言

切割井的掘進(jìn)是礦山生產(chǎn)采切工程中至關(guān)重要的施工環(huán)節(jié)，切割井安全、及時(shí)施工直接決定著采礦工作的開(kāi)始和完成進(jìn)程，因此切割井的鉆鑿、爆破和施工方法一直是礦山行業(yè)研究人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。常規(guī)的施工方法雖然已經(jīng)使用多年，但是存在施工環(huán)境危險(xiǎn)，施工效率低、成本高等多種問(wèn)題，近些年一次爆破成井技術(shù)逐漸在井工礦山、露天礦山和隧道工程等施工中被廣泛使用[1-3]。豐山銅礦天井掘進(jìn)中采用中深孔爆破一次成井技術(shù)，采用七個(gè)空孔掏槽方式提供自由面，此爆破方法大大降低了人工成本，改善了作業(yè)環(huán)境。李啟月[4]對(duì)多孔球狀藥包爆破一次成井和直孔掏槽爆破一次成井兩種技術(shù)模式進(jìn)行了對(duì)比研究。李廷春[5-7]以應(yīng)力波反射機(jī)理為基礎(chǔ)，探討了超深孔一次爆破成井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。冬瓜山銅礦[8]在溜井掘進(jìn)過(guò)程中采用一次爆破成井技術(shù)，提出了爆破孔采用小直徑炮孔、空孔采用大直徑孔以及掏槽孔位置選擇應(yīng)避開(kāi)不利地段等結(jié)論。寇崗[9],于長(zhǎng)軍[10]等以工程施工成本和施工效率角度論述了爆破一次成井技術(shù)在煤礦和金礦掘進(jìn)施工中的優(yōu)勢(shì)。鑒于爆破一次成井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在礬山磷礦切割井施工中引入該技術(shù)，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)爆破后效果進(jìn)行分析。

2 工程概況

礬山磷礦于1994年正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)采選生產(chǎn)規(guī)模為120萬(wàn)t/a。目前井下東區(qū)生產(chǎn)中所用的無(wú)底柱分段崩落法，適合礦床的賦存特點(diǎn)和開(kāi)采強(qiáng)度要求；西區(qū)在承壓水體被有效疏干以前采用充填法進(jìn)行回采。礦塊沿走向布置，礦塊長(zhǎng)度60m，高度為分段高度12m，礦塊寬為礦體厚，每個(gè)礦塊施工一條切割井。切割井規(guī)格為2.0m×2.0m，深度16m。礦巖體具有明顯似層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不同類別巖石力學(xué)性質(zhì)存在較大差異，分別為巷道頂板巖石強(qiáng)度高、礦層巖石強(qiáng)度低、夾石強(qiáng)度高、直接底板強(qiáng)度低、間接底板強(qiáng)度高。礦體及其頂?shù)装遘浻矌r層交替出現(xiàn)使礦巖力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，在切井施工中，出現(xiàn)片幫使切井無(wú)法繼續(xù)施工。為了解決溜井和切井施工過(guò)程中的安全問(wèn)題，引進(jìn)一次成井爆破技術(shù)，取得了滿意的效果。

3 一次成井爆破技術(shù)

3.1 施工設(shè)備及爆破參數(shù)

437m、449m、461m分段施工了6條切割井，確定采用YGZ- 90型鉆機(jī)施工鉆孔。根據(jù)不同用途鉆鑿不同直徑的炮孔，炮孔類別有空孔、掏槽孔、輔助孔和周邊孔?？湛讛?shù)量為3個(gè)，位于工作面中心位置，孔徑為90mm，不裝炸藥；掏槽孔數(shù)量為4個(gè)，孔徑為70mm；輔助孔數(shù)量為4個(gè)，孔徑為70mm；周邊孔數(shù)量為8個(gè)，孔徑70mm。設(shè)置空孔為了探測(cè)孔深并為掏槽孔爆破提供自由面和補(bǔ)償空間，空孔鉆鑿深度為6.8m，設(shè)計(jì)與上水平打透。其他三類炮孔施工深度為6.3m，留0.5m厚的巖層。

設(shè)計(jì)一次鑿巖一次爆破，起爆順序：掏槽孔1段、2段；輔助孔3段、4段；周邊孔5～12段。使用半秒延期導(dǎo)爆管雷管，簇聯(lián)爆破網(wǎng)路。共裝藥爆破16個(gè)孔，炮孔之間的距離和相互位置關(guān)系如圖1所示，圖中數(shù)字標(biāo)識(shí)代表起爆雷管段數(shù)，1～4段的起爆雷管均為2個(gè)，雷管段數(shù)是5～12段。

圖1 一次成井炮孔布置圖

裝藥結(jié)構(gòu)：連續(xù)裝藥，單孔裝藥長(zhǎng)14m(采用粒狀藥)，炮孔填塞長(zhǎng)2m。反向孔底起爆，簇聯(lián)爆破網(wǎng)路。起爆網(wǎng)絡(luò)采用延期雷管傳爆，炸藥選用2號(hào)巖石硝銨炸藥。

3.2 單孔裝藥量

單孔裝藥量為14.7kg/孔，炸藥選用直徑為32mm，2號(hào)巖石硝銨藥卷和粒狀硝銨炸藥。線裝藥密度約為1.05kg/m，其裝藥長(zhǎng)度為14m，炮孔深度為16m，填塞部分長(zhǎng)度為2m。堵塞的材料用黏土做炮泥，并用木棍分層搗實(shí)。堵塞的長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)定，保證爆破效果。

3.3 爆破網(wǎng)絡(luò)

采用導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，采用毫秒和半秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管簇聯(lián)起爆，具體過(guò)程：導(dǎo)爆管遠(yuǎn)程電子引爆機(jī)(擊發(fā))→導(dǎo)爆管(傳爆)→非電毫秒和半秒延期雷管(引爆起爆彈)→引爆起爆彈藥柱。

4 爆破安全控制

井工礦山生產(chǎn)爆破對(duì)井下建(構(gòu))筑物及附屬設(shè)施有較大的危害，同樣會(huì)對(duì)人員身體健康及生命安全造成危害，因此井下爆破必須嚴(yán)格規(guī)范要求，對(duì)爆破安全范圍進(jìn)行圈定，為井下設(shè)備、人員的安全提供有效防護(hù)。根據(jù)爆破安全要求對(duì)單斷面同時(shí)起爆的炸藥量以及安全范圍進(jìn)行計(jì)算，爆破產(chǎn)生振動(dòng)對(duì)周圍的影響采用質(zhì)點(diǎn)垂直振動(dòng)速度來(lái)衡量。根據(jù)國(guó)家《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定，最大起爆藥量Q為

式中：R——爆源距，m；

V——安全振速，V=15cm/s；

k——與地質(zhì)條件相關(guān)參數(shù)，取k=150；

a——衰減指數(shù)，取a=1.5。

根據(jù)爆破安全公式計(jì)算得到設(shè)計(jì)單段最大起爆藥量小于80kg，即距離爆源20m以外的巷道及附屬建筑不會(huì)受到爆破振動(dòng)的危害，具體見(jiàn)表1。爆破前需對(duì)安全范圍內(nèi)的不可移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，人員及可移動(dòng)設(shè)備及時(shí)撤出現(xiàn)場(chǎng)。礬山磷礦一次成井爆破設(shè)計(jì)中，單段最大起爆藥量為29.4kg，其所對(duì)應(yīng)的最小安全距離為14.32m。

表1 距離與最大起爆藥量對(duì)應(yīng)關(guān)系

5 施工成本控制

1)普通分段爆破施工

人工費(fèi)362元/m3，施工巖石體積為64m3，人工成本362×64=23 168元；

材料費(fèi)(爆破器材)46.93元/m3，材料成本46.93×64=3 003.52元；

炸藥36kg/炮×4炮×8元/kg=1 152元；雷管25發(fā)/炮×4炮×3.5元/發(fā)=350元；

因此，普通分段爆破施工成本為27 673.52元。

2)一次成井爆破施工

人工費(fèi)35.15元/m3，施工巖石體積為64m3，人工成本35.15×64=2 249.6元；

材料費(fèi)(爆破器材)136.5元/m3，材料成本136.5×64=8 736元；

炸藥14.7kg/孔×16孔×8元/kg=1 881.6元；雷管32發(fā)/孔×3.5元/發(fā)=112元；

一次成井爆破施工成本為12 979.2元。

經(jīng)過(guò)多次爆破分段成井施工安全危險(xiǎn)性大，施工周期長(zhǎng)。一次鑿巖一次爆破成井施工安全危險(xiǎn)性小，施工速度快。經(jīng)濟(jì)成本相比較一次成井爆破技術(shù)可節(jié)約成本共計(jì)14 694.32元。

6 結(jié)論

一次成井爆破，危險(xiǎn)性小，施工速度快。通過(guò)該工程的實(shí)施，可以減少普通法掘進(jìn)天井的循環(huán)次數(shù)，解決了施工溜井、切井的危險(xiǎn)性，保證了生產(chǎn)安全?？s短了溜井、切井的施工周期，改善了生產(chǎn)銜接。不斷改善爆破參數(shù)，降低炸藥單耗?？梢詼p少溜井、切井施工不到位的浪費(fèi)，有效控制成本并提供施工效率。