熊曉晨，龔永超

(1.五礦礦業(yè)（邯鄲）礦山工程有限公司， 河北 邯鄲市 056000；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410006)

0 引 言

由于風(fēng)溜井影響著井下全系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)其施工又是一項(xiàng)重要的施工難題，所以在業(yè)界風(fēng)溜井掘進(jìn)一直備受關(guān)注。目前，已經(jīng)形成的風(fēng)溜井掘進(jìn)方法有普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破法以及鉆井法5種方法。前3種方法需要人員進(jìn)入井筒內(nèi)作業(yè)，作業(yè)環(huán)境差、安全性低、成本高、效率低下，目前大型礦山使用較少，鉆井法是近幾年發(fā)展起來的新型施工方法，雖然人員作業(yè)條件得到改善，但存在設(shè)備成本高，以及設(shè)備故障率高等問題[1]，而且還需要其他作業(yè)配套，其隱性成本更高。相比這4種方法，深孔爆破法因人員無需進(jìn)入井筒內(nèi)作業(yè)，作業(yè)環(huán)境好，同時(shí)具備設(shè)備操作簡(jiǎn)單、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為近幾年研究的熱點(diǎn)，在各礦山也一直是推廣的對(duì)象。李樓鐵礦應(yīng)用深孔爆破法，形成了一次鑿巖分段爆破施工工藝，本文對(duì)其掘進(jìn)模式及爆破參數(shù)的選擇進(jìn)行了介紹。

1 李樓鐵礦開采概況

李樓鐵礦鐵礦石資源儲(chǔ)量27624萬t，主要由5個(gè)礦體組成，主要開采LⅠ號(hào)礦體，其儲(chǔ)量占全礦床儲(chǔ)量的85.35%，礦體長(zhǎng)2800 m，賦存標(biāo)高-52～-862 m，厚度25.5～96.5 m，平均48.2 m。礦體巖石主要為片巖、片麻巖、白云石大理巖，裂隙、巖溶均不發(fā)育，巖石完整性較好。

礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為500萬t/a，采礦工藝為分段鑿巖階段出礦嗣后充填法，中段高度100 m，分段高度25 m，回采使用阿特拉斯1354鑿巖臺(tái)車進(jìn)行中深孔鑿巖，上向扇形中深孔爆破。目前主要開采-400 m中段，-325 m水平、-350 m水平、-375 m水平為鑿巖水平，-400 m水平為出礦水平，-425 m水平為運(yùn)輸水平，-300 m水平為南盤充填水平，-275 m水平為北盤充填水平，-250 m水平為回風(fēng)水平。因李樓鐵礦生產(chǎn)規(guī)模大，南北沿脈巷、運(yùn)輸巷延伸長(zhǎng)，生產(chǎn)過程中需要大量風(fēng)溜井。根據(jù)2018年生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，李樓鐵礦共計(jì)施工風(fēng)井、溜井26條。為加快施工進(jìn)度，保證施工安全，進(jìn)一步推廣一次鑿巖分段爆破施工工藝的應(yīng)用，本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際對(duì)該工藝進(jìn)行探索研究。

2 高效安全成井技術(shù)

一次鑿巖分段爆破施工主要包括鉆孔和爆破施工，鉆孔施工關(guān)鍵在于鉆孔偏斜度的控制，爆破主要是解決天井掘進(jìn)的夾制性。目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于李樓15#風(fēng)井、15-1#溜井以及275 m水平5-3充填井，并取得了良好的使用效果。

2.1 工藝流程

風(fēng)溜井施工時(shí)，均從各鑿巖水平分段進(jìn)行施工，施工高度平均21 m。根據(jù)目前設(shè)備及生產(chǎn)組織情況，使用CS150D鉆機(jī)或者KQG-150鉆機(jī)鉆鑿一組平行孔，然后分若干次爆破，從而形成設(shè)計(jì)的規(guī)格。此工藝主要包括鉆孔和爆破兩步，施工流程見圖1。

2.2 鉆孔布置

李樓鐵礦風(fēng)溜井直徑 4 m，井高 21 m，設(shè)計(jì)采用有掏槽爆破成井技術(shù)[2]，掏槽方式為桶形掏槽。為保證有足夠的初始補(bǔ)償空間，經(jīng)計(jì)算，采用三空孔桶形掏槽。同時(shí)考慮炮孔成孔速度和設(shè)備情況，中心孔與掏槽孔孔徑選擇Φ140 mm，輔助孔及周邊孔孔徑Φ120 mm[3]。

掏槽孔至空孔的距離 L可按以下的公式計(jì)算：

式中，L為掏槽孔至空孔距離，mm；D為空孔直徑，mm。

經(jīng)計(jì)算，L=364～630 mm，考慮孔偏斜，L取400 mm。

結(jié)合爆破內(nèi)部作用，同時(shí)考慮風(fēng)溜井?dāng)嗝嬉?guī)格，設(shè)計(jì)輔助孔6個(gè)，距井中1.1 m，孔間夾角60°；周邊孔6個(gè)，距井中2 m，孔間夾角60°[5]。爆破布孔見圖2。

圖2 天井爆破布孔圖

鉆孔時(shí)，施工要點(diǎn)是鉆孔精確定位與偏斜度的控制，尤其是掏槽孔與空孔的施工，鉆孔施工越精確，爆破成功率越高。鉆孔設(shè)備使用CS150D鉆機(jī)或者KQG-150鉆機(jī)，鉆機(jī)鉆孔深度可達(dá)100 m，孔偏斜可控制在1%以內(nèi)[6]。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)支鉆前，應(yīng)對(duì)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布孔，并做好標(biāo)記，以明確鉆孔位置。鉆孔施工時(shí)，要把握以下三個(gè)原則，以控制鉆孔偏斜率[7]：

（1）支鉆平（支鉆時(shí)，用靠尺測(cè)量，多調(diào)試，直至鉆機(jī)支平）；

（2）開孔慢（開孔時(shí)，鉆桿易擺動(dòng)，慢速開孔）；

（3）中間調(diào)（施工第一根鉆桿過程中，用靠尺測(cè)量鉆孔垂直度，若不垂直，及時(shí)調(diào)整）。

2.3 驗(yàn)孔及堵孔

在上水平清理鉆孔產(chǎn)生的碎渣時(shí)，應(yīng)炮孔進(jìn)行防護(hù)。同時(shí)，繪制現(xiàn)場(chǎng)孔位圖，并測(cè)量每孔深度，與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比，若有問題，及時(shí)調(diào)整。

根據(jù)測(cè)孔數(shù)據(jù)，進(jìn)行堵孔作業(yè)。堵孔時(shí)，應(yīng)先用編織袋裝適量干細(xì)沙，并將沙袋加工成圓柱形，直徑略小于鉆孔直徑，然后用防靜電繩將圓柱形沙袋綁緊，沿炮孔下放至孔底；抖動(dòng)鐵絲使沙袋自然展開，干細(xì)沙集中到沙袋邊角；充分抖動(dòng)后，干細(xì)沙不斷集中，逐漸形成大于鉆孔直徑的沙包；上拉鐵絲，使沙袋充分堵死孔底，上部使用木棍將繩子固定牢固，完成堵孔過程。堵孔見圖3。

2.4 裝藥與爆破

（1）分段高度。風(fēng)溜井?dāng)嗝嬷睆綖? m2，當(dāng)補(bǔ)償系數(shù)為0.55～0.7時(shí)，分段高可達(dá)5～7 m；若補(bǔ)償系數(shù)＜0.5時(shí)，則分段高取2～4 m較為適宜[8]。21 m高的井，一般分4次爆破，爆破高度分別是4，4，4，9 m。因最后一次爆破高度較高，為提高爆破成功率，采用分層爆破，但分層爆破時(shí)，易在分層位置卡脖子，導(dǎo)致斷面不夠。經(jīng)過探索，最終采用掏槽孔和輔助孔分層爆破對(duì)周邊孔一次起爆，以解決上述問題。

圖3 堵孔

（2）裝藥結(jié)構(gòu)。裝藥使用袋裝顆粒炸藥（25 kg/袋），根據(jù)孔徑大小，計(jì)算線裝藥密度，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定每孔裝藥量。不同孔徑鉆孔裝藥量見表1。

表1 不同孔徑鉆孔裝藥量

裝藥時(shí)，每孔下部堵塞0.5 m細(xì)沙，上部堵塞1 m細(xì)沙，中間分層時(shí)，中間加入1 m細(xì)沙。掏槽孔及輔助孔采用連續(xù)裝藥；周邊孔每裝入0.5 m炸藥，即裝入0.5 m長(zhǎng)竹筒，進(jìn)行間隔裝藥。為提高傳爆效率，孔內(nèi)敷設(shè)導(dǎo)爆索[9]。裝藥結(jié)構(gòu)如圖4。

每孔裝藥完成后，需要再次對(duì)裝藥水平高度進(jìn)行找平，目的是確保每孔裝藥高度一致，爆破后井下部巖面齊整，便于下次爆破施工，同時(shí)也保證成井質(zhì)量。

（3）起爆方式。起爆采用毫秒雷管微差起爆[10]，雷管需加工起爆彈。

（4）起爆順序。爆破 4 m時(shí)，起爆順序?yàn)?#→5#→8#→6#→9#→7#→10#→11#→14#→12#→15#→13#→16#；

爆破9 m時(shí)，第一層先響，第二層后響，孔間起爆順序與爆破4 m時(shí)相同。

圖4 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

2.5 材料消耗

（1）顆粒炸藥：本次爆破共分4次，爆破4 m時(shí)，每次炸藥消耗量382.81 kg，最后一次爆破9 m時(shí)，消耗765.63 kg，總消耗1914.06 kg，每袋炸藥25 kg，總計(jì)需要77袋。

（2）導(dǎo)爆索：導(dǎo)爆索960 m，每盤導(dǎo)爆索50 m，共需20盤。

（3）雷管：爆破4 m時(shí)，每次30 m雷管消耗26根，5 m連接管消耗3根，最后一次爆破9 m時(shí)，30 m雷管消耗40根，5 m連接管消耗3根。

（4）導(dǎo)爆管：總共起爆4次，需要4盤導(dǎo)爆管，每盤500 m。

2.6 施工要點(diǎn)

爆破施工要點(diǎn)是測(cè)孔，通過測(cè)孔實(shí)時(shí)掌握各孔內(nèi)情況，每次爆破總共需要進(jìn)行6次測(cè)孔，分別是：

（1）堵孔前測(cè)孔，判斷本次爆破能夠利用的炮孔；

（2）沙袋堵孔后測(cè)孔，準(zhǔn)確測(cè)量孔深；

（3）下部堵沙后測(cè)孔，判斷堵孔效果，檢查是否漏沙；

（4）裝藥后測(cè)孔，測(cè)量裝藥高度；

（5）裝藥找平后測(cè)孔，判斷每孔裝藥高度是否在同一水平面；

（6）上部填沙后測(cè)孔，判斷上部填沙是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求（1 m）。

3 效果分析

采用一次鑿巖分段爆破工藝施工風(fēng)溜井，避免了人員在受限空間內(nèi)作業(yè)，消除了高空作業(yè)的危險(xiǎn)，降低了頂板和炮煙對(duì)作業(yè)的影響，作業(yè)環(huán)境得到改善，保證了施工人員的安全。同時(shí)，一次鑿巖分段爆破工藝設(shè)備操作簡(jiǎn)單，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度低，工藝相對(duì)成熟，成井成功率較高。

另外，采用一次鑿巖分段爆破工藝在工期及經(jīng)濟(jì)成本上也優(yōu)于普通法。根據(jù)計(jì)算，一次鑿巖分段爆破工藝施工作業(yè)成本為240元/m3，而礦山目前采用的普通法掘進(jìn)天井的成本為477元/m3，其成本僅為普通法掘進(jìn)天井成本的一半，此工藝是經(jīng)濟(jì)可行的。兩種工藝對(duì)比見表2。

表2 普通法與一次鑿巖分段爆破法對(duì)比

4 總 結(jié)

李樓鐵礦采用一次鑿巖分段爆破工藝施工風(fēng)溜井，成型后的溜井壁面光滑，爆堆集中，無大塊，達(dá)到了預(yù)期效果，滿足使用要求，而且其安全性也極大提高。同時(shí)，其前期準(zhǔn)備工作少，掘進(jìn)效率高，目前，每月每臺(tái)鉆機(jī)可施工4條井。相比于普通法，每條井可節(jié)約成本5.46萬元，具有推廣價(jià)值，可以應(yīng)用到其他金屬礦山。