李勝輝 王福全 王慶剛 楊志強

（河北鋼鐵集團沙河中關鐵礦有限公司）

中關鐵礦是國內典型的水文地質復雜的巖溶大水礦山，礦體為緩傾斜極厚礦體，礦體的頂板主要為厚層灰?guī)r，局部出露帶黃泥的風化灰?guī)r；礦體的直接底板主要為矽卡巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，多呈碎塊狀，穩(wěn)定性較差；局部出露蝕變閃長巖，硬度較小、遇水泥化，不穩(wěn)定；礦體節(jié)理裂隙發(fā)育，屬于不穩(wěn)定到中等穩(wěn)定級別。現(xiàn)場工程揭露表明，以-230 m水平6#穿脈為界，北部區(qū)域礦體穩(wěn)固性較差，南部礦體穩(wěn)固性相對較好；礦體上盤圍巖穩(wěn)固性比下盤穩(wěn)固性好。為進一步研究采礦方法的適用性及盡早出礦，計劃在-230~-170 m水平南部區(qū)域2~3勘探線間選定13#S4試驗礦塊開展60 m采高大直徑深孔采礦方法試驗研究，礦塊高56 m，長50 m，寬18 m，礦塊礦量13.4萬t。

1 礦塊底部結構

1.1 礦塊底部結構參數(shù)確定

礦塊底部結構寬15 m，留3 m礦柱，相鄰2個礦塊拉底巷間距為6 m，相鄰二步采礦塊拉底巷不與充填體接觸，保障了拉底巷的穩(wěn)固性。出礦進路掘進斷面為4.1 m×3.45 m，凈斷面3.8 m×3.3 m，若出礦進路變形或受到破壞需進行二次錨噴網支護時凈斷面尺寸為3.6 m×3.2 m，滿足鏟運機尺寸需求。塹溝拉低巷掘進斷面為3 m×3 m，滿足YGZ-90型鉆機需求。底部結構掘進時采用光面爆破，以減少巷道超挖，保證巷道的穩(wěn)固性。

1.2 礦塊底部結構支護形式

巷道施工完成后及時進行素噴混凝土支護，對巷道圍巖進行封閉，混凝土強度C20，支護厚度50 mm。錨噴網支護金屬網網格100 mm×100 mm，鋼筋?6 mm；錨桿采用?20 mm樹脂錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，錨桿長度2.4 m；混凝土強度C20，支護厚度100 mm?？倗姖{支護厚度150 mm。若出礦進路發(fā)生變形或受到破壞，則在第一次支護的基礎上進行錨噴網復合加強支護，總噴漿支護厚度250 mm。

2 鑿巖硐室結構

2.1 鑿巖硐室結構參數(shù)確定

鑿巖硐室長50 m，寬18 m，高4 m，為加強硐室穩(wěn)定性，在硐室內均勻布置寬3 m，長4～6 m的條形礦柱，也可采用支模澆筑混凝土加固礦柱，間柱將硐室分為南北2個硐室。

2.2 鑿巖硐室聯(lián)絡道及鑿巖硐室導硐

（1）先施工鑿巖硐室聯(lián)絡道及鑿巖硐室導硐至礦房邊界［1］，探明鑿巖硐室部位礦巖穩(wěn)定性并確定掘支方式。從-170 m水平南風井聯(lián)巷施工下向坡度為14.4%的斜坡道至礦體頂部，再在礦房側幫施工平巷至礦房邊界作為鑿巖硐室導硐，最后導硐擴刷為鑿巖硐室，使鑿巖硐室底板與礦體頂部位于同一水平。

（2）鑿巖硐室聯(lián)絡道及鑿巖硐室導硐采用素噴混凝土支護，混凝土強度C20，支護厚度100 mm；若礦巖較破碎則進行錨噴網支護，錨噴網支護金屬網網格100 mm×100 mm，鋼筋?6 mm，采用?20 mm樹脂錨桿，長度2.4 m，間排距0.8 m×0.8 m，混凝土強度C20，支護厚度100 mm。

2.3 鑿巖硐室

鑿巖硐室導硐布置在鑿巖硐室南側貫通整個鑿巖硐室，從靠近下盤處開始擴刷成2條規(guī)格為7.5 m×（6～15）m×4 m（寬×長×高）的硐室，向上盤擴刷硐室長度達到2～5排深孔穿孔距離時，進行深孔穿孔及爆破，一次爆破1排深孔，硐室擴刷與穿爆交替進行。南北2個鑿巖硐室同時后退擴刷，擴刷至間柱時，嚴格采用光面爆破，炮眼間距500 mm，采用分段不耦合裝藥，導爆索起爆，以減小對間柱的破壞。

因硐室暴露面積較大，決定采用錨網噴+長錨索預控頂聯(lián)合支護技術［2］，確保硐室頂板安全。錨噴網支護時，金屬網網格100 mm×100 mm，鋼筋?6 mm，采用?20 mm樹脂錨桿，長度2.4 m，間排距0.8 m×0.8 m；長錨索長度15 m，間距3 m，排距4 m，每排布置3根長錨索；混凝土強度C20，支護厚度100 mm。

3 切割拉槽

3.1 中深孔拉槽

切割井布置在底部結構下盤端部側幫，規(guī)格2 m×2 m，采用中深孔以切割天井為自由面進行拉槽，拉槽中深孔布置如圖1所示，共布置2排，第1排1#～10#炮孔雷管段別分別為1段、3段、3段、5段、5段、7段、7段、9段、9段、11段；第2排1#～10#炮孔雷管段別分別為1段、3段、5段、5段、7段、7段、9段、9段、11段、11段。中深孔拉槽炮孔布置參數(shù)詳見表1，爆破技術指標詳見表2。

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3.2 大直徑深孔拉槽

采用大直徑深孔側向爆破進行拉槽［2］，其切割井布置在鑿巖硐室端部的側幫，規(guī)格3 m×3 m。大直徑深孔回采范圍底部為拉底空區(qū)，不能采用人工方法施工切割井，在鑿巖硐室端部采用一次鑿巖分段爆破方法（一次成井法）施工切割井。采用潛孔鉆施工?165 mm的下向垂直平行深孔，共布置3排拉槽炮，排距1.5 m，間距2 m。炮孔布置示意圖如圖2所示。圖中中間孔為空孔，其余孔均為裝藥孔，炸藥采用散裝炸藥，連續(xù)耦合裝藥微差起爆，裝藥長度為3.5～4 m，裝藥密度為21.4 kg/m。裝藥結構如圖3所示。拉槽炮孔裝藥結構同正排炮孔裝藥結構相同，每4～5 m分段爆破一次。

4 穿孔爆破

4.1 炮孔布置

底部結構炮孔布置采用扇形中深孔，拉底高度15 m。扇形中深孔采用YGZ—90型鑿巖機（1254液壓鑿巖機）鑿巖，孔底距1.6 m，排距1.4 m。

大直徑深孔炮孔布置采用下向垂直孔，T-150型潛孔鉆機鑿巖［3］，孔徑165 mm，炮孔間距3 m，排距3 m。因礦巖相對破碎，為保證礦房側幫的完整性防止片幫，在礦房兩側布置預裂孔。預裂孔距礦房側幫0.5 m，預裂孔爆破起爆先于正常深孔爆破。下向垂直深孔如圖3所示，圖3中不留礦柱部分1#和7#炮孔為預裂孔，留礦柱部分1#和8#炮孔為預裂孔。因礦巖相對破碎可能存在塌孔堵孔的問題，若發(fā)生塌孔，則深孔施工完成后立即下放公稱外徑為140 mm的PE護壁套管防止炮孔破壞，套管壁厚4.3 mm，內徑131.4 mm，同時孔口安裝鐵質孔口管，孔口管高于底板20 cm，防止雜物掉入。

4.2 回采爆破

中深孔爆破時，自礦體下盤向上盤方向進行拉底，在底部結構全部爆破完成后進行大直徑深孔爆破。拉底時進行出礦，所出礦量約為爆落礦量的50%，出礦進路口留有一定礦量，不與空區(qū)連通，保證作業(yè)安全，減少爆破落礦對底部結構的沖擊破壞。

大直徑深孔分為預裂孔和主爆孔，全部采用公稱外徑為140 mm的PE護壁套管防止炮孔破壞，壁厚4.3 mm，內徑131.4 mm。主爆孔裝藥結構采用多層球狀藥包巖粉間隔裝藥，分層裝藥量為25 kg（裝藥長度1.8 m），下部用巖粉堵塞，堵塞長度為2 m，層間巖粉間隔長度1 m，最上層藥包堵塞料為巖粉，堵塞長度1 m。單個炮孔長度37 m（礦體頂部至-215 m水平），裝藥量為300 kg。主爆孔裝藥結構如圖4所示。

預裂孔間距為2 m，主爆孔與預裂孔間距為2 m，預裂孔采用不耦合裝藥，不耦合系數(shù)根據(jù)經驗公式m=1+18.32δ-0.24（δ為巖石抗壓強度），得m=3.88，線裝藥密度取1.63 kg/m。即采用直徑45.6 mm的藥卷即可實現(xiàn)預裂爆破單個炮孔裝藥量為57.4 kg。預裂孔裝藥時將2卷直徑35 mm的藥卷并排綁扎到一起進行裝藥，實際線裝藥密度2 kg/m。

預裂孔下部堵塞0.8 m，上部堵塞1 m，采用連續(xù)不耦合裝藥，使炮孔位于炮孔軸線中心，采用導爆索起爆。裝藥時將藥卷捆扎在導爆索上，藥卷與導爆索周圍綁扎竹片或細竹竿直接利用導爆索將捆扎好的藥卷吊入孔內。為避免巖渣落入藥卷與孔壁見的空隙，預裂藥卷上部應懸吊堵孔塞然后填砂堵塞，同時起爆3個炮孔，采用1段雷管起爆。

礦房自下盤向上盤方向回采，每次爆破1排炮孔，崩礦步距3 m。排內采用微差爆破或逐孔爆破［3］，雷管段數(shù)從中間開始向兩側逐漸增大，即從中間向兩側起爆，預裂孔超前主爆孔起爆，大直徑深孔布置參數(shù)如表3所示，爆破技術指標如表4所示。

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5 結 論

通過試驗，13#S4礦房成功應用大斷面破碎硐室一次掘進和錨網噴+錨索聯(lián)合支護技術、破碎底部結構加強支護技術，底部結構和鑿巖硐室成型及穩(wěn)定性達到預期效果，采用VCR法一次爆破成井技術實現(xiàn)切割井成井，完成拉槽及穿孔爆破工藝研究與實施。至目前礦房累計爆破落礦4.5萬t，組織出礦3.96萬t。后按照此方法在南部區(qū)域16#礦體新增16#S2試驗礦房1個，進一步開展試驗研究，以進一步優(yōu)化鑿巖硐室支護、底部結構布置、中深孔及深孔孔網參數(shù)等。其研究結果可為其他礦山大規(guī)模應用大直徑深孔采礦方法提供指導和借鑒［4-5］。