王志東

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司）

馬坑鐵礦主要采用大直徑深孔階段礦房嗣后充填法，采場寬度為15 m［1］，回采高度約為66 m，共布置2個水平，分別為上部大直徑孔鑿巖水平及下部出礦水平；上部大直徑鑿巖硐室布置垂直向下的46 m深的大直徑深孔，下部出礦水平布置上向20 m高的扇形中深孔，切割天井高度與回采高度一致，高位溜井的施工如采用常規(guī)方法，則工人作業(yè)條件差、通風(fēng)困難、效率低、安全管理難度大，切割天井的施工質(zhì)量及速度好壞，嚴重影響著礦山穩(wěn)定生產(chǎn)。為解決此難題，馬坑鐵礦擬采用VCR 成井爆破技術(shù)，該方法回采水平少、單次崩礦量大，為實現(xiàn)大型設(shè)備機械化生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，大大地提高了礦山的生產(chǎn)能力。以利文斯頓爆破漏斗理論為基礎(chǔ)進行了單孔爆破漏斗試驗，并根據(jù)其分析結(jié)論確定出VCR成井爆破的鑿巖爆破參數(shù)。

1 工程概況

該礦山礦體頂?shù)装鍑鷰r及礦體夾石總體上穩(wěn)固性較好，屬塊狀堅硬或中硬巖層。礦石結(jié)構(gòu)緊密，為塊狀構(gòu)造。主礦體下盤底板臨近F2′斷層，傾向北西，傾角約85°，次生構(gòu)造發(fā)育，斷層附近裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，局部會出現(xiàn)裂隙淋水現(xiàn)象。礦體及相鄰圍巖的普氏系數(shù)在10～16。主要礦體和圍巖物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

2 單孔爆破漏斗試驗

2.1 利文斯頓漏斗理論

根據(jù)利文斯頓漏斗理論，爆破能量是守恒的，炸藥釋放的能量與裝藥量成正比，其藥包最佳埋置深度d0與藥包質(zhì)量G之間有如下關(guān)系［2］

式中，d0為藥包最佳埋深，m；Δ0為藥包最佳埋深比，即藥包最佳埋深d0與極限埋深d的比值；E為彈性變形系數(shù)；G為藥包質(zhì)量，kg。

2.2 試驗方案設(shè)計

2.2.1 炮孔布置

該試驗礦山平巷，采用水平爆破漏斗方案，即在巷道壁上鑿水平孔進行試驗。設(shè)計單孔相鄰炮孔間距3 m，炮孔垂直于巷道壁的巖面?？紤]到磁鐵礦巖體與矽卡化（夾石較多）低品位礦石巖體的性質(zhì)略有區(qū)別，本次試驗分磁鐵礦石巖體（以下簡稱磁鐵礦體）和夾石低品位礦石巖體（以下簡稱夾巖礦體）2組，并且每組采用不同藥量進行試驗。夾石低品位巖體中分別在巷道兩側(cè)壁布置8 個孔，共16 個試驗鉆孔，孔號1～16。磁鐵礦巖體中同樣在巷道兩側(cè)壁布置8個孔，孔號17～32，試驗炮孔布置如圖1所示［3］。

2.2.2 裝藥參數(shù)設(shè)置

試驗鉆孔直徑為42 mm，炸藥為2 號巖石乳化炸藥（藥卷直徑32 mm，長度350 mm，質(zhì)量300 g/支）。單孔爆破漏斗試驗裝藥量分2種形式，一種是孔內(nèi)裝半支炸藥，藥包長度17.5 cm、質(zhì)量150 g（由35 cm 標(biāo)準(zhǔn)炸藥裁取一半）、直徑32 mm 的2#巖石乳化炸藥，藥包長徑比為5.47；另一種裝藥方式為孔內(nèi)裝整支炸藥，藥包長22 cm（由35 cm 標(biāo)準(zhǔn)炸藥拆裝填滿整個炮孔）、質(zhì)量300 g、直徑42 mm 的2#巖石乳化炸藥，藥包長徑比為5.24。2 種形式的藥包長徑比均不大于6，可視作球狀藥包。裝藥順序：用高壓風(fēng)對炮孔吹洗→用塑料管裝填藥包→用炮泥封堵孔口。起爆方式采用毫秒導(dǎo)爆管雷管孔底反向起爆，為避免相鄰試驗炮孔相互影響，每次爆破炮孔需相隔至少10 m。

2.2.3 試驗操作步驟

試驗具體操作步驟：①鉆孔前將壁面浮石清理干凈，使其平整；②為收集、測量爆破下來的巖塊，將試驗場地巷道底板的碎石鏟除，必要時鋪上一層廢舊風(fēng)筒布或編織布，排除雜物干擾，以便獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果［4］；③炮孔深度和角度應(yīng)嚴格按照設(shè)計施工；④裝藥爆破。

2.3 單孔爆破漏斗試驗結(jié)果及分析

單孔爆破漏斗孔深及漏斗半徑測量結(jié)果如表2所示。根據(jù)實測結(jié)果計算得出各個孔的爆破漏斗深度D、抵抗線W、平均漏斗半徑R、爆破作用指數(shù)n 等值，根據(jù)表2 所測爆破漏斗底面8 個方向的r值，運用3Dmine 軟件，采用樣條曲線構(gòu)建爆破漏斗底面及截面輪廓，求出面積值，代入漏斗深度D值，繪制實體，再利用實體體積功能得出爆破漏斗體積值。并經(jīng)計算得出表3所示爆破漏斗參數(shù)計算值。

本次試驗藥量設(shè)置了150 g 和300 g 2種，并分別針對磁鐵礦體和夾巖礦體進行試驗，故而對結(jié)果分別進行分析。

在圍巖巖體中，藥量為150 g 的炮孔，其中5 號孔表面未有剝巖破壞，孔深接近的14 號孔有130 mm 的表面剝巖，為準(zhǔn)確起見，藥包極限埋置深度取兩孔藥包的平均埋置深度值。在圍巖巖體中，藥量為300 g的7 號炮孔孔口有20 mm 的剝落，并產(chǎn)生微小裂隙。可以認為該孔藥包埋深為極限埋深值，同理可得出磁鐵礦體的極限埋深值。根據(jù)公式（1）可計算出2種藥量下礦、巖體中的變形能系數(shù)。以150 g、300 g 2種藥量下的極限埋深和變形能系數(shù)如表4所示。

注：漏斗深為21 mm意為自由面未剝落，圓錐體尖在炮孔內(nèi)約為21 mm深。

根據(jù)試驗結(jié)果，對藥包埋深W、爆破漏斗體積V、比例爆破漏斗體積V/G、比例埋置深度W/G1/3、比例爆破漏斗半徑r/G1/3等參量分析［5］，最終得出夾巖礦體藥包最佳埋深為0.52 m，最佳深度比Δ0為0.51；磁鐵礦體藥包最佳埋深為0.48 m，最佳深度比Δ0為0.53；綜合最佳比例體積為0.41；綜合最佳比例埋深為0.72；綜合最佳比例半徑為0.81。

3 VCR成井爆破技術(shù)參數(shù)的確定

馬坑鐵礦VCR 成井鑿巖設(shè)備為KQG-150 型高壓環(huán)形潛孔鉆機，鉆孔直徑為150 mm，根據(jù)以上試驗結(jié)果，最終采用的爆破漏斗試驗參數(shù)：最佳深度比Δ0為0.53；綜合最佳比例體積為0.41；綜合最佳比例埋深為0.72；綜合最佳比例半徑為0.81。依據(jù)單位炸藥量爆破漏斗體積公式（2）可得在礦體中2#巖石乳化炸藥不同藥量的最佳埋深和極限埋深的理論計算值。

注：表格里序號14與5、20與21的極限埋深及變形能系數(shù)為兩個孔號的平均值。

式中，b為比例埋深；V為爆破漏斗體積，m3；Q為裝藥量，kg。

計算得出不同藥量下炸藥最佳埋深設(shè)計值和極限埋深設(shè)計值，見表5、表6。

4 工程應(yīng)用

工程應(yīng)用地點位于礦體下盤運輸巷附近的18～90 m 水平13-2#，直徑為3.5 m 的圓形溜井，井深64.5 m，KQG-150 型高氣壓環(huán)形潛孔鉆機，采用的成孔直徑為150 mm，該溜井的工程地質(zhì)條件與試驗地點類似，成井方式采用VCR成井爆破技術(shù)，在90 m水平向下施工直徑150 mm 的炮孔，利用以上爆破漏斗試驗成果，在90 m 水平裝藥，以天井下端空間為自由面，從下往上依次爆破，每次設(shè)計爆破高度為2.26 m。

4.1 鑿巖參數(shù)的確定

根據(jù)以上爆破漏斗試驗，單孔裝藥量為24 kg 的形成的漏斗半徑約為2.3 m，考慮2%的孔偏斜率（井深64.5 m，孔底偏差可能達1.3 m 左右）及掏槽爆破的夾制作用，設(shè)計掏槽孔間距為0.3～0.5倍的漏斗半徑（0.7～1.2 m），周邊眼間距取0.4～0.5 倍的漏斗半徑（0.9～1.2 m）。最終選取的布孔形式為中間一個裝藥孔，在半徑為0.7m 左右的圓圈上布置3 個裝藥孔（孔間距為1.2 m），在半徑為1.75 m 左右的圓圈上（與里圈裝藥圈間距1.05 m）布置8 個裝藥孔（孔間距為1.2 m），共計布置13個裝藥孔。炮孔布置見圖2。

4.2 裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

采用的炸藥為2 號巖石乳化炸藥，其直徑為130 mm，長度42 cm，質(zhì)量6 kg/支。裝藥結(jié)構(gòu)為耦合連續(xù)裝藥，每支藥卷在直徑150 mm 孔內(nèi)可裝32 cm 高度。根據(jù)以上爆破漏斗試驗，選取每次單孔裝藥24 kg（4支2 號巖石乳化炸藥卷），單孔炸藥長度1.26 m，孔底采用水泥預(yù)制塊堵塞，填塞0.5 m以上的巖粉，為確保爆破效果，孔底不裝藥長度控制在0.7～1 m之，最長不超過1.4 m，孔口堵塞長度為1.5 m 左右的巖粉，選取的藥包最佳埋深為2.26 m。裝藥結(jié)構(gòu)詳見圖3。

4.3 裝藥連線

孔內(nèi)炸藥采用導(dǎo)爆索連接，導(dǎo)爆索引出孔外—各個孔的導(dǎo)爆索通過毫秒導(dǎo)爆管雷管（雙發(fā)雷管）連接，各個孔的毫秒導(dǎo)爆管雷管按魚刺狀連接在主導(dǎo)爆索上，起爆雷管綁在主導(dǎo)爆索。

4.4 應(yīng)用效果

經(jīng)過26 次的爆破，將64.5 m 的高位溜井爆破成功，溜井壁與最外圈炮孔連線相似，井口為近似圓形，與設(shè)計基本一致，達到預(yù)期的效果。利用爆破漏斗試驗結(jié)果在VCR 成井爆破技術(shù)中成功應(yīng)用，爆破技術(shù)參數(shù)見表7。

5 結(jié)論

（1）通過爆破漏斗試驗，得到藥包最佳埋置深度及對應(yīng)的爆破漏斗半徑，經(jīng)單位炸藥量爆破漏斗體積公式換算后，得到最佳深度比Δ0為0.53，綜合最佳比例體積為0.41，綜合最佳比例埋深為0.72，綜合最佳比例半徑為0.81，并應(yīng)用于VCR 成井爆破中，確定出2#巖石乳化炸藥不同藥量的最佳埋深和極限埋深的理論計算值。

（2）在工程應(yīng)用過程中，應(yīng)考慮炮孔偏斜率及掏槽爆破存在的夾制作用，經(jīng)爆破漏斗試驗及工業(yè)試驗得出，掏槽孔間距取0.3～0.5 倍的漏斗半徑，周邊眼間距取0.4～0.5倍的漏斗半徑，孔底不裝藥長度控制在0.7～1 m，每次裝藥高度為1.26 m是可行的。