深孔爆破一次成井爆破技術在冬瓜山銅礦的應用

王成勝

(冬瓜山銅礦, 安徽銅陵市 244000)

深孔爆破一次成井爆破技術在冬瓜山銅礦的應用

王成勝

(冬瓜山銅礦, 安徽銅陵市 244000)

冬瓜山銅礦某采場溜井采用深孔爆破成井技術施工,對深孔爆破成井設計的分段爆破高度、炮孔數目、炮孔間距,拉槽方式等爆破參數進行了討論。

采場溜井;深孔爆破成井;爆破參數

1 概 述

在冬瓜山銅礦某采場設計一斜溜井通往主溜井。該斜溜井設計斷面為 2.5m×2.5m,傾角 65°,見圖1。該處布孔范圍內屬砂巖,堅固性系數 f平均為 15,為堅硬、致密巖層。設計中沿溜井全高從上向下用 T261深孔鉆機鉆鑿一組平行深孔,分段爆破,以形成設計所需高度和斷面。此方法施工的最大特點是:工人不進入溜井內作業,作業條件得到顯著改善。該施工方法的關鍵技術是要控制深孔的偏斜,合理布置炮位,選擇合適的爆破參數和爆破順序。

圖1 斜溜井示意

2 爆破設計

2.1 掏槽形式和炮孔間距的確定

由于采用 T261鉆機施工炮孔,鉆孔直徑為 165 mm,而鏟溜子設計斷面僅為 2.5m×2.5m,因此在等直徑孔的限定條件下,設計采用裂隙掏槽,其中k1、k2為空孔,用于為 1#孔提供補償空間。在綜合考慮鉆機偏斜和補償空間的合理范圍后,本設計所取炮位間距如圖2所示。設計中考慮先裂隙掏槽,形成 1.1m長,0.17m寬的裂槽。再結合其他掏槽方式進行擴槽。

圖2 炮孔布置

在巖石碎脹系數不是很大(f碎脹＜30%)的情況下,一次可爆高度的隨補償空間增大而有增長的余地。從提高一次可爆高度的角度,采用大補償空間是適宜的,且每響爆破的相應補償空間盡可能地大一些,即相應縮小擴槽孔間距,合理地增大前后響炮孔的雷管段次,對提高一次可爆高度有益。

裂隙掏槽對炮眼精度要求較高,建議從施工管理上給予重視,對于比較重要的鉆孔,應由最熟練工人進行施工,并由班長督導。

首爆的 1#炮眼與空眼間距 L的計算:

式中,D為 165mm;K為巖石碎脹系數[1～3]。

碎脹系數 K取 20%時,得出 L≤777.5mm。考慮到鉆孔的偏斜因素,取 450mm。其余炮孔間距根據斷面與補償實間的要求取值,如圖2所示。其中首爆孔補償空間可達 0.32。

2.2 爆破分段高度的確定

考慮到巖石的碎脹性,采用分段爆破。加大分段爆破高度可以節約材料和輔助作業時間,提高掘進效率。分段爆破高度主要與巖性、天井斷面尺寸、補償空間大小等因素有關。對中硬以上的巖石,宜采用低分段爆破。本設計分 4次爆破,見圖1。

2.3 爆破順序的確定

以產生新的自由面為出發點,前蘇聯學者哈努卡耶夫認為,前段裝藥爆破裂隙能使礦巖脫離巖體形成 0.8～1.0cm寬的貫穿裂縫的時間為最優微差間隔時間。

式中:t1為彈性應力波傳至自由面并返回所需的時間,為形成裂縫所需的時間,ms;t3為破碎的巖塊離開原巖 s=8～10mm所需的時間,為巖石縱波波速,m/s;c2為裂隙擴展速度,c2=0.05cp,一般取 100～150m/s;vcp為礦巖碎塊平均運動速度,m/s[4]。

取經驗值進行計算,所得的最優微差間隔時間△t為 20ms左右。但是考慮到破碎巖塊自空孔內向垂直自由面的拋射,建議相鄰炮孔相隔 2個段次即 50ms。前面所爆炮孔可能使后續炮孔處于高密集裂隙區域內續爆,爆生氣體自裂隙很快逸出,使爆能利用不充分。一個解決的途徑是適當加大炸藥單耗,靠增加的應力波作用來完成破碎和拋射,從而創造一個良好的新自由面。

第 1次爆破時,側崩條件,自由面和補償空間足夠,故雷管分段和裝藥炮位與第 2爆至第 4爆爆破順序不同。

第 2～4次爆破中,8#孔首爆,利用 9#、10#孔作為補償空間預裂爆破,以減輕對斜溜井與主溜井之間三角礦柱的破壞。1#孔次爆,利用 9#、10#孔作為補償空間。2#孔次爆,4#、5#孔 3爆,6#、7#孔最后一響。雷管分段如圖3、圖4所示。

圖3 第 1次爆破的順序

圖4 第 2～4次爆破的順序

2.4 裝藥間隔及炮孔堵塞

基于保護設計的斜溜井與主溜井間三角礦柱的考慮,設計使用了間隔裝藥。爆破實踐表明,對于小范圍內密集鉆孔而言,基于控制炸藥單耗而計算炸藥量,然后反推出來的裝藥間隔長度是偏大的。裝藥間隔總長為爆破長度的 0.2倍可能是合適的。采用間隔裝藥時,孔底部分線裝藥密度應不小于上方線裝藥密度。

掏槽炮孔小間隔或連續裝藥,以便在完成破碎部分巖石任務后,有足夠的能量將破碎的巖塊拋射出去,為后續炮眼創造自由空間。邊界炮眼間隔裝藥,以減輕對周圍巖體的破壞。

還有一個很重要的問題是堵塞長度的確定。孔底堵塞不宜過長,以方便破碎巖塊的拋射。藥面上方的堵塞長度,一般取l堵塞=(1.0～1.2)W,其中W為最小抵抗線。對于小間距、高密集炮孔而言,上方堵塞長度應取大一些,建議W≤1.5m時,取l堵塞=2.5m;W＞1.5m時,取l堵塞=3.0～3.5m;破頂時,孔口堵塞長度應不小于孔底堵塞長度的 3倍;另外破頂時,考慮到安全及補償空間,爆破長度取 5～7m。

3 結論和建議

(1)對于較小斷面的拉槽爆破,裝藥爆破的鉆孔有條件時應采用較小直徑。空孔可以采用較大直徑。這樣能夠均勻爆破,有利于提高爆破效果。

(2)應充分考慮到鉆孔的偏斜,對于要求精度較高的掏槽孔來說,若孔深過長,則精度不易保證。對于 T261鉆機而言,平均偏斜率 2%的條件下,成井孔深不應超過 35m。

(3)拉槽爆破區域應盡量選在堅硬、致密的巖性中,雖然會降低分段高度,但是優點顯著。節理發育的地段,或濕孔有水的地段,往往會使爆生氣體過早逸出,還會造成動壓失敏,造成相鄰孔瞎炮。所以建議掏槽孔位置的選擇應避開上述不利地段。

[1] 高爾新,楊仁樹.爆破工程[M].徐州:中國礦業大學出版社,1999:55～59.

[2] 中國工程爆破協會.工程爆破理論與技術[M].北京:冶金工業出版社,2009:112～134.

[3] 《采礦手冊》編輯委員會.采礦手冊(第二卷)[M].北京:冶金工業出版社,1990:729～732.

[4] A.H哈努卡耶夫.礦巖爆破物理過程[M].劉殿中,譯.北京:冶金工業出版社,1986:33～37.

2010-08-24)

王成勝(1978-),男,安徽銅陵人,研究生,助理工程師,從事采礦技術工作。