深孔分段爆破技術在天井掘進中的應用

任 江,劉天生

(中北大學化工與環境學院, 山西太原 030051)

深孔分段爆破技術在天井掘進中的應用

任 江,劉天生

(中北大學化工與環境學院, 山西太原 030051)

明利鐵礦 5#礦體開采需要爆破的自由面,因此需要對該礦體進行天井掘進來形成爆破自由面。普通天井掘進方法成本高、效率低、安全性差,為此,采用上向深孔分段爆破技術掘進該天井。介紹了上向深孔分段爆破技術掘進該天井的爆破方案和施工技術。

上向深孔;分段爆破;天井掘進

天井掘進在金屬礦的開采中占有一定的比重,傳統的吊罐法、爬罐法和鉆井法在天井掘進中不但效率低、安全性差,而且勞動強度比較大,成本也比較高,對于小型礦山難以承受。隨著新材料、新技術和新工藝的不斷發展,深孔分段爆破技術在工程實踐中得到不斷完善,逐步成為一種先進的天井掘進方法。本文運用深孔分段爆破技術對明利鐵礦所需天井進行掘進,并對掘進過程中存在的問題進行探討[1]。

1 礦山概況

明利鐵礦位于山西代縣,于 2001年 8月建成。為了完成對該礦 101巷與上部 102巷之間的 5#礦體進行開采,需要在 5#礦體各巷道的最里端開一個天井,作為 5#礦體開采的自由面。該礦體中段高為20～60 m,以 20 m中段為例 (見圖1),巖石結構為磁鐵石英巖,其硬度為 8～12。

圖1 天井所在礦體截面

2 爆破方案的設計與施工

2.1 天井掘進設計

對于天井掘進,現在使用最多的是從上往下一次鉆孔,然后再從下往上分段裝藥分段爆破的方法。然而由于 102巷支護不好,巷道坍塌嚴重,工作人員在里面打孔作業很危險。為了避免人員傷亡,減少事故的發生,因此采用從下往上一次鉆孔,再從下往上分段爆破的方法。

2.1.1 炮眼組的設計

炮眼組的設計采用平巷炮眼組的原則,并采用中心空孔為自由面的掏槽方式,如圖2中“○”為空孔,中心空孔穿過礦體,與上采空面相通,可以起到通風與掏槽的雙重作用,其余炮眼應該預留 2～2.5 m不鉆通上部。

炮孔數目及排列方式主要與天井斷面、炸藥種類和特性以及礦巖性質有關。本次掘進天井斷面為1.8 m ×1.8 m,炮眼數目為 12個,角度為 90°(見圖2)。

圖2 炮孔布置

2.1.2 掏槽孔與空孔的距離 a由公式 (1)確定 a。

式中:D——中心空孔直徑,mm;d——槽孔直徑 ,mm。

鉆孔設備采用安徽銅陵產中深孔臺車 T-100,空孔和掏槽孔直徑都為 80 mm。所以 a約為0.2 m。

2.1.3 分段高度

在每個循環作業時都要測量孔深和堵孔,花費時間比較多,所以確定每次爆破的最大分段高度,不但可以減少分段次數,同時也可以提高爆破效率。分段高度 H可以按《水利水電施工組織設計手冊》推薦的經驗公式計算:

通過計算 H=1.5 m。

由張電吉等[2]對深井掘進分段爆破試驗研究可知,對于孔深 40 m,孔徑 110 mm,分段高度為 2 m,裝藥長度為 1 m,下部和上部堵孔深度都為 1 m時,爆破效果是最理想的[2]。因此,孔徑 80 mm時,可以將分度高度增加到 2.5 m。綜合公式的計算和試驗研究,本次設計分段高度采用 2 m,裝藥長度 1 m,下部和上部堵孔深度也為 1 m。

2.1.4 裝藥工藝

由于是從炮孔的下部往上裝藥,與傳統的上部裝藥不一樣,因此堵孔技術也不一樣。通過實驗,采用以下堵孔方法:加工一個直徑為 60 mm左右的木楔,在木楔中間穿一根繩,然后用一根細棍將木楔頂入孔內,控制好木楔的高度,并在往炮孔中填入炮泥的同時往下拽著繩,使木楔和炮泥能夠緊密的結合在一起。這時再取出木棍,往孔里填入炮泥并壓實。當炮泥達到所需高度后,再用噴射式裝藥器將所需炸藥噴入孔中,同時裝入相應的起爆雷管和導爆索,最后再用炮泥將孔堵上,其結構見圖3。爆破采用 2號巖石乳化硝銨炸藥,裝藥密度為 0.9 g/cm3。

圖3 裝藥結構

2.1.5 起爆方法

采用非電導爆網絡,正向起爆。起爆網絡采用導爆管雷管和導爆索雙重起爆方式,共分成 3段起爆,時差為 50 ms。其爆破分段見圖2中炮孔編號。

2.2 擴天井

由于 101巷道規格為 4.8 m×4.5 m(三心拱巷道:R=3.321 m,r=1.257 m,墻高 2.9 m)。完成天井的掘進后,需要對天井進行擴展,才能形成后期爆破所需的自由面。擴天井采用深孔裝藥一次爆破,炮眼深度均為 17 m左右,每孔裝藥量為 69 kg左右,炮孔下部堵塞長度為 2～2.5 m,炮眼角度為向上垂直 90°(見圖4),起爆順序按圖4中炮孔編號順序,微差時間為 50 ms。

3 問題探討

3.1 鉆孔精度

對于中段高度為 20 m的 5#礦體東部,使用中深孔臺車能夠保證其鉆孔精度,施工過程中,孔位偏差很小,然而當中段高度為 50～60 m時,孔位偏差就很大。出現這種情況,首先是由臺車自身的鉆孔誤差產生的。其次就是當鉆頭穿過軟巖向硬巖鉆進時,鉆頭的方向不易和硬巖的層面垂直,容易沿層面鉆進,從而出現偏差。所以施工人員要熟悉礦體的地質情況,施工時要實時調整鉆進速度,減少偏差。

3.2 爆破后炮孔堵塞

各個分段爆破后,經常會出現炮孔被堵塞的情況。造成堵孔的原因主要是出現拒爆、上部孔內掉下石塊、炮孔堵塞太高等等。為了防止堵孔,應該采取以下措施:采用雙雷管或者導爆索輔助起爆,防止拒爆;準確測定礦體水平構造,適當的控制爆破分段高度,同時控制好裝藥高度,使所有的裝藥高度保持在同一水平,防止孔內掉塊。出現堵孔后,需要鉆機進行清孔,以保證下次順利裝藥。

3.3 裝藥密度

裝藥密度是影響爆破效果好壞的一個重要因數。為了達到所需密度,采用噴射式裝藥器進行裝藥。由于粉狀 2號巖石乳化硝銨炸藥噴射到炮孔時,受自身重力影響不能和炮孔頂部很好粘結,從而影響了裝藥的質量,使裝藥不均勻,不能達到所需的密度。所以在裝藥前,在不影響炸藥性能的情況下,應該往炸藥中加入少許的柴油,增加炸藥的粘度,使炸藥和巖石能很好粘結在一起,達到所需的密度。對于擴天井的炮孔,裝藥量很大時,應該采取一次少裝、多次裝藥的方法。

4 結 論

運用深孔分段爆破技術,完成了 5#礦體所需天井的掘進。通過爆破試驗證明,深孔分段爆破技術不但安全性好、勞動強度低、掘進效率高,而且降低了掘進成本。其價值會隨著新的爆破材料和爆破設備的運用,得到更大的體現,運用也會越來越廣。

[1]劉天生,陳愛武,王鳳英.近代爆破技術 [M].北京:兵器工業出版社,2007.

[2]張電吉.深井掘進一次成孔分段爆破試驗研究 [J].爆破,2002,19(3):36-37.

2010-08-28)

任 江 (1985-),男,四川綿陽人,在讀碩士生,主要研究方向為現代爆破技術,Email:woshirenjiang112@163.com。