中深孔爆破—溜井分層全斷面掘進法在大紅山鐵礦的應用

楊德源

摘 要：在天、溜井的掘進過程中，常見的施工法有普通法、吊罐法、爬罐法、天井鉆機掘進法等，使用較多的還是普通法、和吊罐法，在一些大規模的采礦工程，一次掘進天、溜井段高較大（30m至100m不等，甚至更大），則天井鉆機掘進法是當前不二的選擇，文章將介紹中深孔爆破-溜井分層全斷面掘進法在大紅山鐵礦溜井掘進過程中的成功案例。

關鍵詞：溜井掘進；施工法；中深孔爆破

1 工程概況

玉溪大紅山礦業有限公司400萬噸/年工程于2006年底建成投產，井下采礦區域主要分為中部I采區、中部II采區（南翼采區：中部II采區的持續工程）和深部采區，階段運輸系統設在380m標高，采礦控制標高為380m至675m。中部II采區和深部采區采場礦石通過采區溜直接下放至380m運輸中段，采用10m3底側卸式電機車運輸至卸載站卸載，而中部I采區采場礦石，先卸至采場溜井，再運用無軌設備運輸至380m運輸中段主控溜井。由于中部I采區采礦礦石采用接力式運輸、卸載，生產效率較深部采區和中部II采區低。

新增1#溜井主要是為了加快中Ⅰ采區的下降速度，緩解以后南翼采區與中Ⅰ采區的生產矛盾，其井底井口標高為380m和480m，新增1#溜井在400m分段的聯道已到位，已具備從400m分段向上分段掘進的條件，380m至400m段的豎向工程，排碴作業在380m有軌運輸中段進行，無軌設備不能直接進行操作且受到機車運礦的影響，導致工程進度較慢，再加之，溜井在380m至400m段正處于侵入體（輝長輝綠巖）中，巖石相當破碎，層理發育，穩固性較差，采用普通法掘進存在較大安全隱患。

2 施工進度及現狀

新增1#溜井，380m至400m段的掘進工程，底部硐室已基本形成，豎向工程的掘進位置距380m巷道底板約7m左右，還剩余13m的工程量，掘進位置的巖石類型為輝長輝綠巖，巖石穩固性差，層理發育，在施工過程中巖石會自動冒落，受生產爆破的影響，片幫現象嚴重，雖然施工人員已進行了錨桿臨時支護，相關部門人員經現場觀察，發現仍然存在較大安全隱患，須另行實施掘進方案為宜。

3 施工措施及處理方案

經采相關人員到現場確認，通過綜合討論分析，對目前的施工條件及現狀，提出以下處理方案：

方案一：作業前后認真清理頂板、邊幫不穩固巖石，加強臨時支護（錨桿支護）工作，取消原設計的普通法施工，運用地質鉆機，采用下向中深孔分段裝藥崩落法進行處理，為了避免在施工底部礦倉中進行二次掘進爆破作業，溜井掘進斷面尺寸為？準5×5m為宜，分三次爆破，一次掘進到位，直接進入支護、澆灌、安裝等工作。

方案二：與方案一不同之處在于溜井掘進斷面尺寸為？準3×3m，在此基礎上于溜井底部進行刷大，完成底部礦倉的掘進作業。

兩方案進行比較，方案一增加了排碴量，但安全性較高，工序相對簡單；方案二雖然能合理控制掘進工程量，但在施工溜井底部礦倉時，還需組織二次掘進爆破工作，施工人員頻繁在巖石破碎的暴露面下作業，安全隱患較大。

建議選擇方案一對新增1#溜井380m至400m段進行施工。

4 設備的選擇、鉆孔參數及施工方法

4.1 設備的選擇、鉆孔參數

根據公司的生產現狀，設備選用礦業公司現有地質勘探鉆機，孔徑？準75mm，掏槽眼？準77mm，鉆孔參數及鉆孔工程量見表1。

在施工過程中，為了保證爆破作業能達到預期效果，保證輔助眼有足夠的補償空間，對掏槽眼進行加密，加大裝藥量，以達到預期的效果。

在實際操作中，井筒中心掏槽預留6個空孔，布置5個裝藥孔；布置6個輔助孔、10個周邊孔，共27個空，其中裝藥孔21個。

4.2 爆破參數

（1）單位體積炸藥消耗量q

根據地勘資料，圍巖類別為Ⅱ-Ⅲ類，為特堅固性巖石，普氏系數f=12～14，根據相關資料取炸藥單耗q=1.78kg/m3。

（2）炮孔直徑d和鉆孔深度L

根據現有設備和參考大紅山銅礦的裝藥填塞裝置炮孔直徑取d=75mm，炮孔深度見表1

（3）最小抵抗限W

（4）孔網參數a、b、m

掘進措施，分三次爆破，每循環進尺3m至5m左右，從400m分段以下位置逐步貫通，采用乳化炸藥，炸藥密度為1.1g/cm3，經計算裝藥密度取4.86kg/m，裝藥系數取0.7。

（5）炮孔數量N

為了保證爆破效果，在井筒中心布置6個孔徑為75mm的掏槽眼，為爆破提供自由面，布置6個裝藥孔掏槽，再布置輔助眼6個、10個周邊眼，則總的炮孔數量為27個，其中裝藥孔位21個。

（6）單個炮眼裝藥量Q眼

（7）每循環裝藥總量Q

4.3 爆破方式

采用分段微差爆破，由井筒中心向周圍分段微差爆破，運用起爆器磁電復式起爆網絡。

4.4 裝碴運輸

出碴采用扒碴機扒至2m3電機車，經380有軌運輸系統提升至720卸載站放至自卸式汽車，廢石運至南部廢石場，富礦運至富礦堆場，貧礦運至外委選廠或50萬噸/年地面礦倉。

4.5 通風

通風直接利用原有通風系統，不單獨設置局部風機和風筒。

4.6 防塵

炸藥爆炸時，產生濃烈的炮煙，爆轟波將巖體破碎，粉塵籠罩整個掌子面，放炮后最初幾分鐘粉塵濃度超國標40倍，且持續時間較長，是造成矽肺的主要原因，為了盡量縮短放炮后等待時間，達到快速防塵的目的，采用風水混合噴霧防塵。風壓力5kg/cm2，水壓力3-4.5kg/cm2，耗水12升/min，自制鴨嘴式噴霧器。噴霧器正對作業面，距掌子面10m，采用人工控制，閘門設置在距掌子面30米以外，通過噴霧措施，可在炮響后15分鐘將掌子面粉塵濃度降至國標2mg/m3左右。20分鐘達標，人員可進入工作面作業。

裝碴防塵：采用機械裝碴時，粉塵濃度一般在國標的15倍左右，可采用人工灑水防塵，向爆堆灑水，沖洗作業面后20米以內的巖幫，達到防塵目的。

4.7 臨時支護措施

出碴前對周邊巖石狀況進行認真檢查，并對浮石進行清理，破碎地段采取必要的支護手段，比如錨桿支護，立柱支護等，保證作業場地的安全。

5 注意事項及安全措施

（1）爆破前做好警戒工作，通知受影響的各單位，按礦業公司相關規定執行爆破指令；（2）鉆孔前對400m、380m分段相關部位做好實測工作，保證掏槽眼所鉆的位置與井筒中心坐標一致；（3）對400m分段1#溜井口附近的巷道邊幫進行適當處理，保證足夠的鑿巖空間。（4）爆破、出碴完成后，對剩余炮眼進行認真檢查，確保炮眼的完好并對剩余炮眼長度進行精確地測量；（5）爆破、出碴量在原設計上會有所增加，理論計算本次爆破量為240m3；（6）在進行爆破作業時嚴格按礦業公司相關規定執行。

6 結束語

中深孔爆破-溜井分層全斷面掘進法，在大紅山鐵礦首次運用，是一次大膽的探索和嘗試，為以后類似工程的施工奠定了基礎。

對于地質條件較差，巖石穩固性弱，采用普通法對天溜井進行施工掘進存在較大安全隱患，中深孔爆破-溜井分層全斷面掘進法有較好的推廣意義。

中深孔爆破-溜井分層全斷面掘進法，適用于20m段高，且上下已形成硐室或巷道工程的天溜井掘進。且該法還可進一步對爆破參數進行優化。