中深孔輔助切割槽天井鉆機(jī)一次爆破成井技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

姜福允 皇甫風(fēng)成

(新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司 哈巴河縣 836700)

1 引言

某地下銅礦上部采區(qū)的主要的采礦方法為無(wú)底柱分段崩落法，采場(chǎng)沿走向布置，采用YGZ-90鉆機(jī)施工上向中深孔，切割槽形成方式為“人工切割天井+切割中孔爆破”，采用BQF-100氣動(dòng)裝藥器裝粉狀硝銨炸藥，雙發(fā)毫秒導(dǎo)爆管雷管孔底復(fù)式起爆的方式形成切割槽。在人工自下而上施工切割天井過(guò)程中，作業(yè)環(huán)境差、浮石多、風(fēng)險(xiǎn)大，且天井頂部需預(yù)留原巖保護(hù)層，使拉槽中深孔爆破效果差，切割槽不能貫通上分段，影響生產(chǎn)。本文介紹了利用新型切割槽天井鉆機(jī)施工切割大孔，在切割大孔周邊布置垂直深孔，一次爆破形成切割天井的施工方法，保證切割天井、切割槽可靠貫通覆蓋層，使生產(chǎn)順利進(jìn)行。經(jīng)實(shí)踐證明，該方法安全、高效、經(jīng)濟(jì)，綜合效果明顯。

2 采場(chǎng)情況及以往經(jīng)驗(yàn)

區(qū)段礦體為硫銅礦，采場(chǎng)回采標(biāo)高為784m～802m分段，無(wú)水害，礦石為氧化礦，普氏硬度＜8；上下盤為凝灰?guī)r，圍巖蝕變強(qiáng)烈，較為破碎。采準(zhǔn)工程斷面較小，為3m×3m，出礦巷道和中深孔鑿巖巷道均采用“錨桿+網(wǎng)片+噴漿”支護(hù)方式。采場(chǎng)分段高度為17m～20m,采幅寬度12m～15m,采場(chǎng)沿走向布置，采用YGZ-90鉆機(jī)施工上向中深孔，鉆孔直徑60mm～75mm。切割巷道垂直于礦體走向布置，3.2米寬、3米高；切割巷道施工完成后，在其內(nèi)施工切割天井和上向垂直中深孔，切割排中深孔爆破后，正排扇形孔以切割槽內(nèi)的散體礦石為自由面擠壓爆破后出礦。在以往的生產(chǎn)中，采場(chǎng)切割天井由作業(yè)人員在破碎的礦體中上向炮掘施工，效率低、風(fēng)險(xiǎn)大；為避免上分段覆蓋層對(duì)作業(yè)人員造成打擊，天井上部需預(yù)留不少于2米的原巖保護(hù)層，使隨后的切割鉆孔爆破效果差。我們按照此模式施工4條切割槽，僅一條貫通上分層，其他三條均形成2米～6米厚的懸頂，后期經(jīng)過(guò)補(bǔ)孔、爆破后才貫通上分段。每次處理懸頂，需補(bǔ)充施工中深孔超過(guò)1200米，補(bǔ)充爆破的粉狀炸藥3100公斤，雷管160發(fā)以上，導(dǎo)爆索和其他材料若干，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加，并延誤工期15個(gè)作業(yè)班以上。因此，需要采用更為安全可靠的辦法解決這一難題。

3 采用中深孔輔助切割槽天井鉆機(jī)一次爆破成井技術(shù)

考慮到巖石破碎影響作業(yè)人員安全及預(yù)留層導(dǎo)致天井難以貫通，排除了人工施工切割井的方案；上分段存在大量覆蓋層，也無(wú)法使用VCR拉槽爆破成井技術(shù)；期間我們?cè)囉眠^(guò)上向中深孔無(wú)切割井拉槽爆破和平行中深孔爆破成井，但因?yàn)榉侄胃叨却蟆r石破碎、傾斜鉆孔偏斜率難以控制及初始補(bǔ)償空間太小等原因，爆破的成功率和效果都很差。若有較大的初始爆破補(bǔ)償空間，嚴(yán)格控制鉆孔偏斜，即使分段高度較大，也能利用中深孔爆破形成切割天井，而采用CY-R40C型切割槽天井鉆機(jī)施工切割大孔能有效解決這一問(wèn)題。

該切割槽天井鉆機(jī)具備硬巖作業(yè)能力，移動(dòng)方便，安全可靠，操作靈活，能施工60米高的Φ 500mm～700 mm的上向切割井（大孔），并可以反井掘進(jìn)；施工的切割大孔能最大限度接近上分段的覆蓋層，無(wú)安全風(fēng)險(xiǎn)。為了滿足設(shè)備作業(yè)空間，需施工切割硐室，切割硐室沿切割槽方向布置，長(zhǎng)×寬×高為7.3 m×2.5 m×4.9 m，硐室底板無(wú)需澆砼，在切割巷道頂板向上刷高即可，硐室頂部仍按照原有支護(hù)方式，并預(yù)留切割大孔位置。

在784m分段切割巷道中，施工2～3個(gè)上向切割大孔，孔口進(jìn)行可靠的安全防護(hù)；之后，在大孔周邊用YGZ-90鉆機(jī)，施工垂直上向中深孔作為擴(kuò)井孔（如圖1所示）；切割大孔位于采場(chǎng)切割槽一端，施工三個(gè)大孔時(shí)呈“品”形布置，兩個(gè)孔時(shí)呈“一”字型布置，在保證大孔不串孔及便于作業(yè)的情況下，相鄰切割大孔應(yīng)盡量靠近，孔間實(shí)體礦石厚度應(yīng)控制在0.4m～0.8m；大孔間的實(shí)體部分布置13～18個(gè)擴(kuò)井中深孔，孔間距不大于0.4m。擴(kuò)井孔完成后，穿鑿其他切割中深孔，排距為1 m，孔距0.65 m，孔徑為60～75mm。拉井爆破時(shí)，選擇8～12個(gè)擴(kuò)井孔，進(jìn)行全孔一次性耦合裝藥，裝藥系數(shù)約為80%；選取多個(gè)段次的起爆雷管，較低段位敷設(shè)于大孔之間的擴(kuò)井孔，較高段位依次布置在大孔周邊的其他擴(kuò)井孔，利用切割大孔作為自由面進(jìn)行起爆，形成2.5×2m2的切割天井。然后，以切割井為自由面，對(duì)槽區(qū)其他切割孔裝藥、連線、爆破。

按照此方法，我們已經(jīng)成功貫通8條分段采場(chǎng)的切割井，切割槽爆破成功率為100%，避免了懸頂導(dǎo)致的補(bǔ)孔處理和成本、工期浪費(fèi)，效果顯著。

4 中深孔輔助切割大孔一次成井與人工天井成井比較

切割槽天井鉆機(jī)施工切割大孔，無(wú)需人工穿鑿天井，降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了人工作業(yè)時(shí)可能發(fā)生的高處墜落、冒頂片幫、中毒窒息等風(fēng)險(xiǎn)，安全可靠；機(jī)械化施工也縮短了工期，能形成合格的切割天井，成槽率高。

現(xiàn)將中深孔配合切割槽天井鉆機(jī)爆破拉井與人工上向炮掘形成切割天井進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，切割大孔+中深孔爆破一次成井技術(shù)，總切割工程量（切割巷道+初始天井）174.2m3,低于人工炮掘天井切槽總切割量205.1m3；需多施工擴(kuò)井中深孔252m；成井炸藥390kg，大于人工上向炮掘天井140kg；拉井一次性爆破12孔，雷管26發(fā)，導(dǎo)爆索36m，費(fèi)用低于多次上向人工炮掘方式的270發(fā)雷管的費(fèi)用；工期方面，炮掘人工天井進(jìn)度1.5米/作業(yè)班，需9個(gè)班成井，且不能貫通，而3個(gè)切割大孔準(zhǔn)備時(shí)間、施工時(shí)間與收尾時(shí)間合計(jì)4個(gè)作業(yè)班，擴(kuò)井中孔施工需3個(gè)班，節(jié)省了2個(gè)作業(yè)班；成功率方面，中深孔輔助切割大孔一次爆破成井成功率100%，遠(yuǎn)高于人工炮掘天井成功率25%，可靠性明顯；而人工炮掘天井爆破不成功導(dǎo)致的補(bǔ)孔、爆破直接費(fèi)用不小于5萬(wàn)元/次，相比之下，切割大孔+中深孔一次成井爆破方式優(yōu)勢(shì)明顯。

圖1

表1 施工切割大孔+中深孔成井、拉槽與人工炮掘天井+中深孔成槽對(duì)比（切割槽15m長(zhǎng)、19m高）

5 結(jié)論

（1）切割槽天井鉆機(jī)施工切割大孔，為拉井爆破提供較大的初始補(bǔ)償空間，施工安全性好；此作業(yè)方法，符合“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人”礦山發(fā)展理念，避免了掘井的活勞動(dòng)，保證了人員安全和職業(yè)健康。

（2）中深孔輔助切割大孔一次爆破成井技術(shù)在可靠性方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，降低了切割槽懸頂處理期間造成的工期延誤、成本增加和人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）三個(gè)切割大孔能形成較大的補(bǔ)償空間和井區(qū)，可靠性更高。

（4）擴(kuò)井孔均為垂直鉆孔，鉆孔偏斜率易于控制，若能施工較大斷面的采準(zhǔn)工程，采用采礦鑿巖臺(tái)車施工中深孔，偏斜率將進(jìn)一步降低。

（5）中深孔輔助切割大孔一次爆破成井方式，特別適用于采場(chǎng)上分段無(wú)法或者難以施工的情況，可以在分段空?qǐng)龇ú蓤?chǎng)和大段高大直徑深孔采場(chǎng)使用，也可以推廣到通風(fēng)天井、溜井等的施工、擴(kuò)井等，應(yīng)用廣泛。