中深孔一次成槽法在松軟破碎礦巖中的應用

艾樹賢

（江西天億礦業有限公司，江西 貴溪 335424）

1 引言

隨著東同礦業V號礦體在-280m中段東區和-325m中段西區進入殘采階段，剩下的大部分殘采礦石都在松軟破碎礦體中，周邊采空區使頂板應力更強，造成圍巖穩定性差，且礦體傾角小、厚度薄，礦石貧化難以控制，采用以往方式開采容易冒頂，危害出礦和爆破等作業人員的安全，且爆破后，大塊多，采礦效率低。針對這種礦體，尋求一種高效、安全的回采方法在地下松軟破碎巖層礦石回采方面的研究十分重要，其中拉槽方法又是研究的重要方面。借鑒東同礦業在“一次成井”技術在松軟破碎礦體中的成功應用及廣泛推廣［1］，在此基礎上采用斜孔代替切割槽內鑿巖拉槽形成無切割天井拉槽法［2］。實踐證明：無切割井拉槽法在礦石不穩固或不便于施工切割天井及切割平巷的地方使用最合適［3］，不僅施工安全可靠，而且大大減少了掘進工程量，加快了采掘銜接速度，降低了采礦生產成本。

2 地質概況

東同礦業公司井下5號礦體賦存于粘土巖和花崗斑巖的結合部位，受F1和F2被東向斷裂破碎帶控制，礦石以原生黃銅黃鐵礦為主，膠狀黃鐵礦和黃鐵礦次之，黃銅黃鐵礦石中的裂隙較發育，巖體不夠完整，穩定性較差，礦石f為7～10，礦石比重為3.56t/m3。礦體頂、底板圍巖主要為破碎硅化砂巖夾砂質頁巖。巖石均較破碎，構造節理，裂隙發育，圍巖f為5～6。5號礦體埋藏標高從0m到-450m以下，礦體沿傾斜延伸長度最大可達580m，傾角一般為40°～45°，礦體厚度一般10～30m，最厚可達62.58m，平均14.69m。

3 采礦方法的提出

東同礦業公司井下5號礦體的貧礦開采都是使用“有底柱分段空場嗣后尾砂膠結充填采礦法”。

V號礦體已有的開拓、采準工程全部布置在礦體上盤。切割進路垂直礦體布置，切割平巷沿走向布置，為了提高礦石回收率，切割進路端部和切割平巷必須延伸至礦體下盤。在礦體下盤施工切割天井和切割槽，爆破后形成槽體空腔，為后續爆破提供補償空間和爆破自由面，最后形成自上而下的空場臺階。而在實際生產中，局部破碎礦體下盤切割天井難以施工，切割平巷很難靠近礦體下盤，切割進路和切割平巷要進入礦體下盤，所需的支護工程量和成本難以控制，且效果不明顯，切割進路和切割平巷不能延伸至礦體下盤，就無法進行鑿巖爆破，這樣就會造成大量三角礦石資源的浪費。

礦體下盤切割天井難以施工，切割平巷難以靠近礦體下盤，主要原因是礦體下盤是V號礦體底板直接圍巖主要為破碎硅化砂巖夾粉砂巖或風化、泥化花崗斑巖及頁巖，礦體頂板直接圍巖主要為鐵質硅化巖，局部為破碎花崗斑巖、砂巖等。礦體底板圍巖裂隙較發育，巖石性質較為破碎，尤其是粉砂巖和風化泥化蝕變花崗斑巖及頁巖極破碎松軟，穩定性較差。若按普通法人工向上掘切割天井，礦巖節理、裂隙片落，容易造成安全事故的發生，給生產帶來巨大的安全隱患。為解決此項難題，東同礦業組織攻關，尋求一種適合本礦地質條件的采礦方法。針對礦體下盤難以形成切割天井，礦體不太穩固的特性。為了保證切割槽的質量，對井下現場進行了多次試驗和分析，結合現有的巷道斷面規格及采掘設備條件，參考相關資料，總結以往工作經驗，在借鑒“一次成井”技術的成功應用和推廣的基礎上，設計采用了適合本礦地質條件的無切割天井中深孔拉槽法進行拉切割槽。

4 無切割井拉槽法構成要素

切槽的設計是在沒有施工切割短平巷及切割天井（提供爆破自由面及補償空間）的前提條件下，直接在單元端部的爆破進路中布置5～7排平行及扇形炮孔，使用YG90鉆機鑿巖。

設計切槽尺寸：寬度12.5m，長度2.5～3.4m，高度8～10m。

5 鑿巖設備及參數

根據礦山現有的鑿巖設備以及新選擇的爆破參數，即采用YG90導軌式鑿巖機，鉆鑿垂直上向平行孔及上向扇形炮孔。鉆孔直徑60mm，最大孔深12m，最小孔深2.7m。

6 爆破參數

（1）炮孔布置方式。

布置5～7排平行及扇形炮孔，排距在0.5～0.8m，巖性軟弱布置5排，巖性中等布置6排，巖性硬布置7排，在每排中間施工3～5個平行垂直孔，在中間前后沿切割進路向布置2～4個垂直孔，孔間距為0.3～0.5m，然后在垂直孔兩邊施工正常的扇形孔，中間1排為掏槽孔，采用龜裂掏槽(縫隙掏槽)進行掏槽，在中間掏槽孔旁邊平行或垂直布置2～3個與掏槽孔直徑和長度相同的不安裝炸藥的空孔，利用空孔作為自由面和補償空間，緊靠空孔的裝藥孔爆破后，形成一個較大的空腔，作為新的自由面。然后將周邊的平行炮孔及扇形中深孔按照一定的順序向空腔方向依次爆破崩落,直到最后形成設計要求的切割槽。見圖1。

圖1 掏槽孔裝藥布置方式

由于切割孔較深，而孔距又小，在施工平行垂直孔時現場作業環境、機械設備和操作人員等因素影響，鑿巖時必須嚴格垂直上施工，提高鑿巖精度防止中深孔角度鑿偏而導致孔與孔之間相互穿透，影響爆破效果，因此鑿巖精度的高低，是一次成槽爆破成敗的關鍵。如圖2所示。

圖2 一次成槽炮孔截面圖

（2）炮孔爆破參數的確定。

切槽最小抵抗線0.50～0.70m；最大孔底距為1.2～ 1.6m（扇形炮孔），最小孔底距0.3～0.5m（垂直平行炮孔）；爆破補償空間系數為30%以上。

（3）裝藥結構和裝藥量。

使用2#巖石乳化炸藥，每個藥包直徑45mm、長度45mm、重量800g，孔內采用連續裝藥，裝藥系數為65%～85%（其中掏槽眼85%，輔助眼75%，周邊眼65%）。

爆破切割槽的所有裝藥孔最好采用炮泥、木栔填塞，如果用炮泥填塞困難，可選用廢紙箱或炸藥包裝袋代替，將廢紙箱用水浸泡后塞入炮孔搗實,填塞長度不得大于炮孔抵抗線的長度。

（4）孔內起爆方式。

孔內采用多點起爆，即每個炮孔安裝2發秒差雷管（孔口及孔中央），如圖3所示。

圖3 單孔裝藥及雷管方式

（5）起爆網路及起爆間隔時間的確定。

采用龜裂掏槽方式（又稱縫隙掏槽）［5］，用導爆管和導爆索聯合起爆復式網絡，通過放炮母線利用MFd-200型發爆器實行一次性起爆管，接著起爆管引爆主導爆索，之后主導爆索引爆所有孔內非電秒差雷管，最后引爆孔內導爆索及炸藥，實現擠壓爆破，按照掏槽眼、輔助眼、周邊眼的爆破順序每個炮孔依次起爆，實現“一次成槽”。

7 爆破效果及評價

“一次成槽”拉槽效果可靠，切槽空間體積達到了設計要求；風險較小，對采場頂板、拉底眉線口及相鄰巷道的支護沒有發生明顯破壞作用，同時規避了靠近拉槽排炮孔變形的風險［6］。

“一次成槽”優點：

（1）減少天井、切割短平巷的切割施工工序，大大減少了切割工程量，降低采掘比，節約了采礦成本，加快了單元采場銜接速度，提高了出礦生產能力。

（2）避免了采用普通法施工天井的不安全因素，確保了作業人員的安全。

（3）縮短了單元采礦周期，不僅減少了炮孔變形量，提高了爆破效果，減少了礦石大塊率，而且減少了采空區頂板脫落的機會，為控制頂板脫落提供了有利條件。

（4）避免了所有多分段切槽同時爆破，大大減少了一次性爆破炸藥量，減少爆破沖擊波及爆破震動波對采場頂板圍巖及相鄰切割巷道的破壞。從而減少采空區頂板脫落及巷道返修支護量等。

（5）避免了拉底切槽處礦石長時間堆積氧化產生毒氣，減少了相鄰采掘生產的影響。

（6）避免了拉底上天井處斜孔安裝雷管、炸藥施工不安全因素（天井里面的松石經常脫落）。

（7）一次成槽爆破效果比拉底上天井處斜孔的爆破效果要好，從而減少了礦石的損失。