新民金礦天井掘進技術的改進及應用

殷雨萌

（遼寧省第四地質大隊有限責任公司，遼寧 阜新 123000）

天井工程是礦房施工工程中最難也是最重要的工程，其掘進的快慢和質量影響整個礦房的施工。在天井施工方法上，國內有許多成熟的方法，如吊罐法、中深孔爆破法、邊鑿巖掘進邊支護方法等。天井的長短受礦房高度影響，新民金礦礦體賦存條件影響采礦方法的選擇，主要是分段鑿巖階段礦房法，段高40m，天井在兩側間柱內布置。早期施工方法為邊鑿巖掘進邊支護方法，但是其效率已經跟不上礦山的發展，因此，要尋求一種方法改善現狀，針對中深孔爆破方法在天井掘進方面的應用，本礦山對其進行改進，從而適應本礦山的需求。

1 礦房地質情況及以往工程情況

（1）地質情況。礦床賦存于太古界建平群中，受東西向展布的上排山樓～候其營子大型韌性剪切帶控制。礦區內有5條金礦體，即T1、T1-1、T2、T3、T4號礦體，其中T1-1礦體已采空），礦體分布于蝕變糜棱巖帶中，礦巖界限不清，呈漸變關系。礦體呈似層狀產于F1斷裂下盤，走向近東西，傾向北，傾角50°～80°。T1礦體：長度350m，平均寬度8.8m，礦體在59～55線比較厚大，向東逐漸變薄。礦體頂、底板巖層較穩定，在巖土工程地質特征值內摩擦角C=45°，粘聚力Q=54MPa，干（PC）抗壓強度175MPa，軟化系數0.85（kb）。綜上所述，該礦區工程地質條件中等。以402礦房為研究對象，該礦房位于59～57線之間，100m標高-140標高之間，礦房走向長50m，上部為140m中段302礦房底柱。此礦體垂直厚度14米左右，傾角55°，頂底板為糜棱巖，礦巖比較穩固。

（2）采礦方法與采切工程布置。此礦塊采用分段鑿巖階段礦房法，采用單側塹溝的電耙道出礦的底部結構，淺孔切槽，中深孔落礦。在100m中段57線穿脈巷道上，沿走向、傾角為10°、方向252°，布置1條傾斜沿脈耙臺，耙道的回風，通過耙道聯絡道與天井436#110m標高天井聯絡道相連，通過天井通風聯道利用天井通140m中段巷道回風。在耙道上布置8條斗穿，與礦體內104m～110.8m中切相通。沿104m～110.8m中切利用中深孔爆破形成一條塹溝，礦石通過塹溝、斗穿落入耙道上。自104m標高-110.8m標高為底板標高，布置沿走向、傾角為10°、方向252°的傾斜鑿巖巷。在礦房東側布置淺孔切槽。

（3）以往工程情況。本礦山以往的天井施工主要是邊鑿巖掘進邊支護，天井內分兩側，一側是行人通風，設有梯子間，另一側為天井出渣溜井，中間應用木板攔擋。此類方法施工效率低，工期長，材料消耗大，成本高，安全隱患多。礦房的整體施工工期受天井影響，在以往天井施工時，通風困難，掘進爆破后需要人工清理現場和支護，導致勞動強度大，危險系數高，是整個井下施工安全隱患的重點。

2 天井工程施工方案優化設計

2.1 施工方案選擇

根據天井施工方法及采礦方法，本礦山選擇中深孔施工天井。采用YGZ-90鑿巖機施工中深孔，炮孔直徑為55mm，礦山井下階段高度是40m，根據實際施工經驗，中深孔的有效長度在15m以下，超過15m后鉆孔的位置會發生偏離，誤差增大，所以鉆孔控制在15m。天井的傾斜角度控制在55°～65°之間，天井長度在45m上下，據此天井分三層鑿巖施工，由下至上施工順序：首先在間柱施工一條鑿巖巷道用于施工中深孔，按照天井設計的位置及規格施工中深孔～裝藥爆破第一層～出渣、初步支護～施工第二層鑿巖巷道～施工中深孔～裝藥爆破第二層～出渣、初步支護～施工第三層鑿巖巷道～施工中深孔～裝藥爆破第三層～出渣～由上至下總體支護、同時施工聯絡道。

2.2 天井工程布置

天井布置在礦房兩側間柱內，規格是2.5×1.5m（寬×高），傾角按礦體底板角度進行優化。最高為65°，最低為55°。由下到上分三層進行施工，在100m標高先施工鑿巖運輸巷道，然后施工中深孔到115標高，施工一段進行爆破，一次成井。在115m標高施工鑿巖巷道，施工中深孔到130m標高，爆破成井，在130m標高施工鑿巖巷道，施工中深孔到140m標高，爆破成井。按照分層方法依次施工，直到整個天井完成。

天井設計圖：

2.3 中深孔布置及爆破

2.3.1 中深孔布置

按照一次成井布置中深孔，中深孔布置分為掏槽眼，輔助眼和周邊眼，采用星型掏槽，中間眼裝藥，周邊4個眼為自由面。

2.3.2 掘進爆破參數設計

以天井斷面3.75㎡進行爆破施工設計，平行空眼直線掏槽，星型布置，周邊布置空眼進行光面爆破，其余布置輔助孔的爆破方案；一次進尺15m～18m。斷面為3.75㎡，巷道斷面及掏槽孔布置見圖（3）。

爆破參數設計如下：

圖3 天井斷面中深孔布置圖

（1）炮孔直徑。炮孔直徑的大小取決于鉆孔機具、炸藥性能及井巷作業條件的限制，本設計中選取YGZ-90鑿巖機風動鑿巖機，鉆孔直徑為55mm。

（2）炮孔深度。炮孔深度的大小不僅影響掘進效率，而且影響爆破效果和絕境速度。炮孔深度與掘金斷面、作業循環次數、巖石堅固性系數有著必然聯系，由于巖石堅固性系數較大一般f=10～12之間，本設計中鉆孔深度設計為15m。

（3）炮孔布置及炮孔數。炮孔數目與掘進斷面、巖石性質、炮孔直徑、炮孔深度和炸藥性能等因素有關。在保證爆破效果的前提下，減少炮孔數目有利于提高工作效率，確定炮孔數目設計位18個，實際施工過程中可根據實際情況調整。實際布孔周邊孔距為500m，靠近周邊孔的輔助孔距離為550mm，輔助孔間孔距、排距均為600mm，整個斷面布置炮孔18個，具體炮孔布置見天井中深孔布置圖。

（4）炸藥單耗。炸藥消耗定額直接關系到工程成本，定額的大小與炸藥性能、巖石性質、巷道斷面大小、炮孔深度直徑等因素有關。炸藥單耗可按0.5kg/噸選取。

（5）裝藥參數設計。掏槽孔參數：本設計掏槽孔5個，其中中心孔一個孔裝藥，孔深15m；其余4個掏槽孔均勻分布在一中心孔位圓心，半徑為200m的圓上，孔深16m，不裝藥。中心孔裝藥高度為14.5m，裝藥量為35kg；

周邊光爆孔參數：設計中周邊孔位8個，孔深15m布置在輪廓線上，鉆孔過程中設備能準確布置在輪廓線上，由于鉆孔長度大原因的影響，因此鉆孔過程中孔底要落在輪廓線外20mm～50mm處；全部裝藥，最后起爆，其參數如下；孔距：E=（8～18）d=12×42=504mm實際取500mm；光爆層厚度：W=（10～12）d=12×42=504，實際取550mm；周邊孔密集系數：S=E/W=0.91；每孔裝藥量：35kg；總裝藥量：Q2=280kg；

輔助孔參數：實際施工過程中，靠近周邊孔的輔助孔距周邊孔距離550mm，輔助空間孔距為600mm；以孔深15m設計：每孔裝藥量為：35kg；炸藥單耗為：2.4kg/m；連續裝藥，輔助孔總裝藥量為：Q3=140kg；一次爆破總裝藥量：Q總=Q1+Q2+Q32；Q總=455kg。

（6）爆破網絡設計。天井爆破采用非電導爆管起爆網絡，因該礦為開采金礦石，本設計中只考慮防止靜電、抗雜散電流對爆破網絡的影響，為保證施工安全，采用非電導爆管復式網絡。爆破過程中，孔內使用2、4、6段非電導爆管雷管，導爆管連接網絡，激發器起爆。爆破采用微差爆破，掏槽眼先爆破，為后續爆破提供自由空間，然后是輔助眼爆破，最后是周邊眼爆破。一次爆破成井。

3 結論

采用新的中深孔爆破掘進天井技術，較之前邊鑿巖掘進邊支護方法效率提高，工期縮短，成井質量好，節約成本。安全方面也有所提高。加快了礦房采準的工程速度，為本礦山發展提高了便利。也為類似礦山天井掘進提供了借鑒。