黃山南銅鎳礦切割槽快速形成技術及應用

田貴有 李再易 亞呼甫 康泰福

摘要：切割槽的形成速度直接影響采場投產的進度和效率。切割槽快速形成技術包括切割天井快速形成和深孔側向爆破拉槽方式，而中深孔爆破一次成井法是切割天井安全快速掘進的有效途徑，切割天井和自由面形成后，再進行階段深孔側向爆破拉槽。以黃山南銅鎳礦為例，采用切割槽快速形成技術，應用效果較好。工程實踐表明：切割槽快速形成技術，即采用切割天井快速形成+深孔側向爆破拉槽的方式能夠快速形成切割槽，該技術具有成井速度快，施工安全高效、成本低、勞動強度低、工作安全等優點，有助于礦山井下采場快速形成出礦能力，可供同類型礦山參考借鑒。

關鍵詞：中深孔爆破;一次成井;切割槽快速形成技術;深孔側向爆破拉槽;切割天井

中圖分類號：TD235.4文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2020）06-0032-04?doi：10.11792/hj20200607

引?言

切割槽是采場正排炮孔爆破的初始自由面和補償空間，采場正排爆破必須待切割槽完全形成后再進行，因此采場切割槽的形成速度直接影響采場投產的進度和效率[1]。對于階段大直徑深孔落礦空場充填采礦法，一般均采用VCR法拉槽，待拉槽區超前一定高度后再進行正排炮孔的爆破。采用VCR法拉槽，一次爆破高度小，爆破循環與裝藥次數多，影響切割槽形成速度和效率，而切割天井是影響切割槽能否快速形成的關鍵環節[2]。

切割天井的掘進是礦山生產采準切割工程中至關重要的環節，切割天井能否安全快速完成直接影響采礦工作進展。因此，切割天井的鑿巖、爆破和施工方法一直是相關專家的重要研究方向[3-4]。目前，較普遍的施工方法雖已經使用多年，但存在施工環境差，工作效率低，成本高等眾多難題，在一定程度上也會影響礦山的正常生產進程。近些年，一次爆破成井技術廣泛應用于地下金屬礦山，取得了不錯的應用效果，如豐山銅礦、冬瓜山銅礦等礦山都應用了一次爆破成井技術，實際爆破效果較好[5-6]。國內外相關專家也對此進行了研究。例如：李啟月等[7]對爆破一次成井技術進行了研究，P.V.Sterk在美國Homestake Gold Mine進行了研究，馬志慧[8]在礬山磷礦對切割井進行了中深孔一次成井爆破技術研究，均取得了不錯的效果。為達到良好的爆破效果，目前國內外大部分礦山回采爆破需獲得初始自由面和補償空間，而切割天井是拉槽爆破初始自由面和補償空間的關鍵，其快速形成將有助于加快形成切割槽。基于以上情況，以新疆哈密市黃山南銅鎳礦（下稱“黃山南銅鎳礦”）為例，采用切割天井+深孔側向爆破拉槽的方式能夠快速形成切割槽，結合爆破一次成井技術的優勢，在該銅鎳礦切割天井試驗應用一次成井技術，取得了不錯的實際應用效果。

1?工程背景

黃山南銅鎳礦位于新疆維吾爾自治區哈密市，是一家采選聯合礦山企業，主要經營開發金屬銅鎳礦。黃山南銅鎳礦水文地質勘探類型屬水文地質條件簡單型。礦區地質構造簡單，局部可見構造破碎帶，礦體頂底板巖層較完整穩固，巖石類型主要有橄欖巖和輝石巖。根據初步控制的銅鎳礦體，不同的礦體因其成礦作用的差異，表現出不同的礦化特征，其礦體主要有以下特點：①礦體鎳品位由淺至深呈逐漸變富的趨勢;②礦體厚度越大，礦體鎳品位越高;③礦體的底部和產狀由陡變緩處，是巖漿熔離—貫入型富礦富集的有利部位。

目前，黃山南銅鎳礦為地下開采礦山，主要采用大直徑深孔落礦空場充填采礦法進行回采。但是，該礦山前期開采過程中，由于生產規劃和銜接不當，無法形成完整順暢的井下生產系統，礦石提升運輸、井下通風、排水等生產系統均不完善。且礦山前期重采礦、輕掘進，導致礦山采掘失調，三級礦量嚴重失衡。目前，455 m、515 m中段共計保有開拓采準礦量117.9萬t。

2?切割槽快速形成技術及其應用

2.1?切割天井快速形成

切割天井是拉槽爆破的初始自由面和補償空間，其快速形成將有助于加快形成切割槽。切割天井的形成方法主要有普通法、吊罐法、爬罐法、天井鉆機法及深孔爆破成井法[9]5種，普通法、吊罐法和爬罐法均需要作業人員持淺孔鉆機進入井筒內部進行作業，勞動強度大，安全性較差，成本高，且成井速度慢，無法滿足快速形成切割天井的要求[10]。天井鉆機法和深孔爆破成井法成井速度快、成本低、安全性好，是理想的切割天井快速形成方法。黃山南銅鎳礦井下配備有天井鉆機和T-150潛孔鉆機，具備采用天井鉆機法和深孔爆破成井法的條件。

黃山南銅鎳礦采用深孔爆破成井法時，采場切割天井設計斷面規格為4.0 m×3.5 m。深孔爆破成井法是采用深孔鉆機在天井斷面內鉆鑿一組下向平行炮孔，從上水平裝藥，自下而上分段（一般3～5 m）爆破形成天井的方法。深孔爆破成井法簡化了生產過程，人員不進入井筒內，作業安全;成井所需設備少，成井速度快，成本低，工人勞動強度大大降低，但其對于鉆孔精度和爆破技術有很高的要求。

2.1.1?炮孔布置

1）掏槽方式及空孔數量。查閱相關文獻，根據掏槽理論和炮孔布置形式的不同，深孔爆破成井可分為球狀藥包爆破成井（VCR法成井）和平行空孔直線掏槽成井2種方式，二者的主要區別在于是否施工平行空孔作為裝藥孔爆破的自由面和補償空間[11]。黃山南銅鎳礦切割天井高度在40 m以上，爆破夾制性大，為降低成井難度，須采用平行空孔直線掏槽成井的方式。

工程實踐表明，高度15 m以上的天井，所用空孔數量需在3個以上。因此，本次設計布置4個空孔。

2）炮孔孔徑。目前，礦山T-150鉆機配備鉆頭施工炮孔孔徑為165 mm，故本次設計所有炮孔孔徑均為165 mm。而空孔的孔徑越大，數量越多，爆破難度越小，成井效果越好，后期有條件時可考慮增大空孔孔徑，可擴大至300～350 mm。

3）炮孔布置。按照炮孔功能和位置的不同，炮孔可以分為空孔、主掏槽孔、輔助掏槽孔（輔助孔）和周邊孔4種類型，合計17個炮孔，深孔爆破成井炮孔平面布置見圖1。

（1）空孔與主掏槽孔。共布置4個空孔，1個主掏槽孔，1#主掏槽孔與4個空孔K1、K2、K3、K4按5孔桶形掏槽布置，中心為1#主掏槽孔，周圍正方形布置4個空孔，空孔至主掏槽孔的距離為400 mm。

（2）輔助掏槽孔。2#、3#、4#、5#4個輔助掏槽孔呈正菱形布置在主掏槽孔周圍，輔助孔之間的距離為1.00 m。

（3）周邊孔。6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13# 8個周邊孔均勻分布在切割天井輪廓線上。

2.1.2?裝藥爆破

1）分層爆破高度。深孔爆破成井時，自下而上分層爆破，每次分層爆破高度3～5 m。最上一個分層爆破時，為保證作業安全，應確保分層高度在8 m以上。

2）爆破器材。爆破器材包括粉狀硝銨炸藥、卷狀乳化炸藥、非電毫秒導爆管雷管、導爆索及其他輔助材料。

粉狀硝銨炸藥為爆破主要采用的炸藥，經現場實踐，孔徑165 mm炮孔每米裝藥量為14.5 kg，裝藥密度0.69 kg/m3;卷狀乳化炸藥主要用于加工制作起爆彈。

非電毫秒導爆管雷管用于引爆炸藥，其微差段別應保證9段以上;炮孔裝藥段全長敷設導爆索，確保傳爆效果。

3）裝藥結構。爆破采用粉狀硝銨炸藥，水泥塞堵住孔底，然后裝藥和填砂至設計高度，具體裝藥結構為：孔底抵抗線1.0～1.5 m，孔內裝1層藥，裝藥長2.0～4.0 m;頂部填充2.0 m的河砂并加2個水袋。為了防止空氣沖擊波破壞孔口，空孔在裝藥頂層水平吊水泥塞，填充0.5 m的河砂。具體的裝藥結構見圖2。

4）起爆順序。深孔爆破成井采用毫秒微差起爆，起爆順序見圖3，爆破參數見表1。第一段起爆1#主掏槽孔，第二段起爆2#孔，第三段起爆3#孔，第四段起爆4#、5#孔，第五段起爆6#孔，第六段起爆7#孔，第七段起爆8#、9#孔，第八段起爆10#、11#孔，第九段起爆12#、13#孔。

2.2?深孔側向爆破拉槽

切割天井形成后，即可以自切割天井和自由面進行階段深孔側向爆破拉槽[12]。拉槽炮孔排距2.5～3.0 m，每排布置3個炮孔，孔距2.5 m。

拉槽炮孔階段全孔裝藥，采用空氣間隔裝藥結構，分層裝藥量30～40 kg，空氣間隔1.2～1.5 m，孔底堵塞1.0～1.5 m，孔口堵塞3.5 m。拉槽炮孔裝藥

結構見圖4和圖5，為減少同段最大起爆藥量，同時改善破碎效果，拉槽孔采用“V”形逐孔爆破順序，同排炮孔先起爆中間孔，再起爆兩側邊孔。

2.3?應用效果

目前，切割槽快速形成技術成功應用于黃山南銅鎳礦，采場45 m的切割天井分8次爆破完成，每次爆破分層高度為5 m，最后一次爆破高度10 m;切割天井爆破形成后，進行拉槽爆破，拉槽區側向爆破2次。切割天井爆破炸藥單耗為1.94 kg/t，拉槽爆破炸藥單耗為1.14 kg/t，切割槽爆破共用時15 d。現場實踐證明：該技術爆破后效果較好，成井速度快，較常規方法節省了至少1.5個月的工期，明顯提升了井下采場切割槽形成速度，加快了采場回采進度。

3?結?論

1）采用切割槽快速形成技術，應用效果較好。首先采用深孔爆破成井法形成切割天井，然后以切割天井為自由面階段側向崩礦形成切割槽。該技術在同類型采用階段采礦方法的礦山中具有較好的推廣應用前景。

2）該技術具有成井速度快，施工安全高效、成本低、勞動強度低、工作安全等優點，對實現強化開采有十分重要的意義。同時，切割槽的快速形成有助于礦山井下采場快速形成出礦能力，能夠給礦山企業帶來較好的經濟效益。

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