中關(guān)鐵礦階段深孔崩礦嗣后充填采礦方法試驗(yàn)研究*

李勝輝 王福全 王慶剛 楊志強(qiáng)

（河北鋼鐵集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司）

中關(guān)鐵礦是國(guó)內(nèi)典型的水文地質(zhì)復(fù)雜的巖溶大水礦山，礦體為緩傾斜極厚礦體，礦體的頂板主要為厚層灰?guī)r，局部出露帶黃泥的風(fēng)化灰?guī)r；礦體的直接底板主要為矽卡巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，多呈碎塊狀，穩(wěn)定性較差；局部出露蝕變閃長(zhǎng)巖，硬度較小、遇水泥化，不穩(wěn)定；礦體節(jié)理裂隙發(fā)育，屬于不穩(wěn)定到中等穩(wěn)定級(jí)別?，F(xiàn)場(chǎng)工程揭露表明，以-230 m水平6#穿脈為界，北部區(qū)域礦體穩(wěn)固性較差，南部礦體穩(wěn)固性相對(duì)較好；礦體上盤(pán)圍巖穩(wěn)固性比下盤(pán)穩(wěn)固性好。為進(jìn)一步研究采礦方法的適用性及盡早出礦，計(jì)劃在-230~-170 m水平南部區(qū)域2~3勘探線間選定13#S4試驗(yàn)礦塊開(kāi)展60 m采高大直徑深孔采礦方法試驗(yàn)研究，礦塊高56 m，長(zhǎng)50 m，寬18 m，礦塊礦量13.4萬(wàn)t。

1 礦塊底部結(jié)構(gòu)

1.1 礦塊底部結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

礦塊底部結(jié)構(gòu)寬15 m，留3 m礦柱，相鄰2個(gè)礦塊拉底巷間距為6 m，相鄰二步采礦塊拉底巷不與充填體接觸，保障了拉底巷的穩(wěn)固性。出礦進(jìn)路掘進(jìn)斷面為4.1 m×3.45 m，凈斷面3.8 m×3.3 m，若出礦進(jìn)路變形或受到破壞需進(jìn)行二次錨噴網(wǎng)支護(hù)時(shí)凈斷面尺寸為3.6 m×3.2 m，滿足鏟運(yùn)機(jī)尺寸需求。塹溝拉低巷掘進(jìn)斷面為3 m×3 m，滿足YGZ-90型鉆機(jī)需求。底部結(jié)構(gòu)掘進(jìn)時(shí)采用光面爆破，以減少巷道超挖，保證巷道的穩(wěn)固性。

1.2 礦塊底部結(jié)構(gòu)支護(hù)形式

巷道施工完成后及時(shí)進(jìn)行素噴混凝土支護(hù)，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行封閉，混凝土強(qiáng)度C20，支護(hù)厚度50 mm。錨噴網(wǎng)支護(hù)金屬網(wǎng)網(wǎng)格100 mm×100 mm，鋼筋?6 mm；錨桿采用?20 mm樹(shù)脂錨桿，間排距0.8 m×0.8 m，錨桿長(zhǎng)度2.4 m；混凝土強(qiáng)度C20，支護(hù)厚度100 mm?？倗姖{支護(hù)厚度150 mm。若出礦進(jìn)路發(fā)生變形或受到破壞，則在第一次支護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行錨噴網(wǎng)復(fù)合加強(qiáng)支護(hù)，總噴漿支護(hù)厚度250 mm。

2 鑿巖硐室結(jié)構(gòu)

2.1 鑿巖硐室結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

鑿巖硐室長(zhǎng)50 m，寬18 m，高4 m，為加強(qiáng)硐室穩(wěn)定性，在硐室內(nèi)均勻布置寬3 m，長(zhǎng)4～6 m的條形礦柱，也可采用支模澆筑混凝土加固礦柱，間柱將硐室分為南北2個(gè)硐室。

2.2 鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)道及鑿巖硐室導(dǎo)硐

（1）先施工鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)道及鑿巖硐室導(dǎo)硐至礦房邊界［1］，探明鑿巖硐室部位礦巖穩(wěn)定性并確定掘支方式。從-170 m水平南風(fēng)井聯(lián)巷施工下向坡度為14.4%的斜坡道至礦體頂部，再在礦房側(cè)幫施工平巷至礦房邊界作為鑿巖硐室導(dǎo)硐，最后導(dǎo)硐擴(kuò)刷為鑿巖硐室，使鑿巖硐室底板與礦體頂部位于同一水平。

（2）鑿巖硐室聯(lián)絡(luò)道及鑿巖硐室導(dǎo)硐采用素噴混凝土支護(hù)，混凝土強(qiáng)度C20，支護(hù)厚度100 mm；若礦巖較破碎則進(jìn)行錨噴網(wǎng)支護(hù)，錨噴網(wǎng)支護(hù)金屬網(wǎng)網(wǎng)格100 mm×100 mm，鋼筋?6 mm，采用?20 mm樹(shù)脂錨桿，長(zhǎng)度2.4 m，間排距0.8 m×0.8 m，混凝土強(qiáng)度C20，支護(hù)厚度100 mm。

2.3 鑿巖硐室

鑿巖硐室導(dǎo)硐布置在鑿巖硐室南側(cè)貫通整個(gè)鑿巖硐室，從靠近下盤(pán)處開(kāi)始擴(kuò)刷成2條規(guī)格為7.5 m×（6～15）m×4 m（寬×長(zhǎng)×高）的硐室，向上盤(pán)擴(kuò)刷硐室長(zhǎng)度達(dá)到2～5排深孔穿孔距離時(shí)，進(jìn)行深孔穿孔及爆破，一次爆破1排深孔，硐室擴(kuò)刷與穿爆交替進(jìn)行。南北2個(gè)鑿巖硐室同時(shí)后退擴(kuò)刷，擴(kuò)刷至間柱時(shí)，嚴(yán)格采用光面爆破，炮眼間距500 mm，采用分段不耦合裝藥，導(dǎo)爆索起爆，以減小對(duì)間柱的破壞。

因硐室暴露面積較大，決定采用錨網(wǎng)噴+長(zhǎng)錨索預(yù)控頂聯(lián)合支護(hù)技術(shù)［2］，確保硐室頂板安全。錨噴網(wǎng)支護(hù)時(shí)，金屬網(wǎng)網(wǎng)格100 mm×100 mm，鋼筋?6 mm，采用?20 mm樹(shù)脂錨桿，長(zhǎng)度2.4 m，間排距0.8 m×0.8 m；長(zhǎng)錨索長(zhǎng)度15 m，間距3 m，排距4 m，每排布置3根長(zhǎng)錨索；混凝土強(qiáng)度C20，支護(hù)厚度100 mm。

3 切割拉槽

3.1 中深孔拉槽

切割井布置在底部結(jié)構(gòu)下盤(pán)端部側(cè)幫，規(guī)格2 m×2 m，采用中深孔以切割天井為自由面進(jìn)行拉槽，拉槽中深孔布置如圖1所示，共布置2排，第1排1#～10#炮孔雷管段別分別為1段、3段、3段、5段、5段、7段、7段、9段、9段、11段；第2排1#～10#炮孔雷管段別分別為1段、3段、5段、5段、7段、7段、9段、9段、11段、11段。中深孔拉槽炮孔布置參數(shù)詳見(jiàn)表1，爆破技術(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表2。

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3.2 大直徑深孔拉槽

采用大直徑深孔側(cè)向爆破進(jìn)行拉槽［2］，其切割井布置在鑿巖硐室端部的側(cè)幫，規(guī)格3 m×3 m。大直徑深孔回采范圍底部為拉底空區(qū)，不能采用人工方法施工切割井，在鑿巖硐室端部采用一次鑿巖分段爆破方法（一次成井法）施工切割井。采用潛孔鉆施工?165 mm的下向垂直平行深孔，共布置3排拉槽炮，排距1.5 m，間距2 m。炮孔布置示意圖如圖2所示。圖中中間孔為空孔，其余孔均為裝藥孔，炸藥采用散裝炸藥，連續(xù)耦合裝藥微差起爆，裝藥長(zhǎng)度為3.5～4 m，裝藥密度為21.4 kg/m。裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。拉槽炮孔裝藥結(jié)構(gòu)同正排炮孔裝藥結(jié)構(gòu)相同，每4～5 m分段爆破一次。

4 穿孔爆破

4.1 炮孔布置

底部結(jié)構(gòu)炮孔布置采用扇形中深孔，拉底高度15 m。扇形中深孔采用YGZ—90型鑿巖機(jī)（1254液壓鑿巖機(jī)）鑿巖，孔底距1.6 m，排距1.4 m。

大直徑深孔炮孔布置采用下向垂直孔，T-150型潛孔鉆機(jī)鑿巖［3］，孔徑165 mm，炮孔間距3 m，排距3 m。因礦巖相對(duì)破碎，為保證礦房側(cè)幫的完整性防止片幫，在礦房?jī)蓚?cè)布置預(yù)裂孔。預(yù)裂孔距礦房側(cè)幫0.5 m，預(yù)裂孔爆破起爆先于正常深孔爆破。下向垂直深孔如圖3所示，圖3中不留礦柱部分1#和7#炮孔為預(yù)裂孔，留礦柱部分1#和8#炮孔為預(yù)裂孔。因礦巖相對(duì)破碎可能存在塌孔堵孔的問(wèn)題，若發(fā)生塌孔，則深孔施工完成后立即下放公稱外徑為140 mm的PE護(hù)壁套管防止炮孔破壞，套管壁厚4.3 mm，內(nèi)徑131.4 mm，同時(shí)孔口安裝鐵質(zhì)孔口管，孔口管高于底板20 cm，防止雜物掉入。

4.2 回采爆破

中深孔爆破時(shí)，自礦體下盤(pán)向上盤(pán)方向進(jìn)行拉底，在底部結(jié)構(gòu)全部爆破完成后進(jìn)行大直徑深孔爆破。拉底時(shí)進(jìn)行出礦，所出礦量約為爆落礦量的50%，出礦進(jìn)路口留有一定礦量，不與空區(qū)連通，保證作業(yè)安全，減少爆破落礦對(duì)底部結(jié)構(gòu)的沖擊破壞。

大直徑深孔分為預(yù)裂孔和主爆孔，全部采用公稱外徑為140 mm的PE護(hù)壁套管防止炮孔破壞，壁厚4.3 mm，內(nèi)徑131.4 mm。主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)采用多層球狀藥包巖粉間隔裝藥，分層裝藥量為25 kg（裝藥長(zhǎng)度1.8 m），下部用巖粉堵塞，堵塞長(zhǎng)度為2 m，層間巖粉間隔長(zhǎng)度1 m，最上層藥包堵塞料為巖粉，堵塞長(zhǎng)度1 m。單個(gè)炮孔長(zhǎng)度37 m（礦體頂部至-215 m水平），裝藥量為300 kg。主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

預(yù)裂孔間距為2 m，主爆孔與預(yù)裂孔間距為2 m，預(yù)裂孔采用不耦合裝藥，不耦合系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式m=1+18.32δ-0.24（δ為巖石抗壓強(qiáng)度），得m=3.88，線裝藥密度取1.63 kg/m。即采用直徑45.6 mm的藥卷即可實(shí)現(xiàn)預(yù)裂爆破單個(gè)炮孔裝藥量為57.4 kg。預(yù)裂孔裝藥時(shí)將2卷直徑35 mm的藥卷并排綁扎到一起進(jìn)行裝藥，實(shí)際線裝藥密度2 kg/m。

預(yù)裂孔下部堵塞0.8 m，上部堵塞1 m，采用連續(xù)不耦合裝藥，使炮孔位于炮孔軸線中心，采用導(dǎo)爆索起爆。裝藥時(shí)將藥卷捆扎在導(dǎo)爆索上，藥卷與導(dǎo)爆索周?chē)壴衿蚣?xì)竹竿直接利用導(dǎo)爆索將捆扎好的藥卷吊入孔內(nèi)。為避免巖渣落入藥卷與孔壁見(jiàn)的空隙，預(yù)裂藥卷上部應(yīng)懸吊堵孔塞然后填砂堵塞，同時(shí)起爆3個(gè)炮孔，采用1段雷管起爆。

礦房自下盤(pán)向上盤(pán)方向回采，每次爆破1排炮孔，崩礦步距3 m。排內(nèi)采用微差爆破或逐孔爆破［3］，雷管段數(shù)從中間開(kāi)始向兩側(cè)逐漸增大，即從中間向兩側(cè)起爆，預(yù)裂孔超前主爆孔起爆，大直徑深孔布置參數(shù)如表3所示，爆破技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

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5 結(jié) 論

通過(guò)試驗(yàn)，13#S4礦房成功應(yīng)用大斷面破碎硐室一次掘進(jìn)和錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)、破碎底部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，底部結(jié)構(gòu)和鑿巖硐室成型及穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)期效果，采用VCR法一次爆破成井技術(shù)實(shí)現(xiàn)切割井成井，完成拉槽及穿孔爆破工藝研究與實(shí)施。至目前礦房累計(jì)爆破落礦4.5萬(wàn)t，組織出礦3.96萬(wàn)t。后按照此方法在南部區(qū)域16#礦體新增16#S2試驗(yàn)礦房1個(gè)，進(jìn)一步開(kāi)展試驗(yàn)研究，以進(jìn)一步優(yōu)化鑿巖硐室支護(hù)、底部結(jié)構(gòu)布置、中深孔及深孔孔網(wǎng)參數(shù)等。其研究結(jié)果可為其他礦山大規(guī)模應(yīng)用大直徑深孔采礦方法提供指導(dǎo)和借鑒［4-5］。