深孔一次爆破成井技術的研究與應用

葉 超

（江西銅業股份有限公司武山銅礦，江西 九江 332204）

天井掘進施工在金屬礦山屬于施工難度較大的一個工序，通常的天井施工方法包括普通掘進反井法、吊罐法下向施工、爬罐法下向施工3類。傳統的天井施工方法具有作業風險大、效率低、施工周期長、成井輪廓差等劣勢，尤其是普通掘進反井法雖然應用較為廣泛，但是在狹小空間內作業，浮石處理難度大、工作環境差，存在極大的安全事故風險。鑒于此，武山銅礦設計應用了深孔一次爆破成井技術，該技術在降低反井成本的基礎上，實現一次性成井，作業效率顯著提高、安全系數顯著提高。

1 工程概況

武山銅礦礦區有南北兩個礦帶組成，其礦床賦存條件差異較大，南北礦帶的地質賦存條件均屬于復雜類型，巖石硬度系數為8～10，松散系數為1.6，采用下向水平進路膠結充填采礦法。該采礦方法決定需要掘進的溜井、泄水通風井等措施井較多，預先采用傳統的上向掘進反井法，施工進度慢、效率低、安全風險大。

深孔一次爆破成井技術試驗應用地點位于北礦帶層控礦床砂巖中，巖石較為穩固，硬度中硬，局部硬度系數達到10左右。天井規格：2.0m×2.0m方形、垂深9.5m。

2 爆破設計

2.1 補償空間的驗算

實施深孔一次爆破成井技術的必要條件需滿足：爆破碎脹的巖石體積(Vz)＜補償空間體積(Vb)。

依據資料：天井規格2.0m×2.0m，可知該天井的斷面積S=4㎡、天井邊長L=2m。另外依據現場實際測量得：深度垂深H=9.5m，天井上下部巷道斷面S上、S下均為8.367m2。查閱巖石巖性資料獲知該巖石的碎脹系數k=1.6。

2.2 炮眼布置

2.2.1 炮孔間距的確定

依據天井規格設計炮眼布置如圖1所示，施工效果如圖2所示。共設計21個炮孔，其中裝藥孔17個，大直徑空孔4個。起爆雷管選用非電毫秒導爆管雷管，分為5個段別進行起爆，其中掏槽孔首先起爆，兩圈輔助孔依次起爆，周邊孔分為兩個段別依次起爆，各起爆時間間隔為150～200ms。

圖1 深孔一次爆破成井布孔示意圖

圖2 施工效果圖

（1）掏槽孔（編號為1～5）間距。依據空孔的補償空間、掏槽孔直徑（60mm）、巖石碎脹系數等參數算得理論值為314mm。但是考慮到鉆孔最大偏斜導致炮孔穿孔等原因，確定掏槽孔間距為185mm。確定采用5個掏槽孔，其中中心一個掏槽孔作為裝藥孔，周圍4個作為補償空間孔，為保障爆破效果，4個補償空間孔進行了擴孔，擴孔直徑為86mm。

（2）輔助眼（編號為6～13）間距。考慮天井斷面規格，設計了兩圈輔助孔，第1圈輔助孔炮孔間距556mm，與掏槽中心孔間距0.4m；第2圈輔助孔炮孔間距1089mm，與掏槽中心孔間距0.77m。

（3）周邊眼（編號為14～21）間距。周邊眼間距理論計算值E＝(12～16)d=720～960mm；考慮到武山北帶巖石性質和深孔爆破經驗參數，選定周邊眼間距為1m，均勻分布于天井周邊，炮孔數目共計8個。

2.2.2 炮孔裝藥

炮孔裝藥結構、裝藥量、起爆段別參數如表1所示。裝藥前須預先精準測量炮孔深度，炮孔施工采取貫通式施工方式，即炮孔與上下水平巷道貫通，炮孔測量完畢后需及時采用木楔進行堵孔，并回填細沙0.5m左右。

表1 深孔一次爆破成井爆破參數表

（1）掏槽孔裝藥。掏槽孔中心孔為裝藥孔，周圍4個作為補償空間孔；中心孔裝藥采用連續裝藥方式，采用φ32mm藥卷，單孔裝藥量17.6Kg，裝藥長度8.7m，堵塞長度0.8m，孔口采用炮泥進行封堵，起爆段別為1#雷管，每孔均為安設3個起爆藥包。

（2）輔助孔裝藥。輔助孔裝藥結構與掏槽孔相同，裝藥孔8個，總裝藥量為140.8Kg，起爆段別采用3#雷管和7#雷管，每孔均為安設3個起爆藥包。

（3）周邊孔裝藥。周邊孔裝藥孔8個，每孔裝藥量為8.8Kg，采用軸向不連續柱狀裝藥方式，炸藥按一支藥卷一簇捆扎在細竹片上，分為兩段，中間間隔3m左右，實現光面爆破，起爆段別采用3#雷管和7#雷管，每孔均為安設2個起爆藥包。

3 應用效果

本次深孔一次爆破成井技術的應用，成井效果較好，天井一次性實現上下爆通，井壁輪廓完整，如圖3所示。分析認為存在以下優勢：

圖3 深孔一次爆破成井現場效果

（1）高效性。武山銅礦采用的采礦方法需要布置的天井、溜井等措施井較多，傳統的反井方式，導致反井速度嚴重影響采場的施工進度，影響采礦效率，采取深孔一次爆破成井技術，4個班可完成1條10m切割天井的施工，施工周期大大縮短。

（2）安全性。傳統的人工反井技術，作業人員需要在井筒里狹小空間作業，存在浮石垮落傷人、高處墜落事故、中毒窒息事故等風險，采取深孔一次爆破成井技術施工工序少、安全性顯著改善，避免了傳統的人工反井安全風險。

（3）經濟性。據統計，深孔一次爆破成井技術與傳統反井技術相比較（斷面2.0m×2.0m），能夠實現直接成本降低500～600元/m。武山銅礦2020年施工天井500m，該項技術的應用可實現直接生產成本節約30萬元以上。

4 結語

深孔一次性成井技術的應用效果表明，該技術用于天井的施工，具有高效性、安全性、經濟性等優勢，是一種安全、高效、經濟的施工方式，值得推廣應用。