硬巖大斷面臺車掘進控制爆破在嵩縣山金的應用

馬章印，劉吉興，于曙華，邱洋洋，彭 康，郎曉東，安梓豪

(1.嵩縣山金礦業有限公司； 2.中南大學資源與安全工程學院)

引 言

爆破是破巖的重要手段，有時甚至是唯一手段。巖石爆破效果主要由機械設備、工業炸藥、測量技術等決定[1-4]。目前，井下掘進斷面控制爆破通常采用垂直掏槽，其在只有一個自由面的情況下難以拋出巖石形成槽腔，從而難以為其他炮孔爆破提供足夠的自由空間，進而影響掘進進尺；并且垂直掏槽炮孔數目多，裝藥量大，炸藥消耗高[5-8]。近年來，隨著國外先進技術的引進，國內礦山已經大量引進鑿巖臺車，但由于鑿巖臺車體積較大、擺臂較長，其在掘進斷面中的應用較少，且難以鉆鑿傾斜角度較大的楔形孔[9-10]。

嵩縣山金礦業有限公司(下稱“嵩縣山金”)于2019年引進鑿巖臺車，提高了生產效率。隨著開采深度的延伸，逐漸出現巷道掘進循環進尺小、大塊率偏高、超欠挖嚴重等問題。針對上述問題，結合嵩縣山金圍巖賦存情況，提出一種硬巖大斷面臺車掘進控制爆破方法，其利用鑿巖臺車代替傳統的鑿巖設備，可有效提高鑿巖效率，使鑿巖工作實現機械化、自動化，現場應用效果較好。

1 工程背景

嵩縣山金位于河南省嵩縣南部，行政區劃隸屬于嵩縣大章鎮，礦區距洛陽市120 km，距嵩縣縣城24 km，交通便利，能夠滿足生產需要。礦區內巖石類型單一，以雞蛋坪組上段英安巖、流紋巖為主，巖石硬度大，強度高，裂隙發育程度低，穩固性好，對礦床開采不會造成影響。礦區圍巖巖體質量等級基本為Ⅳ級，屬于較差巖體，巖體破碎，少數圍巖等級為一般巖體(Ⅲ級)，局部也存在Ⅱ級圍巖，屬于中等可爆巖體。根據礦區現有條件，選用CYTJ45B型鑿巖臺車，釬桿長2.7 m，炮孔長2.4～2.6 m，鉆頭直徑43 mm，炮孔直徑45 mm。

但是,隨著礦山向深部延伸，巷道掘進中施工質量問題突出，施工成本居高不下。原爆破方案邊孔炮孔數目偏少，鉆孔精度低，現場爆破效果見圖1，主要存在問題為：①超欠挖嚴重，輪廓控制差；②爆破后礦石塊度不均，效果不穩定，大塊率經常偏高等；③斷面存在殘孔、殘藥現象，極大增加施工難度和經濟成本。這些問題已嚴重影響企業的安全生產和經濟效益的提高。從表面上看為工程問題，但究其本質而言，這些問題的出現是由于鑿巖爆破設計不規范、施工工藝不規范、技術標準缺乏和驗收標準缺失造成的，是技術問題。因此，亟需對現有的爆破方案進行優化升級，以實現安全高效生產的目的。

圖1 爆破現場效果

2 控制爆破參數設計

2.1 爆破炮孔設計

掏槽孔分為2種：一種是位于斷面中間的2個掏槽空孔；另一種是位于掏槽空孔周圍的一圈環形孔。掏槽空孔左右兩邊的環形孔采用微楔形掏槽，與工作面夾角為81°～83°(見圖2)。周邊孔分為3種：一種是位于斷面兩幫的邊孔；另一種是位于斷面頂板的頂孔；再一種是位于斷面底板的底孔。邊孔、頂孔和底孔均與巖壁間隔0.1 m。輔助孔均勻布置在掏槽孔和邊孔及掏槽孔和頂孔之間。總體炮孔布置見圖3。

圖2 微楔形掏槽

圖3 炮孔布置正視圖

2.2 爆破參數設計

1)掏槽孔。2個掏槽空孔的裝藥量為2～3卷乳化炸藥；掏槽空孔左右兩邊的環形孔共6個，為微楔形孔，6個微楔形孔加上掏槽空孔上下的2個垂直炮孔共8個掏槽孔，裝藥量均為7卷乳化炸藥；掏槽孔間距為0.5 m，掏槽孔前口間距為1.0 m，掏槽孔后口間距為0.4 m，所有掏槽孔皆需超深0.2 m，超深后的炮孔深度為2.7 m。

2)輔助孔。輔助孔分為上輔助孔、左輔助孔和右輔助孔，上輔助孔、左輔助孔和右輔助孔皆為一排，上輔助孔間距為0.5 m，左輔助孔和右輔助孔間距皆為0.6 m，左輔助孔與左邊微楔形孔和斷面左幫邊孔的間距皆為0.45 m，右輔助孔與右邊微楔形孔和斷面右幫邊孔的間距皆為0.45 m；所有輔助孔的炮孔深度皆為2.5 m，且為垂直炮孔，裝藥量均為6卷乳化炸藥。

3)周邊孔。邊孔、頂孔和底孔皆為一排，邊孔間距為0.5 m，頂孔和底孔間距皆為0.55～0.56 m，孔深皆為2.5 m，邊孔和頂孔裝藥量均為5卷膨化硝銨炸藥，底孔裝藥量為7卷乳化炸藥，邊孔需向左右各偏移預定角度，頂孔需向上偏移預定角度，而底孔需向下偏移預定角度。

各類炮孔爆破參數見表1。

表1 各類炮孔爆破參數

3 爆破炮孔施工

采用CYTJ45B型鑿巖臺車(見圖4)進行炮孔施工。其外形尺寸為：8 500 mm×1 500 mm×1 800 mm，鉆孔深度為2 700 mm，鉆頭直徑有43 mm和76 mm 2種。鑿巖前，應先清理工作面，撬除浮石，灑水降塵，做好支護，然后按炮孔布置圖用油漆標記好炮孔位置；隨后，采用2.7 m釬桿、直徑43 mm鉆頭，鉆鑿孔深2.5～2.73 m，平均2～3 min鉆鑿1個炮孔。施工時，應嚴格遵守GB 6722—2014 《爆破安全規程》，并按圖施工，炮孔傾角允許誤差為±1°，除掏槽孔孔底超深0.2 m，其余炮孔孔底應落在同一平面上。無充填體時，周邊孔應向外偏移，孔底偏移5°，與巖壁間隔0.1 m；有充填體時，周邊孔應平直。側幫有充填體時，兩幫邊孔距充填體預留0.2 m; 底幫有充填體時,底孔距充填體預留0.3 m。

圖4 CYTJ45B型鑿巖臺車

4 爆破工藝設計

1)裝藥結構。光爆孔采用間隔裝藥，即：將炸藥卷按設計間隔距離捆綁在竹片(條)上并全長貫穿導爆索，正向起爆。其余炮孔均采用連續耦合裝藥，反向起爆，并采用孔內延期的起爆方式。

2)起爆順序。掏槽孔先爆，輔助孔次之，周邊孔爆后，頂孔最后起爆，具體見圖3。

3)爆破網絡。根據起爆順序，導爆管連接采用簇聯方式，每把不超過10根，用2發導爆管瞬發雷管傳爆，每個傳爆點均應嚴加防護覆蓋，以免炸壞網絡。最后采用2發瞬發雷管起爆。周邊孔內引出的導爆索，采用2根主導爆索復式連接的方法，保證起爆的可靠性。2根主導爆索連出后，根據起爆順序與導爆管相連起爆。為保證起爆的可靠性和準確性，各炮孔雷管段數應與起爆順序相同。

4)炮孔堵塞。所有炮孔裝藥后，藥包孔口部分均應采用炮泥塞滿堵實。堵塞炮泥時應注意保護爆破網絡不受損。

5 工業試驗

爆破試驗地點選在嵩縣山金090103分層聯巷，斷面規格為3.00 m×2.85 m，采用優化后的爆破方案對其進行爆破，試驗結果見表2。

表2 090103分層聯巷爆破施工統計結果

對比分析原有爆破結果和優化后爆破試驗結果，爆破方案優化后，實際巷道寬度和高度更貼近爆破設計斷面規格。同時，邊孔實現光面控制爆破，總孔數增加了15～25個，爆破炸藥單耗較原來有所提高，但進尺提高較多，大塊率小，斷面控制較好。

6 結 語

本文提出了一種硬巖大斷面臺車掘進控制爆破方法，主要用于解決傳統垂直掏槽難以掏出巖石、鑿巖效率低、爆破效果差等問題。該方法利用CYTJ45B型鑿巖臺車，將鑿巖臺車與預定傾角的微楔形掏槽相結合，根據控制爆破參數進行炮孔施工，在嵩縣山金采場分層聯巷的巷道掘進應用中取得了成功,具有機械化程度高、進尺好、操作簡便、成本低等優點。