切割槽快速形成技術在分段中深孔采場中的應用

戈凱，王亞軍 ，周傲，李向東

(1.西藏華泰龍礦業開發有限公司， 西藏 拉薩 850200；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012；4.湖南黃金洞礦業有限責任公司， 湖南 岳陽市 414507)

0 引 言

甲瑪銅多金屬礦是典型的大型露天地下聯合開采礦山，年生產能力超過1200萬 t。其中地下部分主要有一期和二期兩個主要生產單元，現階段井下主要供礦區域為二期生產單元，該區域每天供礦量超過10 000 t。

甲瑪銅多金屬礦井下二期礦體走向長度700 m左右，礦體厚度為300～400 m，已探明的礦體賦存高度為4250～4530 m。井下二期礦體屬于近水平極厚大礦體，礦體主產金屬為銅，平均品位約0.8%，伴生有金、銀及鉬等金屬，原礦綜合噸礦價值約500元，噸礦價值不高。二期部分礦體在破碎氧化帶范圍內，礦巖條件較差。由于礦山井下產能要求高，經過研究后確定甲瑪銅多金屬礦井下二期礦體采用分段中深孔嗣后充填采礦法開采。

結合分段中深孔嗣后充填采礦法開采工藝要求，在采場中部施工切割槽，提供初始自由面和補償空間。采場向兩側后退式回采，切割槽布置在采場中間位置，采場生產規劃和施工組織能夠更加緊湊，在出礦能力滿足要求的基礎上能夠更有效地提高單個采場生產能力[1-2]。在實際生產過程中，切割槽快速施工成型對采場快速達產至關重要。

1 井下可用切割天井及切割槽形成方法

切割天井是為拉槽爆破提供自由面和補償空間的關鍵工程，在切割槽施工過程中，切割天井的施工尤為重要。目前我國地下礦山天井施工主要分為井內施工和井外施工兩大類，其中井內施工的方法有普通法、吊罐法和爬罐法，井外施工的方法有天井鉆機法和深孔爆破成井法，甲瑪銅多金屬礦井下二期礦體可采用的切割天井施工方法為普通法、天井鉆機法和深孔爆破成井法[3]。

1.1 普通法

普通法是天井施工中使用較多的一種方法，在傾斜、急傾斜薄礦脈中運用廣泛。該方法一般是自下而上掘進，且掘進時一般將天井分割成兩間，一間用來上下人員、材料及設備等，一間用來存儲崩落的礦石。隨著工作面向上推進，每掘進一個循環都需要架設工作平臺，進行爆破作業時，平臺需要拆除。

1.2 天井鉆機法

天井鉆機法在切割天井或較長的人行設備井中運用較為廣泛，該方法的施工工藝為：在天井上部架設機器，由上至下施工導向孔到天井下部開口位置，將導向孔內導向鉆頭拆除，在天井下部開口位置將導向桿與擴孔刀盤連接固定，鉆桿沿著導向孔方向向上勻速拉扯，使刀盤緊貼巖壁旋轉進行反向擴孔，最后施工成邊壁規整的天井。該方法對施工傾角50°以上的天井較為適合。

1.3 深孔爆破成井法

深孔爆破成井法是指使用潛孔鉆機，在天井斷面范圍內沿天井全高（長）施工平行炮孔，炮孔有周邊孔、輔助孔和空孔，炮孔施工完后進行爆破作業，根據天井高度不同可一次爆破成井或進行分段爆破成井。

1.4 各方案優缺點對比

結合甲瑪銅多金屬礦井下二期礦體開采技術條件，普通法、天井鉆機法和深孔爆破成井法是可用于該區域切割天井的施工方法，3種方法優缺點對比見表1。

表1 切割天井施工方法優缺點對比

對3種切割天井施工方法進行優缺點對比后可知，深孔爆破成井法無論在成本、效率、勞動強度、設備移動便利性等方面均優于另外兩種方法，是最適合甲瑪銅多金屬礦井下二期礦體切割天井施工的方法。

2 井下切割天井及切割槽快速形成工藝

甲瑪銅多金屬礦井下分段中深孔采場的結構參數為：長50 m，寬15 m，高20～27 m。切割槽的尺寸為：長15 m（采場寬度），寬3 m，高20～27 m。

2.1 切割天井施工

采場切割槽中切割天井規格為3 m×3 m，布置在采場邊界處，采用國產T-150潛孔鉆機在切割天井位置施工下向大直徑中深孔進行 ⅤCR爆破，切割橫巷長17 m，長度兩側各超出采場寬度范圍1 m，便于 T-150潛孔鉆機架設機位進行大直徑中深孔的施工。切割天井在采場位置縱投影如圖1所示，切割橫巷和切割天井俯視圖如圖2所示。

圖1 切割天井在采場位置縱投影圖（單位：m）

圖2 切割橫巷和切割天井俯視圖（單位：m）

2.1.1 切割天井炮孔布置

甲瑪銅多金屬礦井下切割天井采用 ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井方法[4-6]，即沿著切割天井全長施工一組平行炮孔，炮孔分為掏槽孔、補償孔和周邊孔，炮孔孔徑為165 mm，炮孔角度為90°。

根據切割天井尺寸和炮孔功能情況，ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井共布置了 11個炮孔，其中5#和 11#為補償孔，1#、2#、3#和 4#為掏槽孔，6#、7#、8#、9#和 10#為周邊孔，掏槽孔之間間距為 1.5 m，周邊孔之間間距為 1.5 m，掏槽孔與周邊孔之間間距為 1.5 m，掏槽孔、周邊孔與補償孔的間距均為1.06 m。ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井炮孔平面布置如圖3所示。

圖3 ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井炮孔平面布置（單位：m）

2.1.2 裝藥爆破

ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井以大直徑補償孔和下分段切割橫巷為自由面和初始補償空間，受限于T-150潛孔鉆機鉆孔性能，該設備能施工的最大炮孔直徑為165 mm，若要切割天井爆破難度更小、爆破效果更好，在條件允許的情況下可增大補償孔孔徑。每個掏槽孔和周邊孔自下而上均分成4次進行裝藥和爆破，每次爆破時掏槽孔先爆破且其與周邊孔爆破時差大于50 ms，切割天井大直徑中深孔炮孔爆破所用炸藥為定制卷狀藥，每次爆破前孔口需要有一定長度堵塞。

甲瑪銅多金屬礦井下二期大部分分段中深孔采場高度為20 m，去掉4.5 m切割橫巷高度后，實際需要施工的切割天井高度不到16 m，ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井過程中，切割天井一般分 4次進行爆破，每次爆破高度在4 m左右，裝藥高度為3 m，孔口堵塞長度為1 m。在爆破過程中使用的爆破器材有非電毫秒導爆管雷管、卷狀巖石乳化炸藥和其他輔助材料，16 m高切割天井需爆破使用炸藥506.25 kg，導爆管雷管72根。

所有掏槽孔采用同段雷管爆破，周邊孔也采用同段雷管爆破，掏槽孔與周邊孔雷管段數差≥2。井下切割天井各炮孔爆破順序如下：采用毫秒微差起爆，雙發雷管加起爆藥包形式進行爆破，第一段雷管起爆 1#、2#、3#、4#共 4個掏槽孔，爆破形成的掏槽空間為周邊孔的爆破提供了更多自由面和補償空間，第三段雷管起爆6#、7#、8#、9#、10#這5個周邊孔，分段爆破能夠更有效地利用炸藥產生爆轟能量，切割天井成井效果更好，效率更高，避免后期補充施工炮孔，減少了切割天井施工工程量和施工作業時間。井下16 m切割天井4次爆破均采用毫秒微差起爆形式，在裝藥、爆破、通風、出渣等流程銜接流暢的情況下，最快可在兩天內完成切割天井ⅤCR爆破成井。

掏槽孔與周邊孔裝藥結構如圖4所示。

圖4 掏槽孔與周邊孔每分段裝藥結構（單位：m）

2.2 切割槽快速形成工藝

2.2.1 切割槽炮孔布置

在采場切割天井用 ⅤCR大直徑中深孔分段爆破形成后，用T-150潛孔鉆機在上分段切割橫巷內施工下向中深孔炮孔，炮孔孔徑為80 mm，切割槽炮孔排面排間距1.5 m，孔底距1 m[7]，以切割天井為自由面進行側向爆破拉槽，爆破采用粉狀乳化炸藥全孔裝藥，裝藥系數為0.78，按照切割槽拉槽炮孔布置參數，一個15 m寬采場在切割天井形成后還需要布置8排炮孔，每排炮4個中深孔炮孔，共需要布置32個中深孔切割槽炮孔爆破形成切割槽。切割槽炮孔布置如圖5所示。

圖5 切割槽炮孔布置（單位：m）

2.2.2 裝藥爆破

切割槽炮孔爆破采用全孔裝藥進行爆破，裝藥系數為0.78。選用的爆破器材有非電毫秒導爆管雷管、粉狀乳化炸藥、導爆索和其他輔助材料，非電毫秒導爆管雷管段別應在7段以上，炮孔裝藥段全場敷設雙股導爆索，孔內分兩段進行裝藥，孔底堵塞長度1 m，孔口堵塞1.5 m，一個炮孔內兩段藥量空氣間隔為1 m。為減少同段起爆藥量，達到最佳破碎效果，在實際切割槽炮孔爆破作業中，采用“Ⅴ”型微差爆破方式，即先起爆中間兩個炮孔，再起爆同排兩側的兩個炮孔和后排中間兩個炮孔，以此類推，三次爆破形成切割槽。切割槽炮孔第一次爆破兩排，即L1和L2，第二次爆破3排，即L3、L4和L5，最后一次爆破3排，即L6、L7和L8。切割槽炮孔裝藥結構如圖6所示，切割槽炮孔起爆順序如圖7所示。

圖6 切割槽炮孔裝藥結構（單位：m）

圖7 切割槽炮孔起爆順序(單位：m)

3 應用效果

目前，切割槽快速形成技術成功應用于甲瑪銅多金屬礦井下各分段中深孔采場中，采場16 m的切割天井一般分4次爆破成井，大概2～3 d可完成一個切割天井的4次爆破，每次爆破高度為4 m，16 m高切割天井需爆破使用炸藥506.25 kg，導爆管雷管36根，炸藥單耗為1.13 kg/t。切割天井爆破形成后，進行側向拉槽爆破，拉槽爆破一般分3次完成，大概3 d可完成切割槽所有排面的爆破。切割槽爆破共使用粉狀炸藥1956.86 kg，導爆管雷管64根，炸藥單耗為1.09 kg/t。現場實踐證明，基于ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井的切割槽快速形成技術應用效果非常好[8]，切割天井成形好、成井效率高，大大縮短了分段中深孔采場切割槽形成時間，加快了采場回采進度，安全性好，綜合成本較低。

4 結論

（1）深孔爆破成井法無論在成本、效率、勞動強度、設備移動便利性等方面均優于礦山現階段采用的普通法和天井鉆機法，是目前最適合甲瑪銅多金屬礦井下二期礦體切割天井施工的方法。

（2）ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井方法切割天井成型好，成井效率高。

（3）現場實踐證明，基于ⅤCR大直徑中深孔分段爆破成井的切割槽快速形成技術應用效果良好，大大縮短了分段中深孔采場切割槽形成時間，加快了采場回采進度，安全性好，綜合成本較低。