深孔爆破一次成井爆破技术在冬瓜山铜矿的应用

王成胜

(冬瓜山铜矿, 安徽铜陵市 244000)

深孔爆破一次成井爆破技术在冬瓜山铜矿的应用

王成胜

(冬瓜山铜矿, 安徽铜陵市 244000)

冬瓜山铜矿某采场溜井采用深孔爆破成井技术施工,对深孔爆破成井设计的分段爆破高度、炮孔数目、炮孔间距,拉槽方式等爆破参数进行了讨论。

采场溜井;深孔爆破成井;爆破参数

1 概 述

在冬瓜山铜矿某采场设计一斜溜井通往主溜井。该斜溜井设计断面为 2.5m×2.5m,倾角 65°,见图1。该处布孔范围内属砂岩,坚固性系数 f平均为 15,为坚硬、致密岩层。设计中沿溜井全高从上向下用 T261深孔钻机钻凿一组平行深孔,分段爆破,以形成设计所需高度和断面。此方法施工的最大特点是:工人不进入溜井内作业,作业条件得到显著改善。该施工方法的关键技术是要控制深孔的偏斜,合理布置炮位,选择合适的爆破参数和爆破顺序。

图1 斜溜井示意

2 爆破设计

2.1 掏槽形式和炮孔间距的确定

由于采用 T261钻机施工炮孔,钻孔直径为 165 mm,而铲溜子设计断面仅为 2.5m×2.5m,因此在等直径孔的限定条件下,设计采用裂隙掏槽,其中k1、k2为空孔,用于为 1#孔提供补偿空间。在综合考虑钻机偏斜和补偿空间的合理范围后,本设计所取炮位间距如图2所示。设计中考虑先裂隙掏槽,形成 1.1m长,0.17m宽的裂槽。再结合其他掏槽方式进行扩槽。

图2 炮孔布置

在岩石碎胀系数不是很大(f碎胀＜30%)的情况下,一次可爆高度的随补偿空间增大而有增长的余地。从提高一次可爆高度的角度,采用大补偿空间是适宜的,且每响爆破的相应补偿空间尽可能地大一些,即相应缩小扩槽孔间距,合理地增大前后响炮孔的雷管段次,对提高一次可爆高度有益。

裂隙掏槽对炮眼精度要求较高,建议从施工管理上给予重视,对于比较重要的钻孔,应由最熟练工人进行施工,并由班长督导。

首爆的 1#炮眼与空眼间距 L的计算:

式中,D为 165mm;K为岩石碎胀系数[1～3]。

碎胀系数 K取 20%时,得出 L≤777.5mm。考虑到钻孔的偏斜因素,取 450mm。其余炮孔间距根据断面与补偿实间的要求取值,如图2所示。其中首爆孔补偿空间可达 0.32。

2.2 爆破分段高度的确定

考虑到岩石的碎胀性,采用分段爆破。加大分段爆破高度可以节约材料和辅助作业时间,提高掘进效率。分段爆破高度主要与岩性、天井断面尺寸、补偿空间大小等因素有关。对中硬以上的岩石,宜采用低分段爆破。本设计分 4次爆破,见图1。

2.3 爆破顺序的确定

以产生新的自由面为出发点,前苏联学者哈努卡耶夫认为,前段装药爆破裂隙能使矿岩脱离岩体形成 0.8～1.0cm宽的贯穿裂缝的时间为最优微差间隔时间。

式中:t1为弹性应力波传至自由面并返回所需的时间,为形成裂缝所需的时间,ms;t3为破碎的岩块离开原岩 s=8～10mm所需的时间,为岩石纵波波速,m/s;c2为裂隙扩展速度,c2=0.05cp,一般取 100～150m/s;vcp为矿岩碎块平均运动速度,m/s[4]。

取经验值进行计算,所得的最优微差间隔时间△t为 20ms左右。但是考虑到破碎岩块自空孔内向垂直自由面的抛射,建议相邻炮孔相隔 2个段次即 50ms。前面所爆炮孔可能使后续炮孔处于高密集裂隙区域内续爆,爆生气体自裂隙很快逸出,使爆能利用不充分。一个解决的途径是适当加大炸药单耗,靠增加的应力波作用来完成破碎和抛射,从而创造一个良好的新自由面。

第 1次爆破时,侧崩条件,自由面和补偿空间足够,故雷管分段和装药炮位与第 2爆至第 4爆爆破顺序不同。

第 2～4次爆破中,8#孔首爆,利用 9#、10#孔作为补偿空间预裂爆破,以减轻对斜溜井与主溜井之间三角矿柱的破坏。1#孔次爆,利用 9#、10#孔作为补偿空间。2#孔次爆,4#、5#孔 3爆,6#、7#孔最后一响。雷管分段如图3、图4所示。

图3 第 1次爆破的顺序

图4 第 2～4次爆破的顺序

2.4 装药间隔及炮孔堵塞

基于保护设计的斜溜井与主溜井间三角矿柱的考虑,设计使用了间隔装药。爆破实践表明,对于小范围内密集钻孔而言,基于控制炸药单耗而计算炸药量,然后反推出来的装药间隔长度是偏大的。装药间隔总长为爆破长度的 0.2倍可能是合适的。采用间隔装药时,孔底部分线装药密度应不小于上方线装药密度。

掏槽炮孔小间隔或连续装药,以便在完成破碎部分岩石任务后,有足够的能量将破碎的岩块抛射出去,为后续炮眼创造自由空间。边界炮眼间隔装药,以减轻对周围岩体的破坏。

还有一个很重要的问题是堵塞长度的确定。孔底堵塞不宜过长,以方便破碎岩块的抛射。药面上方的堵塞长度,一般取l堵塞=(1.0～1.2)W,其中W为最小抵抗线。对于小间距、高密集炮孔而言,上方堵塞长度应取大一些,建议W≤1.5m时,取l堵塞=2.5m;W＞1.5m时,取l堵塞=3.0～3.5m;破顶时,孔口堵塞长度应不小于孔底堵塞长度的 3倍;另外破顶时,考虑到安全及补偿空间,爆破长度取 5～7m。

3 结论和建议

(1)对于较小断面的拉槽爆破,装药爆破的钻孔有条件时应采用较小直径。空孔可以采用较大直径。这样能够均匀爆破,有利于提高爆破效果。

(2)应充分考虑到钻孔的偏斜,对于要求精度较高的掏槽孔来说,若孔深过长,则精度不易保证。对于 T261钻机而言,平均偏斜率 2%的条件下,成井孔深不应超过 35m。

(3)拉槽爆破区域应尽量选在坚硬、致密的岩性中,虽然会降低分段高度,但是优点显著。节理发育的地段,或湿孔有水的地段,往往会使爆生气体过早逸出,还会造成动压失敏,造成相邻孔瞎炮。所以建议掏槽孔位置的选择应避开上述不利地段。

[1] 高尔新,杨仁树.爆破工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999:55～59.

[2] 中国工程爆破协会.工程爆破理论与技术[M].北京:冶金工业出版社,2009:112～134.

[3] 《采矿手册》编辑委员会.采矿手册(第二卷)[M].北京:冶金工业出版社,1990:729～732.

[4] A.H哈努卡耶夫.矿岩爆破物理过程[M].刘殿中,译.北京:冶金工业出版社,1986:33～37.

2010-08-24)

王成胜(1978-),男,安徽铜陵人,研究生,助理工程师,从事采矿技术工作。