聚矿槽切割槽一次成槽技术在普朗铜矿的应用

王 欢， 黄华桃， 龚清田， 肖卫国， 肖明红

(金诚信矿业管理股份有限公司， 北京 101500)

1 前言

聚矿槽是自然崩落法矿山中连接出矿水平与拉底水平的漏斗状通道，其成型速度、成型质量等直接关系到矿山出矿能否顺利开展，是一项咽喉工程。我国采用有底柱崩落采矿方法回采的矿山普遍沿用人工浅孔爆破的方式进行聚矿槽施工，该方式施工难度大，效率低，施工安全难以保证[1]。普朗铜矿采用自然崩落法采矿，超前式拉底，在已拉底区域下采用浅孔爆破方式进行聚矿槽施工，施工安全难以保证，且成型速度较慢，而聚矿槽成型速度又制约着拉底推进速度，影响着整个矿山能否按时达产[2-7]。因此，普朗铜矿在引进国内外先进设备、技术的基础上，通过技术革新，成功采用φ762 mm钻孔配合中深孔微差爆破实现聚矿槽切割槽中深孔爆破一次成槽，取得了较好的技术经济效果。

2 工程概况

普朗铜矿设计生产能力1 250万t/a，采用自然崩落法开采。首采区域主要开采KT1矿体，含矿岩石主要为石英二长斑岩，矿体长1 200m，垂深17.0～750m。矿山工程地质复杂程度为中等类型，矿区内岩石硬度以坚硬为主，局部破碎带较发育，岩体基本结构类型以块状结构为主，节理裂隙发育，岩体基本质量为Ⅲ类，矿岩可崩性中等。矿岩平均密度为2.68t/m3，松散系数1.69，平均硬度系数f=9，平均自然安息角36.5°。

矿山设计采用超前式拉底，双拉底道，窄式倾斜拉底，拉底高度10～15m。聚矿槽呈上宽下窄的漏斗状，上宽14 027mm，下宽4 200mm，高16m，采用中深孔爆破，滞后于拉底推进线20～30m。

矿山自2016年开始进行拉底及聚矿槽爆破，至2017年10月，已拉底约30 000m2，形成聚矿槽40个。

3 聚矿槽切割槽一次成槽原理

聚矿槽按其形成顺序可分为切割及扩槽两个步骤，切割即以大孔及聚矿槽巷道为自由空间通过中深孔爆破形成切割槽，它为后续扩槽提供补偿空间；扩槽即在已经形成的切割槽基础上通过挤压爆破形成聚矿槽漏斗。本文只讨论聚矿槽切割槽部分，切割槽设计上宽17 594mm，在拉底水平处宽度14 027mm，下宽为聚矿槽巷道宽度4 200mm，高度17 000mm，宽度2 000mm，具体情况如图1所示。

一次成槽是利用上向扇形中深孔，以φ762mm大孔及聚矿槽巷道为爆破自由空间，孔间微差爆破，逐级爆破形成切割槽漏斗。切割槽一次成槽是在成功实现中深孔一次成井的基础上进行的，其原理基于中深孔一次爆破成井技术，本文以φ762mm一次成井原理为基础进行论述。

图1 聚矿槽切割槽示意图

中深孔一次成井关键在于解决补偿空间及爆破微差时间，根据现场施工设备、技术水平等，进行中深孔一次成井布孔设计，具体情况如图2所示。中深孔及大孔均为垂直上向孔，深度均为17m。

图2 一次成井布孔设计

图3 爆破高度16.8m一次成井效果图

中心φ762mm大孔采用山特维克DU411大孔台车施工，补偿空间面积0.456m2，1～8#中深孔采用Simba 1354采矿台车施工，孔径76mm，8个孔共计形成补偿空间面积0.036m2，爆破岩石面积3.508m2，补偿空间系数约13%，显然不能满足爆破成井要求。

因此，需要采用孔间微差爆破，有效利用聚矿槽巷道空间，解决补偿空间不足的问题。为解决此问题，现场采用数码电子雷管不断试验，通过电子雷管延期时间进行标定，试验表明在1～4#孔爆破完成后，5～8#孔必须间隔1 090ms以上才能取得较好的爆破效果，图3所示为一次成井效果图。

根据标定的延期时间，按照式(1)对爆破影响系数K(包括炸药爆轰加速度影响，爆破岩石相互作用影响等)进行反算。

(1)

式中：H——一次爆破高度，取17m；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

t1——延期时间，t1=1.09s。

通过式(1)计算得出K=0.585。

根据计算得出K值，可以确定不同高度切割井一次成井爆破所需要延期时间t为

(2)

根据式(2)，现场分别对爆破高度12～17m内的切割井进行一次成井试验，均取得较好的成果，图3所示为爆破高度16.8m一次成井试验效果图。

4 切割槽一次成槽布孔设计

布孔以中心φ762mm大孔及聚矿道作为切割槽爆破的初始自由空间，分为扩井孔J1～J8号孔，扩槽孔KC1～KC3排，每排各6孔，布孔设计如图4所示。

图4 切割槽一次成槽布孔设计示意图

1)大孔及中深孔凿岩参数设计

大孔：切割槽中心大孔采用山特维克公司生产的DU411大孔台车施工，孔径762mm，为垂直上向孔，孔深17 025mm，为初始补偿空间。施工时首先采用φ165mm钻头施工导向孔，再换φ254mm钻头施工扩孔，最后使用V30钻头施工φ762mm大孔，施工过程中必须保证大孔垂直度。

中深孔：采用Simba 1354采矿台车施工，炮孔直径76mm，采用双机芯施工，机芯高度1 900mm，孔深17 457～18 935mm，边孔角75°。借鉴国内外同类矿山经验值，同时结合现场实际情况，确定最小抵抗线W=2 500mm，孔底距2 000～2 500mm，孔口距约为孔底距一半，取1 000～1 200mm。

布孔中需注意J1～J4号孔距大孔边距离不能大于400mm，若间距过大爆破后会发生“放腔”现象。

2)中深孔爆破参数设计

装药参数: 装药采用BQF- 100Ⅱ型装药器，沿孔长连续耦合装药。炸药采用ANN- 2黏性粒状炸药，爆速≥2 800m/s，雷管采用数码电子雷管，延期时间15s以内。

起爆方式和起爆顺序：采用数码电子雷管一次起爆，孔口及孔底双向起爆，孔间及排间微差爆破。起爆时先起爆扩井孔，然后由近及远起爆扩槽孔，逐级形成漏斗状切割槽。

延期时间：排间微差时间t2由式(3)确定。

t2=WKp(24-f)

(3)

式中：t2——微差时间，ms；

W——最小抵抗线；

f——矿岩普氏系数；

Kp——岩石裂隙系数，裂隙较少时取0.4～0.5，裂隙中等时取0.7～0.8，裂隙较发育时取0.85～0.9。

根据式(3)计算得出，微差时间为25～35ms，根据现场情况取35ms。

研究表明，爆破时岩石带有一定的能量，以50～100m/s撞击前排爆破体[8]。因此，大孔一侧炮孔挤压爆破时需选择在另一侧已爆破矿岩动能最小时进行，因此延期时间需180～360ms，为保证爆破质量，现场取360ms。

综上，确定各孔延期时间，见表1。

表1 聚矿槽一次成槽爆破数码雷管延期时间表

5 效果分析及改进建议

按照上述设计，在普朗铜矿首采区域N2～S4穿脉中共进行23次聚矿槽切割槽一次爆破成槽，均取得了较好的效果。聚矿槽一次成槽效果如图5所示。

图5 聚矿槽切割槽一次成槽效果图

通过采用聚矿槽切割槽一次成槽技术，施工人员一次即可完成扩井孔、扩槽孔装药，在巷道内作业，施工效率高且安全可靠，避免了分次爆破时在已爆破切割井下的作业风险，且减少了出矿量，使矿山获得了良好的技术经济效益。在应用中的几个建议：

(1)必须保证成孔质量，孔深误差不大于±0.2m，角度误差小于±1°。

(2)必须保证装药质量，装药时风压应在0.45～0.5MPa之间，保证装药的连续性及密实性。

(3)由于聚矿道中心位置较高，爆破后容易破坏后排炮孔眉线，因此，下一步建议将切割槽及两侧扩槽排同时爆破。

(4)由于国产数码电子雷管局限性，因此，在每次装药前需要对每发雷管进行检测，确保雷管质量满足爆破要求。

(5)在延期时间满足要求的前提下，尽量采用逐孔起爆，以降低对底部结构的爆破震动，减少底部结构破坏。

6 结论

(1)通过现场实践对中深孔爆破一次成井的原理进行简单的分析总结，提出了延期时间计算公式，并成功实现通过φ762mm大孔一次爆破成井、一次爆破成槽。

(2)采用先爆破形成切割井再形成切割槽的方式时，由于切割天井与拉底水平连通，需要进行大量出矿，且施工人员需要站在已爆破形成的切割井下作业，作业环境非常差，施工安全不能保障。

(3)聚矿槽切割槽一次爆破成槽，与传统成槽方式相比机械化程度高，减少了辅助工作时间，提高了劳动生产率，降低了生产成本。

(4)采用聚矿槽切割槽一次爆破成槽，加快了聚矿槽的施工进度，缩短了出矿口的准备时间，为矿石按期达产提供了保障。

(5)普朗铜矿采用自然崩落法采矿，矿石可崩性较好，使用该技术相对较为成功。但在岩石爆破性能较差的矿山，采用该技术时，需要进一步优化爆破参数，否则爆破效果不易保证。