矾山磷矿切割井中深孔一次成井爆破技术

马志慧

(河北矾山磷矿有限公司， 河北涿鹿 075600)

1 前言

切割井的掘进是矿山生产采切工程中至关重要的施工环节，切割井安全、及时施工直接决定着采矿工作的开始和完成进程，因此切割井的钻凿、爆破和施工方法一直是矿山行业研究人员和现场技术人员关注的关键技术。常规的施工方法虽然已经使用多年，但是存在施工环境危险，施工效率低、成本高等多种问题，近些年一次爆破成井技术逐渐在井工矿山、露天矿山和隧道工程等施工中被广泛使用[1-3]。丰山铜矿天井掘进中采用中深孔爆破一次成井技术，采用七个空孔掏槽方式提供自由面，此爆破方法大大降低了人工成本，改善了作业环境。李启月[4]对多孔球状药包爆破一次成井和直孔掏槽爆破一次成井两种技术模式进行了对比研究。李廷春[5-7]以应力波反射机理为基础，探讨了超深孔一次爆破成井技术的优势。冬瓜山铜矿[8]在溜井掘进过程中采用一次爆破成井技术，提出了爆破孔采用小直径炮孔、空孔采用大直径孔以及掏槽孔位置选择应避开不利地段等结论。寇岗[9],于长军[10]等以工程施工成本和施工效率角度论述了爆破一次成井技术在煤矿和金矿掘进施工中的优势。鉴于爆破一次成井技术的优势，在矾山磷矿切割井施工中引入该技术，对爆破参数进行设计，对爆破后效果进行分析。

2 工程概况

矾山磷矿于1994年正式投产，设计采选生产规模为120万t/a。目前井下东区生产中所用的无底柱分段崩落法，适合矿床的赋存特点和开采强度要求；西区在承压水体被有效疏干以前采用充填法进行回采。矿块沿走向布置，矿块长度60m，高度为分段高度12m，矿块宽为矿体厚，每个矿块施工一条切割井。切割井规格为2.0m×2.0m，深度16m。矿岩体具有明显似层状结构，导致不同类别岩石力学性质存在较大差异，分别为巷道顶板岩石强度高、矿层岩石强度低、夹石强度高、直接底板强度低、间接底板强度高。矿体及其顶底板软硬岩层交替出现使矿岩力学性质复杂多变，在切井施工中，出现片帮使切井无法继续施工。为了解决溜井和切井施工过程中的安全问题，引进一次成井爆破技术，取得了满意的效果。

3 一次成井爆破技术

3.1 施工设备及爆破参数

437m、449m、461m分段施工了6条切割井，确定采用YGZ- 90型钻机施工钻孔。根据不同用途钻凿不同直径的炮孔，炮孔类别有空孔、掏槽孔、辅助孔和周边孔。空孔数量为3个，位于工作面中心位置，孔径为90mm，不装炸药；掏槽孔数量为4个，孔径为70mm；辅助孔数量为4个，孔径为70mm；周边孔数量为8个，孔径70mm。设置空孔为了探测孔深并为掏槽孔爆破提供自由面和补偿空间，空孔钻凿深度为6.8m，设计与上水平打透。其他三类炮孔施工深度为6.3m，留0.5m厚的岩层。

设计一次凿岩一次爆破，起爆顺序：掏槽孔1段、2段；辅助孔3段、4段；周边孔5～12段。使用半秒延期导爆管雷管，簇联爆破网路。共装药爆破16个孔，炮孔之间的距离和相互位置关系如图1所示，图中数字标识代表起爆雷管段数，1～4段的起爆雷管均为2个，雷管段数是5～12段。

图1 一次成井炮孔布置图

装药结构：连续装药，单孔装药长14m(采用粒状药)，炮孔填塞长2m。反向孔底起爆，簇联爆破网路。起爆网络采用延期雷管传爆，炸药选用2号岩石硝铵炸药。

3.2 单孔装药量

单孔装药量为14.7kg/孔，炸药选用直径为32mm，2号岩石硝铵药卷和粒状硝铵炸药。线装药密度约为1.05kg/m，其装药长度为14m，炮孔深度为16m，填塞部分长度为2m。堵塞的材料用黏土做炮泥，并用木棍分层捣实。堵塞的长度应符合规定，保证爆破效果。

3.3 爆破网络

采用导爆管起爆网路，采用毫秒和半秒延时导爆管雷管簇联起爆，具体过程：导爆管远程电子引爆机(击发)→导爆管(传爆)→非电毫秒和半秒延期雷管(引爆起爆弹)→引爆起爆弹药柱。

4 爆破安全控制

井工矿山生产爆破对井下建(构)筑物及附属设施有较大的危害，同样会对人员身体健康及生命安全造成危害，因此井下爆破必须严格规范要求，对爆破安全范围进行圈定，为井下设备、人员的安全提供有效防护。根据爆破安全要求对单断面同时起爆的炸药量以及安全范围进行计算，爆破产生振动对周围的影响采用质点垂直振动速度来衡量。根据国家《爆破安全规程》的规定，最大起爆药量Q为

式中：R——爆源距，m；

V——安全振速，V=15cm/s；

k——与地质条件相关参数，取k=150；

a——衰减指数，取a=1.5。

根据爆破安全公式计算得到设计单段最大起爆药量小于80kg，即距离爆源20m以外的巷道及附属建筑不会受到爆破振动的危害，具体见表1。爆破前需对安全范围内的不可移动设备进行防护，人员及可移动设备及时撤出现场。矾山磷矿一次成井爆破设计中，单段最大起爆药量为29.4kg，其所对应的最小安全距离为14.32m。

表1 距离与最大起爆药量对应关系

5 施工成本控制

1)普通分段爆破施工

人工费362元/m3，施工岩石体积为64m3，人工成本362×64=23 168元；

材料费(爆破器材)46.93元/m3，材料成本46.93×64=3 003.52元；

炸药36kg/炮×4炮×8元/kg=1 152元；雷管25发/炮×4炮×3.5元/发=350元；

因此，普通分段爆破施工成本为27 673.52元。

2)一次成井爆破施工

人工费35.15元/m3，施工岩石体积为64m3，人工成本35.15×64=2 249.6元；

材料费(爆破器材)136.5元/m3，材料成本136.5×64=8 736元；

炸药14.7kg/孔×16孔×8元/kg=1 881.6元；雷管32发/孔×3.5元/发=112元；

一次成井爆破施工成本为12 979.2元。

经过多次爆破分段成井施工安全危险性大，施工周期长。一次凿岩一次爆破成井施工安全危险性小，施工速度快。经济成本相比较一次成井爆破技术可节约成本共计14 694.32元。

6 结论

一次成井爆破，危险性小，施工速度快。通过该工程的实施，可以减少普通法掘进天井的循环次数，解决了施工溜井、切井的危险性，保证了生产安全。缩短了溜井、切井的施工周期，改善了生产衔接。不断改善爆破参数，降低炸药单耗。可以减少溜井、切井施工不到位的浪费，有效控制成本并提供施工效率。