地下矿山工程井巷掘进爆破技术探讨

杜雪峰

（中国华冶科工集团有限公司，辽宁 朝阳 122104）

地下矿山工程一般指矿产开采，即是从地壳中挖掘矿物，并将其运输至制定加工地点的过程[1]。在地下矿山工程中，通过井巷掘进，形成开挖体、安全设施、运输通道、辅助设施的开采作业面，爆破技术在井巷掘进中的应用极为广泛，同时能够保证掘进施工效率、效果。

1 工程概况

保国铁矿位于辽宁省西北部，在朝阳地区北票市井内，隶属于凌源钢铁集团有限公司，该公司是集轧材、冶炼、矿山于一体的大型国有钢铁公司。矿区为矿石原料基地，共有黑山、边家沟、铁蛋山三个矿区，现阶段仅开采铁蛋山矿区。铁蛋山矿区每年生产约18万吨，设计的采矿深度为+110m到-190m。矿区海拔336m，目前最低标高为235m，北温带季风气候，属丘陵地区，地势平缓，山形低矮，地势北高南低。由于矿区岩性不同，呈现出中间低缓，周围较高，浅、中切割的构造剥蚀、侵蚀堆积丘陵和山间沟谷地貌。

2 地下矿山工程井巷掘进爆破技术

（1）技术特点。井巷掘进爆破的内容是地下矿山工程中的平巷、天井、硐室、竖井等项目的爆破施工。一般而言，井巷掘进爆破施工顺序为：钻孔➡装药➡连线➡起爆。不同爆破方法在使用的过程中会受到掘进、断面的影响，且各段爆破中进尺为1到3m，最终爆破后便会形成井巷断面状。所以，在进行同一工作面爆破施工时，需要在工作面上布设多个炮眼，以此保证良好的爆破率。

（2）炮孔布设。掏槽孔布设会影响到循环进尺速率，对于炮孔质量有明显影响，因此掏槽形式成为掘进爆破施工的重要影响因素。作为掘进工作面炮孔，除了掏槽孔以外，还具有周边孔及辅助孔等，在斜井或平巷工作面中，周边孔也会分为顶孔、底孔、帮孔。掏槽孔时对部分岩石预先进行爆破，并将碎石抛出，以此形成槽型空穴，辅助爆破技术便能够创造出第二个自由面，从而达到爆破效率提升的效果。掏槽孔较之其他类型的炮孔深度要高10%到15%左右，槽的形式对于循环进尺作用极为关键。炮孔质量的关键在于掏槽孔形式合理设置，辅助孔可以选择崩落大量岩石、刷大断面，以此提升周边孔自由面，最大化进行岩石爆破。周边孔主要是对巷道断面的方向和形式进行控制，对于井巷尺寸、形状和方向也能够进行一定控制。

主要包含以下几种掏槽形式：①锥形掏槽。爆破工作面中进行锥形炮孔组布设，在竖井掘进中应用广泛，各掏槽孔在底部不形成贯通，一般排列为圆锥形或角锥形，圆锥更适用圆形井筒掘进，角锥则更适合平巷掘进应用；②楔形掏槽。该掏槽形式中，会布设两排对应的炮孔，爆破构成了楔形空间，在断面尺寸在4㎡以上、中硬度以上的均质岩石的巷道掘进中应用广泛；③龟裂掏槽。又被称作缝形掏槽，在岩石中硬度以上适用，炮孔数量是3个到7个，孔间距为8到12m，空孔在直径上，和装药孔大抵相同，在大直径空孔中也可应用；④桶形掏槽。也被称作柱形掏槽，岩石硬度达中硬度以上时，广泛应用的垂直掏槽形式。掏槽腔体的宽度和体积相对更大，能够便于辅助孔进行爆破。空孔与装药炮孔，在直径上可以等同，前者也可较后者更大，大直径空孔应用中可以形成较大的补偿孔家和人工自由面；⑤螺旋掏槽。螺旋掏槽各空孔与装药炮孔距离是有规律的进行递增的，空孔到各个装药孔距离按照顺序，分别是空孔直径的1倍至1.8倍、2倍至3.5倍、3倍至4.5倍、4倍至5.5倍。装药炮孔依次爆破开来，槽腔体积也会随之扩大。对于爆破难度较大的岩石，可以增设空孔来使得补偿空间体积、自由面面积增大。空孔的位置、数量、直径大小等在垂直掏槽中极为重要。

（3）起爆顺序。掘进炮孔起爆顺序，对于爆破效果、准爆、安全起爆有着较大影响，在进行爆破施工过程中，后起爆炮孔充分利用先起爆炮孔的自由面，由此能够减弱噪声、空气冲击波强度、振动等情况。不过不同掏槽形式这能够，起爆顺序会有所差别。比如桶形掏槽、龟裂掏槽可应用瞬发雷管同时进行起爆，或者使用多段延期雷管进行起爆；螺旋掏槽应用延期雷管，逐一进行装药孔的起爆工作。

（4）技术有关参数。①炮孔直径。该参数对爆破效果影响最为直接，直径较大会使炸药装填量增多，进而形成集中爆破，能够保证爆破速度和爆破稳定性；②炮孔数量。炮孔布设的数量，对于炮孔使用率有直接影响，数量越少则使用率越低，同时巷道成型效果差。实践明确全断面应保证5个/㎡炮孔，炮孔使用率达到90%以上；③炮孔深度。炮孔设置深度对井巷掘进各个环节均会造成一定影响，如材料消耗、掘进速度、爆破效果等。为了保证掘进效率，要对技术条件进行改造，综合设备、作业与岩层条件的合理性，炮孔深度应保证为1.5m到2m之间；炮孔孔距。确认岩石性质、断面尺寸后，要进行炸药数量、单排炮孔数量、炮孔深度、填药量、直径等确认，同时对辅助孔布设均匀性进行保障，调整炮孔孔距、装药系数、炮孔数量。辅助孔设计中，要将孔距设置为400mm到600mm之间；④填塞长度。进行炮泥堵塞能够使得炮孔利用率提升，增加能量利用效果，提升爆破效率。填塞长度和填药长度以及炮孔直径有较为密切的关系，实践中明确炮孔应分词堵塞炮泥，填充长度要在300mm以上，或者是炸药长度0.35倍到0.5倍，要尽量充实，以此使得爆炸能量应用效果提升。

3 井巷掘进爆破技术在工程中的实际应用

（1）技术准备。在进行施工之前，混合井进行出碴设备的下放，具体的过程便是：其一，在井上进行出碴设备的解体；其二，工程中对竖井-115m、-40m、+35m水平马头门防水彩钢板进行拆装及井口防护，并拆除罐笼配种；其三，进行施工材料、设施的下放，在井下展开组装作业；其四，对行车通道进行支护和刷帮；其五，清理巷道中的淤泥杂物及粉矿杂物等，并进行地板积水坑回填；其六，进行风、水、电设备及基础的安装；其七，矿石卸载站使用砖墙进行封堵；其八，安装废石卸载护栏。

（2）掘进施工方法与技术措施。本次工程中，平巷掘进施工采用YT-28钻机进行岩石开凿，孔直径为38mm，平巷掘进辅助孔、周边孔深度为2.2m，掏槽孔深度为2.5m，每循环进尺为2.0m。在每次实施钻孔前，清理至实底部，施工人员根据设计尺寸将开挖轮廓线、炮孔位置等进行标准，除了掏槽孔以外，其他炮孔都要钻至相同水平面。施工中选择不耦合连续装药方式、炮泥堵眼形式。起爆选择预留光爆层全断面二次非电导爆管实施（如图1）。

图1 保国铁矿铁蛋山地下矿山工程爆破布置图

本次工程中，使用火工材料为乳化炸药，药包选择毫秒延期全塑非电导爆管雷管进行起爆，起爆器起爆。爆破参数如下表1，周边孔间距为400mm至600mm，最小抵抗线为500mm至700mm，中硬度岩石中周边孔装药量为200g/m到250g/m。爆破要求效果如下表2，巷道掘进的轮廓线眼口要在100mm以上，眼底则小于150mm，巷道岩面不能有明显炮震裂缝问题。在进行施工的过程中，按照爆破围岩状况、材料性能，进行参数实时的调整，进而达到了理想爆破效果。

表1 保国铁矿铁蛋山地下矿山工程中的炮孔参数

表2 保国铁矿铁蛋山地下矿山工程中爆破实施效果

（3）施工质量控制措施。工程中采用光面爆破技术，根据钻爆设计实施作业，爆破后分析对比，及时进行钻爆参数调整，使爆破效果得到保证。在进行钻孔施工前确定起拱线、开挖断面中线、炮孔位置，在检查后达成要求才能实施钻孔施工。炮孔深度、排距、角度要以设计要求为准，掏槽孔孔口、孔底误差不大于15cm；辅助孔孔口排距、行距误差不大于15cm；周边孔巷道设计断面轮廓线间距不能超过15cm，孔底不得超过开挖断面轮廓线15cm，内圈与周边炮孔排距误差不大于15cm。开挖面不齐平的情况下，要根据实际状况进行炮眼深度调整，同时对装药量进行调整，以此使除掏槽孔外，所有孔底均能保证在同一平面。完成钻孔后，要根据炮孔布设图进行记录和检查，若是存在与要求不符的炮孔，需要重新进行钻孔作业。

（4）排碴作业。-115断面排碴施工中采用铲运机或装载机进行装碴，井下自卸汽车负责运碴，在-25m水平溜井中排碴，运碴应用-40m水平电机车矿车，最后通过副井垂直升降机排碴至地表；或者是采用井下铲运机出碴，直接在废石溜井中倒碴，最后由混合井排碴至表。各个断面尺寸存在一定差异，对于铲装设备装碴要求不能进行满足，可以选择在总回风巷、穿脉、下盘等长距离独头巷道及所需位置进行掘进，以此来为施工进度提供保障。在进行出碴的过程中，选择铲运机出碴至各穿脉碹岔倒车硐室处，再使用井下装载机将碴石倒运到溜井处。

4 结语

在保国铁矿铁蛋山地下矿山工程中，井巷掘进项目应用井巷爆破技术取得了良好的施工效果，掘进效率、效果得到了保障。本篇对井巷掘进爆破技术及其应用进行了详实的阐述，能够为地下矿山井巷掘进爆破技术实施提供借鉴。