中孔掏槽分层爆破成井在李楼天井施工应用

王晓凯

（五矿矿业（邯郸）矿山工程公司，河北 邯郸 056000）

1 工程概况

李楼铁矿回采爆破切割拉槽需切割井提供自由面和补偿空间；另外该矿山由中央至两翼的采掘顺序，对两翼的通风、排岩充填系统要求较高。根据500万t/a的采矿设计规模，每年需要施工约120条切割井及风溜井，工程量为2520m。矿山工程公司目前使用的中深孔爆破成井法施工，较普通法施工作业环境大大改善，提高作业效率，规避顶板检撬、局部通风、高空作业等安全风险，为矿山生产衔接提供有力保障。

2 中深孔爆破技术

国内利用中深孔爆破成井工艺施工天井应用案例比较广泛，例如：石人沟铁矿采用中深孔凿岩台车Simba1354施工上向平行孔，一次爆破成井高度稳定在10m以上，满足切割拉槽要求；草楼铁矿采用CS150潜孔钻机施工下向平行孔一次凿岩分层爆破成井，成井高度45m。

在钻爆参数的选择上，国内的矿山普遍采用平行孔掏槽形式，将空孔作为掏槽孔的自由面，以井下部巷道、空区作为爆破补偿空间，通过一次或分层爆破完成天井成型。

3 钻爆参数

由于中深孔爆破成井采用逐孔或逐排起爆，前过程爆破不完全岩渣“挤死”或爆破“窜炮”造成孔口“揭盖”破环孔口无法装药，则后一过程无法正常进行。因此必须对布孔参数、装药结构、爆破顺序进行详细计算并反复试验，确保爆破效果及稳定性。

3.1 凿岩设备

李楼铁矿中深孔爆破成井采用的凿岩设备为湖南有色重机生产CS150D型潜孔钻机。该钻机钻孔直径为138m～165m，炮孔深度0m～100m。现场钻孔测斜，21m天井炮孔的偏斜率控制在2%以内，可以满足平行掏槽孔的精度要求。根据现场环境及设备冲击器及钻杆供应情况，炮孔直径确定为140mm。

3.2 炮孔间距

3.2.1 掏槽孔间距

（1）掏槽孔与空孔间距按照经验公式计算：

式中，L为掏槽孔与空孔间距，mm；D为空孔直径，取140mm；d为装药孔直径；取140mm；n为补偿系数，取1.7；计算L=261.4mm。

（2）基于破碎范围理论，掏槽孔与空孔的孔间距L满足：

L=（2～4）d+D/2，计算为L=350mm ～ 630mm。由于掏槽孔为大孔径，钻孔深度为21m，孔间距过小，可能出现穿孔，综合考虑取L=520mm，掏槽孔与2个空孔按品字形布置在半径300mm的圆上。

3.2.2 辅助孔间距

掏槽孔与每个空孔形成槽腔，槽腔空间相对较小，因此需要辅助孔逐步扩大槽腔，参考其他矿山经验，结合本矿山的围岩特性，4个辅助孔至掏槽孔排间距取L=700mm。

3.2.3 周边孔间距

周边孔间距需满足天井规格和补偿系数的要求。根据设计要求，天井断面有3.0m*3.0m方形、直径4m圆形两种规格。因此周边孔间距在2.0m～3.0m。经验算补偿系数n＞1.5，满足爆破要求。炮孔布置形式见图1。

图1 炮孔布置及补偿空间示意图

3.3 分层高度

应用利文斯顿爆破漏斗理论和掏槽爆破原理，同时考虑对施工质量和补偿空间的要求，21m天井采用一次凿岩分3层装药爆破成井技术，分层高度为：第1、2分段为5m、6m；第3分段有上下两个自由面，因此分层高度确定为10m。

3.4 装药结构及填塞长度

掏槽孔采用耦合颗粒铵油炸药连续装药结构。孔底堵塞长度0.5m，第一分层装药高度4.5m，间隔0.5m；第二分层装药高度5.5m，间隔0.5m；第三分层装药高度7.0m，中段间隔1.0m，顶部堵塞1.5m。自然倾倒炸药。线装药密度为15kg/m。

良好的填塞效果可以阻止爆生气体过早释放，使炸药能量得到有效利用。爆破实施时孔底填塞采用防静电绳悬吊预制沙袋进行填塞。孔底填塞长度0.5m～0.7m，分层间隔填塞长度为0.5m保证大于殉爆距离；孔口填塞长度1.5m。第三层爆破装药结构见图2。

3.5 起爆方法和顺序

爆破采用非电起爆系统，为了保证起爆可靠，每个炮孔内每层装药长度内各置两发毫秒导爆管雷管，每发雷管连接起爆弹用于起爆炸药。起爆顺序可以根据雷管延期系列及段数多少分为两种起爆顺序。第一种为层内外微差分层向下抛渣上向爆破；第二种为层外微差分层双向抛渣双向爆破。两种不同的起爆顺序不同点在于：同一分层内起爆顺序分逐孔起爆/同时起爆；不同分层之间的起爆顺序是自下而上逐层向下抛渣向上起爆或双向抛渣双向起爆。

双向爆破可以充分利用装药作业面，作为爆破自由面及补偿空间，爆破次数显著降低，但也存在不足，就是双向爆破的临界区域受夹制作用大，对雷管精度要求极高，易形成欠挖，俗称“卡脖子”。

图2 装药结构图

4 结论及建议

李楼铁矿近两年完成爆破成井近200条，爆破基本达到预期效果，天井断面基本规整，所掘天井井满足使用要求。

中深孔爆破成井法有以下优势：

（1）施工安全。人员在设计天井上方的联巷或切巷内施工，无需进入井内作业，避免了高空作业；每次爆破不会影响巷道围岩的稳定，爆破形成的有毒有害气体向下沿已成井筒扩散至沿脉巷，向上沿钻孔扩散，因此受炮烟影响较小。

（2）进度可靠。爆破成井工序简单，凿岩、爆破可以连续作业，有效作业时间长，以20m切割井为例，工期缩短近7天。

对后续中深孔爆破成井在风溜井施工中的应用有以下建议：

150 钻机钻孔直径多样化。针对不同围岩采用不同的钻孔直径，尤其是在风溜井施工时，降低周边孔孔径至100mm以下，可以提高钻孔效率，在不影响工期的前提下，可以增加周边孔数量，降低每孔装药量，减少对围岩的扰动；可以尝试使用数码高精度雷管，利用分段多、延期时间精准的优势，实现高井（井高超过30m）一次爆破成井。配合大孔径切割井钻机，利用670mm大孔径提供充足的补偿空间及自由面，实现降低炸药单耗，保证井壁稳定及质量，解决爆井后井壁片帮的弊端。