深孔一次爆破成井技术的研究与应用

叶 超

（江西铜业股份有限公司武山铜矿，江西 九江 332204）

天井掘进施工在金属矿山属于施工难度较大的一个工序，通常的天井施工方法包括普通掘进反井法、吊罐法下向施工、爬罐法下向施工3类。传统的天井施工方法具有作业风险大、效率低、施工周期长、成井轮廓差等劣势，尤其是普通掘进反井法虽然应用较为广泛，但是在狭小空间内作业，浮石处理难度大、工作环境差，存在极大的安全事故风险。鉴于此，武山铜矿设计应用了深孔一次爆破成井技术，该技术在降低反井成本的基础上，实现一次性成井，作业效率显著提高、安全系数显著提高。

1 工程概况

武山铜矿矿区有南北两个矿带组成，其矿床赋存条件差异较大，南北矿带的地质赋存条件均属于复杂类型，岩石硬度系数为8～10，松散系数为1.6，采用下向水平进路胶结充填采矿法。该采矿方法决定需要掘进的溜井、泄水通风井等措施井较多，预先采用传统的上向掘进反井法，施工进度慢、效率低、安全风险大。

深孔一次爆破成井技术试验应用地点位于北矿带层控矿床砂岩中，岩石较为稳固，硬度中硬，局部硬度系数达到10左右。天井规格：2.0m×2.0m方形、垂深9.5m。

2 爆破设计

2.1 补偿空间的验算

实施深孔一次爆破成井技术的必要条件需满足：爆破碎胀的岩石体积(Vz)＜补偿空间体积(Vb)。

依据资料：天井规格2.0m×2.0m，可知该天井的断面积S=4㎡、天井边长L=2m。另外依据现场实际测量得：深度垂深H=9.5m，天井上下部巷道断面S上、S下均为8.367m2。查阅岩石岩性资料获知该岩石的碎胀系数k=1.6。

2.2 炮眼布置

2.2.1 炮孔间距的确定

依据天井规格设计炮眼布置如图1所示，施工效果如图2所示。共设计21个炮孔，其中装药孔17个，大直径空孔4个。起爆雷管选用非电毫秒导爆管雷管，分为5个段别进行起爆，其中掏槽孔首先起爆，两圈辅助孔依次起爆，周边孔分为两个段别依次起爆，各起爆时间间隔为150～200ms。

图1 深孔一次爆破成井布孔示意图

图2 施工效果图

（1）掏槽孔（编号为1～5）间距。依据空孔的补偿空间、掏槽孔直径（60mm）、岩石碎胀系数等参数算得理论值为314mm。但是考虑到钻孔最大偏斜导致炮孔穿孔等原因，确定掏槽孔间距为185mm。确定采用5个掏槽孔，其中中心一个掏槽孔作为装药孔，周围4个作为补偿空间孔，为保障爆破效果，4个补偿空间孔进行了扩孔，扩孔直径为86mm。

（2）辅助眼（编号为6～13）间距。考虑天井断面规格，设计了两圈辅助孔，第1圈辅助孔炮孔间距556mm，与掏槽中心孔间距0.4m；第2圈辅助孔炮孔间距1089mm，与掏槽中心孔间距0.77m。

（3）周边眼（编号为14～21）间距。周边眼间距理论计算值E＝(12～16)d=720～960mm；考虑到武山北带岩石性质和深孔爆破经验参数，选定周边眼间距为1m，均匀分布于天井周边，炮孔数目共计8个。

2.2.2 炮孔装药

炮孔装药结构、装药量、起爆段别参数如表1所示。装药前须预先精准测量炮孔深度，炮孔施工采取贯通式施工方式，即炮孔与上下水平巷道贯通，炮孔测量完毕后需及时采用木楔进行堵孔，并回填细沙0.5m左右。

表1 深孔一次爆破成井爆破参数表

（1）掏槽孔装药。掏槽孔中心孔为装药孔，周围4个作为补偿空间孔；中心孔装药采用连续装药方式，采用φ32mm药卷，单孔装药量17.6Kg，装药长度8.7m，堵塞长度0.8m，孔口采用炮泥进行封堵，起爆段别为1#雷管，每孔均为安设3个起爆药包。

（2）辅助孔装药。辅助孔装药结构与掏槽孔相同，装药孔8个，总装药量为140.8Kg，起爆段别采用3#雷管和7#雷管，每孔均为安设3个起爆药包。

（3）周边孔装药。周边孔装药孔8个，每孔装药量为8.8Kg，采用轴向不连续柱状装药方式，炸药按一支药卷一簇捆扎在细竹片上，分为两段，中间间隔3m左右，实现光面爆破，起爆段别采用3#雷管和7#雷管，每孔均为安设2个起爆药包。

3 应用效果

本次深孔一次爆破成井技术的应用，成井效果较好，天井一次性实现上下爆通，井壁轮廓完整，如图3所示。分析认为存在以下优势：

图3 深孔一次爆破成井现场效果

（1）高效性。武山铜矿采用的采矿方法需要布置的天井、溜井等措施井较多，传统的反井方式，导致反井速度严重影响采场的施工进度，影响采矿效率，采取深孔一次爆破成井技术，4个班可完成1条10m切割天井的施工，施工周期大大缩短。

（2）安全性。传统的人工反井技术，作业人员需要在井筒里狭小空间作业，存在浮石垮落伤人、高处坠落事故、中毒窒息事故等风险，采取深孔一次爆破成井技术施工工序少、安全性显著改善，避免了传统的人工反井安全风险。

（3）经济性。据统计，深孔一次爆破成井技术与传统反井技术相比较（断面2.0m×2.0m），能够实现直接成本降低500～600元/m。武山铜矿2020年施工天井500m，该项技术的应用可实现直接生产成本节约30万元以上。

4 结语

深孔一次性成井技术的应用效果表明，该技术用于天井的施工，具有高效性、安全性、经济性等优势，是一种安全、高效、经济的施工方式，值得推广应用。