中深孔微差爆破切割槽快速成形技术实践研究

摘要：在非煤矿山地下开采中，切割拉槽质量对爆破落矿效果有重要的影响。以贵州息烽磷矿一采区切割工程为背景，针对一次爆破成井法中存在的缺陷和不足，开展了中深孔微差爆破的无切割井切割槽快速成形技术实践研究。无切割井拉槽技术采用切割平巷作为所需的最初补偿自由面，毫秒延期雷管一次微差分段爆破成形。该技术具有凿岩效率高，爆破次数少，成槽效果好和简单安全等优点，能够满足息烽磷矿切割拉槽工作技术与安全要求，有利于矿山安全高效生产。

关键词：切割工程；切割槽；中深孔爆破；微差爆破；快速成形

在非煤矿山地下采矿中，切割拉槽工作为回采创造必要的自由面和落矿空间，是回采前必须做的切割工程，一般包括掘进切割巷道、切割天井和形成切割槽［1］。切割拉槽质量对爆破落矿效果影响重大。切割工作中，切割天井是形成切割槽的关键工序，切割天井的施工速度、质量和位置都影响着采矿方法的有效应用［25］。目前切割天井的施工方法主要有：普通法、吊罐法、中深孔爆破法和钻井法等［67］。

贵州息烽磷矿开采深度为+897～+610 m标高，分4个采区开采，采用分段空场嗣后充填采矿法。一采区中段切割天井，平均井深15 m，平均直径3 m。切割天井施工采用1次爆破成井法。采用深孔凿岩台车施工深孔，装药起爆，1次成井。该施工方法虽然1次成井，施工周期较短，但爆破装药量大，振动明显，对临近巷道围岩破坏大，易出现爆破不彻底、成形差，需人工打眼2次爆破，增加了安全隐患。这已经成为矿山亟待解决的问题。

本文针对一次爆破成井法中存在的缺陷和不足，研究实践了基于毫秒延期雷管的无切割井拉槽一次成型微差爆破技术，切割平巷作为所需的最初补偿自由面，毫秒延期雷管深孔一次微差分段爆破成形。该技术具有凿岩效率高，爆破次数少，成槽效果好和简单安全等优点，能解决切割天井一次性爆破围岩震动破坏及爆破不彻底的安全隐患等问题，施工安全性大大提高。

1息烽磷矿一采区概况

贵州息烽磷矿有限责任公司矿区面积为0.398 1 km2，设计生产能力为35万t/a。矿山分为4个采区开采，+740 m标高以上Ⅰ矿体划分为一采区，Ⅱa矿体划分为二采区，+740 m标高以下Ⅰ矿体划分为三采区，Ⅱa矿体划分为四采区。矿山现进行一采区开采，采区划分为2个中段+740 m中段、+785 m中段，中段内沿走向每60 m划分为一个矿块，矿段划分为15 m一个分段。一采区为一陡倾斜中厚矿床，矿体倾角50°～80°，平均70°，开采范围内矿体平均厚度7.40 m，成层状，稳定连续，无矿地段和厚度不可采地段，矿层基本不分岔；顶板与灯影组白云岩正常接触，底板在5线以西为灯影组白云岩（与F9断层接触），以东逐渐回归正常，与陡山沱组砂岩正常接触。一次回采分段高度15 m，矿房宽度20 m，矿体平均厚度7 m。采用分段空场嗣后充填采矿法开采。脉内采切分段凿岩巷道采用锚杆喷浆支护，矿房采矿结束后，采用高浓度砂浆（采掘碎石机）进行充填，控制采空区塌陷。

2无切割井拉槽技术

2.1技术原理

切割工作的任务是为回采创造爆破的自由面，为回采凿岩创造工作面，为回采爆破创造补偿空间。在采用中深孔、深孔落矿的采矿方法中，切割槽是正式回采之前在一个完整矿块中开挖出的具有一定尺寸规格贯穿矿块的槽型空间。切割槽主要为矿房正式回采提供爆破自由面，同时兼做采场回风作用。

矿山通常做法是先进行切割天井施工，再利用天井的爆破补偿空间进行拉槽。该方法在软碎矿岩中存在较大危险性，且进度缓慢成本高。无切割井拉槽首先是在矿房矿体上部、下部形成切割平巷，利用切割平巷作为所需的最初补偿自由面，采用装药深孔一次微差分段爆破，在矿房边缘形成正常回采爆破所需的垂直于矿体走向槽型空间［8］，为正式回采服务。该技术主要适用于中厚度急倾斜矿体，尤其是倾角60°以上，厚度4～8 m的矿体，应用效果最佳。

2.2炮孔布置

炮孔扇形布置，采用2～3排小排距扇形炮孔，以切割平巷为爆破自由面，从周边孔开始分段起爆，逐孔抬高一次切割成槽。切割炮孔的排距为1.0 m，破碎段可以扩大到1.2 m，每排7～10个孔，炮孔直径分别为：89 mm、120 mm。炮孔布置参数如图1所示。

2.3爆破器材

主爆药选用2号岩石乳化炸药，采用毫秒延期雷管导爆，延时对照表见表1。

毫秒延期雷管能够根据使用的具体条件（地质条件、使用环境、爆破参数等），调整雷管延期时间。毫秒延期雷管具有精度高、安全便捷的特点，可以实现爆破精确控制，杜绝拒爆和盲炮，确保爆破安全。

2.4爆破网络

炮孔平面布置见图2，共布置炮孔21个，其中1、3、5、7、9、10、11、12、13为空孔，2、4、6、8、14、15、16、17、18、19、20、21为装药孔。通过毫秒延期雷管精确控制孔内不同药柱的起爆顺序及不同的炮孔起爆顺序。炮孔内先起爆药柱爆破形成的空间作为后续药柱爆破的自由面。空孔内部装药，作为不同装药炮孔爆破的自由面，空孔孔径稍大于装药孔孔径。根据矿山现场具体的情况，可以适当增加空孔（大孔径补偿孔）数量，提供更多的爆破自由面，有利于提高爆破效果。

装药孔（2、4、6、8）为Ⅰ类孔，装药孔（14、15、16、17、18、19、20、21）Ⅱ类孔。Ⅰ、Ⅱ类孔装药参数和装药结构分别见表2。正向装药，炮孔内起爆顺序由下至上，炮孔间起爆顺序由内向外。

2.5凿岩施工

由于矿体较为破碎且厚度不大，切割槽一次成槽孔深主要由采矿工艺决定。以15.0 m为一中段，扣减相应巷道高度3.0～3.5 m，实际中深孔孔深为11.5～12.0 m。

中深孔穿孔施工采用志高UP45凿岩台车，切割炮孔的排间距基本和回采落矿中深孔施工相同，每排穿孔只用移动台车一次。为保证微倾角穿孔的精准，切割槽一般布置在分层巷道的穿脉口部，待切割槽炮孔布置妥后，再掘进切割平巷并使同一矿房的各穿脉贯通。在上下分层的切割平巷能够确保作业安全的情况下，尽量加宽和加高，充分为无井切割槽设置爆破自由空间。穿脉布置应穿过矿体顶板1m，便于布置凿岩穿孔作业。

3现场试验

在井下765分层沿脉采准巷道布置，试验切割槽位于矿体端部，在相对独立的采区进行试验，对主体生产采区影响较小。拟定了两个试验方案，对比试验效果。

（1） 方案1

切割槽高度为12.0 m，矩形断面尺寸为3.5×2.5 m。设计炮孔共70个，其中装药孔60个，空孔（大孔径补偿孔）10个。掏槽孔布置空孔8个，间距250 mm，装药孔12个，间距300 mm；辅助孔30个，孔间距500～600 mm；周边孔20个，孔间距620～700 mm。掏槽中心装1段、3段、5段和7段雷管，辅助孔依次装8段和9段雷管，周边孔装10段雷管。正向起爆，采用毫秒延期雷管起爆和2号岩石乳化炸药。

方案1爆破高度为7.5 m，爆破断面尺寸为3.4×2.6 m，爆破未达到设计高度。炮孔布置过于密集，且个别炮孔底部未传爆，底部掏槽失败。

（2） 方案2

切割槽高度为12.0 m，矩形断面尺寸为3.5×2.5 m。设计炮孔共62个，其中装药孔46个，空孔16个。掏槽孔布置空孔16个，间距250～400 mm，装药孔10个，间距400～500 mm；辅助孔20个，孔间距620～700 mm；周边孔16个，孔间距650～700 mm。掏槽中心装1段、3段、5段和7段雷管，辅助孔依次装8段和9段雷管，周边孔装10段雷管。正向起爆，采用毫秒延期雷管起爆和2号岩石乳化炸药。

方案2爆破高度为11.5 m，爆破断面尺寸为3.4×2.8 m，设计高度12 m，实际高度11.5 m满足正常回采工序所需切割槽高度。

4结论

通过中深孔微差爆破切割槽快速成形技术的实践与研究，毫秒延期雷管无切割井拉槽一次成型微差爆破技术具有以下优点：

（1） 方法工艺简单，施工灵活，一次成型，能最大限度地减少因多次爆破引起的震动和冲击，提高切割槽的质量；

（2） 采用微差爆破，能有效控制并减少单次爆破药量，减少爆破危害；

（3） 提高切割槽成形质量，相比多次爆破，能降低爆破事故的概率，满足息烽磷矿切割拉槽工作技术与安全要求，有利于矿山安全高效生产。

参考文献：

［1］陈国山.采矿概论［M］.北京：冶金工业出社，2008.

［2］罗佳，柳小胜，宋嘉栋，等.地下采矿切割槽形成技术研究［J］.有色金属（矿山部分），2015，67（6）：1419.

［3］杨发傅，赵少卫.马坑铁矿切割天井中深孔爆破实践［J］.现代矿业，2017，4（4）：9293.

［4］艾树贤.中深孔一次成槽法在松软破碎矿岩中的应用［J］.铜业工程，2020（1）：2527.

［5］戈凯，王亚军，周傲，等.切割槽快速形成技术在分段中深孔采场中的应用［J］.采矿技术，2022，22（5）：166169.

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［7］杜强，李文富，闫宏宇.深孔爆破形成切割天井技术［J］.矿业工程，2012，10（5）：3637.

［8］冉小小.浅谈中深孔切割天井微差爆破施工方法［J］.建材与装饰，2018（4）：206207.