切割槽快速形成技术在分段中深孔采场中的应用
时间：2023-06-15 19:40:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
戈凯，王亚军 ，周傲，李向东
(1.西藏华泰龙矿业开发有限公司， 西藏 拉萨 850200；
2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012；
3.国家金属采矿工程技术研究中心， 湖南 长沙 410012；
4.湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南 岳阳市 414507)
甲玛铜多金属矿是典型的大型露天地下联合开采矿山，年生产能力超过1200万 t。其中地下部分主要有一期和二期两个主要生产单元，现阶段井下主要供矿区域为二期生产单元，该区域每天供矿量超过10 000 t。
甲玛铜多金属矿井下二期矿体走向长度700 m左右，矿体厚度为300～400 m，已探明的矿体赋存高度为4250～4530 m。井下二期矿体属于近水平极厚大矿体，矿体主产金属为铜，平均品位约0.8%，伴生有金、银及钼等金属，原矿综合吨矿价值约500元，吨矿价值不高。二期部分矿体在破碎氧化带范围内，矿岩条件较差。由于矿山井下产能要求高，经过研究后确定甲玛铜多金属矿井下二期矿体采用分段中深孔嗣后充填采矿法开采。
结合分段中深孔嗣后充填采矿法开采工艺要求，在采场中部施工切割槽，提供初始自由面和补偿空间。采场向两侧后退式回采，切割槽布置在采场中间位置，采场生产规划和施工组织能够更加紧凑，在出矿能力满足要求的基础上能够更有效地提高单个采场生产能力[1-2]。在实际生产过程中，切割槽快速施工成型对采场快速达产至关重要。
切割天井是为拉槽爆破提供自由面和补偿空间的关键工程，在切割槽施工过程中，切割天井的施工尤为重要。目前我国地下矿山天井施工主要分为井内施工和井外施工两大类，其中井内施工的方法有普通法、吊罐法和爬罐法，井外施工的方法有天井钻机法和深孔爆破成井法，甲玛铜多金属矿井下二期矿体可采用的切割天井施工方法为普通法、天井钻机法和深孔爆破成井法[3]。
1.1 普通法
普通法是天井施工中使用较多的一种方法，在倾斜、急倾斜薄矿脉中运用广泛。该方法一般是自下而上掘进，且掘进时一般将天井分割成两间，一间用来上下人员、材料及设备等，一间用来存储崩落的矿石。随着工作面向上推进，每掘进一个循环都需要架设工作平台，进行爆破作业时，平台需要拆除。
1.2 天井钻机法
天井钻机法在切割天井或较长的人行设备井中运用较为广泛，该方法的施工工艺为：在天井上部架设机器，由上至下施工导向孔到天井下部开口位置，将导向孔内导向钻头拆除，在天井下部开口位置将导向杆与扩孔刀盘连接固定，钻杆沿着导向孔方向向上匀速拉扯，使刀盘紧贴岩壁旋转进行反向扩孔，最后施工成边壁规整的天井。该方法对施工倾角50°以上的天井较为适合。
1.3 深孔爆破成井法
深孔爆破成井法是指使用潜孔钻机，在天井断面范围内沿天井全高（长）施工平行炮孔，炮孔有周边孔、辅助孔和空孔，炮孔施工完后进行爆破作业，根据天井高度不同可一次爆破成井或进行分段爆破成井。
1.4 各方案优缺点对比
结合甲玛铜多金属矿井下二期矿体开采技术条件，普通法、天井钻机法和深孔爆破成井法是可用于该区域切割天井的施工方法，3种方法优缺点对比见表1。
表1 切割天井施工方法优缺点对比
对3种切割天井施工方法进行优缺点对比后可知，深孔爆破成井法无论在成本、效率、劳动强度、设备移动便利性等方面均优于另外两种方法，是最适合甲玛铜多金属矿井下二期矿体切割天井施工的方法。
甲玛铜多金属矿井下分段中深孔采场的结构参数为：长50 m，宽15 m，高20～27 m。切割槽的尺寸为：长15 m（采场宽度），宽3 m，高20～27 m。
2.1 切割天井施工
采场切割槽中切割天井规格为3 m×3 m，布置在采场边界处，采用国产T-150潜孔钻机在切割天井位置施工下向大直径中深孔进行 ⅤCR爆破，切割横巷长17 m，长度两侧各超出采场宽度范围1 m，便于 T-150潜孔钻机架设机位进行大直径中深孔的施工。切割天井在采场位置纵投影如图1所示，切割横巷和切割天井俯视图如图2所示。
图1 切割天井在采场位置纵投影图（单位：m）
图2 切割横巷和切割天井俯视图（单位：m）
2.1.1 切割天井炮孔布置
甲玛铜多金属矿井下切割天井采用 ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井方法[4-6]，即沿着切割天井全长施工一组平行炮孔，炮孔分为掏槽孔、补偿孔和周边孔，炮孔孔径为165 mm，炮孔角度为90°。
根据切割天井尺寸和炮孔功能情况，ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井共布置了 11个炮孔，其中5#和 11#为补偿孔，1#、2#、3#和 4#为掏槽孔，6#、7#、8#、9#和 10#为周边孔，掏槽孔之间间距为 1.5 m，周边孔之间间距为 1.5 m，掏槽孔与周边孔之间间距为 1.5 m，掏槽孔、周边孔与补偿孔的间距均为1.06 m。ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井炮孔平面布置如图3所示。
图3 ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井炮孔平面布置（单位：m）
2.1.2 装药爆破
ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井以大直径补偿孔和下分段切割横巷为自由面和初始补偿空间，受限于T-150潜孔钻机钻孔性能，该设备能施工的最大炮孔直径为165 mm，若要切割天井爆破难度更小、爆破效果更好，在条件允许的情况下可增大补偿孔孔径。每个掏槽孔和周边孔自下而上均分成4次进行装药和爆破，每次爆破时掏槽孔先爆破且其与周边孔爆破时差大于50 ms，切割天井大直径中深孔炮孔爆破所用炸药为定制卷状药，每次爆破前孔口需要有一定长度堵塞。
甲玛铜多金属矿井下二期大部分分段中深孔采场高度为20 m，去掉4.5 m切割横巷高度后，实际需要施工的切割天井高度不到16 m，ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井过程中，切割天井一般分 4次进行爆破，每次爆破高度在4 m左右，装药高度为3 m，孔口堵塞长度为1 m。在爆破过程中使用的爆破器材有非电毫秒导爆管雷管、卷状岩石乳化炸药和其他辅助材料，16 m高切割天井需爆破使用炸药506.25 kg，导爆管雷管72根。
所有掏槽孔采用同段雷管爆破，周边孔也采用同段雷管爆破，掏槽孔与周边孔雷管段数差≥2。井下切割天井各炮孔爆破顺序如下：采用毫秒微差起爆，双发雷管加起爆药包形式进行爆破，第一段雷管起爆 1#、2#、3#、4#共 4个掏槽孔，爆破形成的掏槽空间为周边孔的爆破提供了更多自由面和补偿空间，第三段雷管起爆6#、7#、8#、9#、10#这5个周边孔，分段爆破能够更有效地利用炸药产生爆轰能量，切割天井成井效果更好，效率更高，避免后期补充施工炮孔，减少了切割天井施工工程量和施工作业时间。井下16 m切割天井4次爆破均采用毫秒微差起爆形式，在装药、爆破、通风、出渣等流程衔接流畅的情况下，最快可在两天内完成切割天井ⅤCR爆破成井。
掏槽孔与周边孔装药结构如图4所示。
图4 掏槽孔与周边孔每分段装药结构（单位：m）
2.2 切割槽快速形成工艺
2.2.1 切割槽炮孔布置
在采场切割天井用 ⅤCR大直径中深孔分段爆破形成后，用T-150潜孔钻机在上分段切割横巷内施工下向中深孔炮孔，炮孔孔径为80 mm，切割槽炮孔排面排间距1.5 m，孔底距1 m[7]，以切割天井为自由面进行侧向爆破拉槽，爆破采用粉状乳化炸药全孔装药，装药系数为0.78，按照切割槽拉槽炮孔布置参数，一个15 m宽采场在切割天井形成后还需要布置8排炮孔，每排炮4个中深孔炮孔，共需要布置32个中深孔切割槽炮孔爆破形成切割槽。切割槽炮孔布置如图5所示。
图5 切割槽炮孔布置（单位：m）
2.2.2 装药爆破
切割槽炮孔爆破采用全孔装药进行爆破，装药系数为0.78。选用的爆破器材有非电毫秒导爆管雷管、粉状乳化炸药、导爆索和其他辅助材料，非电毫秒导爆管雷管段别应在7段以上，炮孔装药段全场敷设双股导爆索，孔内分两段进行装药，孔底堵塞长度1 m，孔口堵塞1.5 m，一个炮孔内两段药量空气间隔为1 m。为减少同段起爆药量，达到最佳破碎效果，在实际切割槽炮孔爆破作业中，采用“Ⅴ”型微差爆破方式，即先起爆中间两个炮孔，再起爆同排两侧的两个炮孔和后排中间两个炮孔，以此类推，三次爆破形成切割槽。切割槽炮孔第一次爆破两排，即L1和L2，第二次爆破3排，即L3、L4和L5，最后一次爆破3排，即L6、L7和L8。切割槽炮孔装药结构如图6所示，切割槽炮孔起爆顺序如图7所示。
图6 切割槽炮孔装药结构（单位：m）
图7 切割槽炮孔起爆顺序(单位：m)
目前，切割槽快速形成技术成功应用于甲玛铜多金属矿井下各分段中深孔采场中，采场16 m的切割天井一般分4次爆破成井，大概2～3 d可完成一个切割天井的4次爆破，每次爆破高度为4 m，16 m高切割天井需爆破使用炸药506.25 kg，导爆管雷管36根，炸药单耗为1.13 kg/t。切割天井爆破形成后，进行侧向拉槽爆破，拉槽爆破一般分3次完成，大概3 d可完成切割槽所有排面的爆破。切割槽爆破共使用粉状炸药1956.86 kg，导爆管雷管64根，炸药单耗为1.09 kg/t。现场实践证明，基于ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井的切割槽快速形成技术应用效果非常好[8]，切割天井成形好、成井效率高，大大缩短了分段中深孔采场切割槽形成时间，加快了采场回采进度，安全性好，综合成本较低。
（1）深孔爆破成井法无论在成本、效率、劳动强度、设备移动便利性等方面均优于矿山现阶段采用的普通法和天井钻机法，是目前最适合甲玛铜多金属矿井下二期矿体切割天井施工的方法。
（2）ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井方法切割天井成型好，成井效率高。
（3）现场实践证明，基于ⅤCR大直径中深孔分段爆破成井的切割槽快速形成技术应用效果良好，大大缩短了分段中深孔采场切割槽形成时间，加快了采场回采进度，安全性好，综合成本较低。
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