大分段采高深孔强制拉槽爆破技术
张正法 马立飞 杨翎
(安徽江南爆破工程有限公司，安徽宁国，242300)
摘要：在无底柱分段崩落法采矿中，相对加大分段高度；同时，在采准切割工作中取消天井、切割平巷和切割槽的掘进工序，而直接采用中深孔爆破强制拉槽，以逐渐增大爆破采矿的补偿空间，进而形成正规的开采工作面；加快开采速度，降低采矿的综合成本。
关键词：大分段；深孔爆破；强制拉槽
1引言
在我国的地下铁矿开采中有80％以上是采用无底柱分段崩落法采出的[1]。在常规的无底柱分段崩落法开采的技术工艺中，一般采矿爆破是通过切割天井、切割平巷和切割槽来进行爆破空间补偿的，工艺流程为：(1)人工钻爆或机械反井掘进阶段天井，同时掘进切割平巷；(2)在切割平巷里钻凿上向的平行炮孔，然后以天井为自由面爆破掘进切割槽；(3)沿回采进路钻凿上向的扇形炮孔，以切割槽为自由面，爆破崩落矿石。
在基建矿井中，钻凿天井、掘进切割平巷和爆破形成切割槽，往往会占用很长的时间和为数不菲的成本投入，直接影响矿井的建设周期和初期投资；即使是在矿井的正常生产期间，这些时间和资金的占用同样影响着矿山的开采效率和经济效益。工程技术人员为了节省采准切割的时间和投资，研究和试验采用“无切井(巷)扇形深孔爆破自拉槽新方法”[2]，并在南京梅山、武钢金山店和莱芜小官庄等铁矿取得成功和应用。但受当时凿岩设备和运输机械水平的限制，先期试验的矿块结构参数和分段高度均显较小。随着凿岩设备和矿山运输机械的快速发展，矿山开采的技术水平也在不断提高；大型的现在化地下矿山，地方条件相对简单，储量丰富的超大矿脉开采，呼唤大产能、高效率的新型开采方法。基于此，我们在马钢某铁矿进行了“大分段采高深孔强制拉槽爆破应用技术”的试验和研究工作，结果表明，该项目对缩短井巷采准切割的时间和相对减少投入，提高破碎矿体爆破施工的安全性和切槽的质量，进而提高矿山开采的生产效率和经济效益是完全可行的。
2强制拉槽的作用机理
如图1所示，在回采进路临边端头处钻凿6～7组共12～14排炮孔，每排炮孔呈逐排增加炮孔数目的扇形布置；排间仰角逐排增大，并构成前倾的扇面。以回采进路的端头平巷作为爆破的补偿空间，分段微差逐排爆破，依次将空间抬高，最后形成真正的采矿爆破补偿空间自由面(切割槽)。
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图1中后面的3～4组拉槽孔在垂直高度上要有一定的超深，超深值按(25～35)D来确定，这里D为钻孔直径，80mm；则超深为2～2．8m。设计考虑爆破效率为87．5％，则槽高可达约2lm。
3试验的基本条件
初期试验工作是在135号联(络)道南侧的试采矿块中的50号、49号回采进路中顺序进行的。回采进路规格和间距、分段高度、炮孔直径和炮孔深度相比原来都有较大幅度的增大，详见表l，炮孔布置如图1所示。
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4初期研究试验结果
试验爆破七组共14排炮孔，每次爆破一组2排炮孔，共实施7次爆破。每次爆破的炮孔数、装药量、进尺和爆破效果详见表2。
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根据表中的数据可以看出，爆破效率勉强达到82％多一点，留残眼多，槽腔高度不尽如人意，原因是：
(1)炮孔钻凿质量欠佳。试验炮孔是早就钻好的，外委队伍已经撤离；使用铜陵产T150型钻机接杆多，孔深稍大时就很难控制钻进方向，曾出现钻孔交叉透穿现象。
(2)装药质量控制不好。风压不稳定，导致装药时疏时密，尤其是底部先装起爆具的孔底端，初装时担心起爆具受冲击不安全，风量受控而造成孔底装药密度较小。起爆具内装普通Ф32mm卷装乳化炸药，起爆能相对较低，拉长了起爆至稳定爆轰的区间段。
(3)炮孔布置不合理。如图2所示，前面的A组、B组因有良好的补偿空间，爆破效果尚可，而C、D、E三组因其炮孔深度大，能够利用的补偿空间小，岩石的夹制作用较大。从岩石的破碎机理可知，处在顶部三角区的延伸段炮孔，按柱状装药的应力分布和端部作用场理论[3]，对扩大槽腔是根本起不了作用的，以至于爆破后会留下十多米深的残留炮孔。由此可以看出，在炮孔布置设计时，只需按S2的边界加上超深即可，也就是图中S1线的位置。
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5改进实验方案及措施
(1)改变炮孔的布置方式，并确保凿岩穿孔的质量。根据图2中的分析，改变原来的炮孔布置方式，将原设计中的直角三角区的炮孔延伸段取消，沿S2线型布孔，超深也只在C、D、E三排上加强，超深值为1．5~2．0m，其他为1．0~1．5m。将E组以前的各组炮孔的抵抗线由2．0m减少为1．8m。改用阿特拉斯系列进口钻机SINBA1354进行穿孔，并使用探杆式炮孔测试仪钻进方向。
(2)将原回采进路加掘2．0m，并采用气腿式凿岩机对回采进路端头部分挑顶爆破；最大孔深4．5m，4排平行炮孔，逐排加深，挑高约2．Om；其目的是为了增大初期爆破的补偿空间。其作用原理如图3所示。
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(3)将原来的Ф32mm起爆具直径增大至Ф60mm，防止输药管偏在一边时起爆具下端悬空接不上炸药，影响起爆能力；同时，改变起爆具的结构形式，确保起爆具插入端头里能装进炸药，如图4所示；或者使用高能起爆具，以确保或增大起爆能。
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(4)另外增加1台小型的可移动式空压机，配合原有的供风系统，调节装药器的风压，以确保供风稳定。
通过以上改进措施的实施，我们在47号、53号、49号进路进行的后续爆破试验中，爆破效率和爆破效果都有明显的改善，槽高进尺达到21m，爆破效率达到87．5％；而且大块率仅为2％～4．5％；部分实验数据和结果详见表3。
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6结语
采用大分段采高深孔强制拉槽爆破技术进行“无切割井(巷)深孔拉槽爆破技术”的研究和试验工作，很大程度提高了爆破的安全性和切割槽的掘进质量和效率，在一定程度上降低了采准切割的工程初期投入和建设工期；该方法工艺简单，施工灵活方便，项目成果在矿岩稳定性较差、不易开掘切割井(巷)和含矿成分较低的矿体中有着十分广阔的推广应用前景。
参考文献
[1]王运敏．现代采矿手册[M]．北京：冶金工业出版社，2012．
[2]明世祥．无切井扇形深孔爆破自拉槽新方法[J]．金属矿山，2010(3)：26～28，99．
[3]宗琦．炮孔柱状装药爆破时岩石破碎和破裂的理论探讨[J]．矿冶工程，2004(4)：l～3．
摘自《中国爆破新进展》
原文网址：- http://www.cbsw.cn/news.do?newsId=96251
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发表于 2017-1-19 16:21:10
