中深孔辅助切割槽天井钻机一次爆破成井技术应用实例

姜福允 皇甫风成

(新疆阿舍勒铜业股份有限公司 哈巴河县 836700)

1 引言

某地下铜矿上部采区的主要的采矿方法为无底柱分段崩落法，采场沿走向布置，采用YGZ-90钻机施工上向中深孔，切割槽形成方式为“人工切割天井+切割中孔爆破”，采用BQF-100气动装药器装粉状硝铵炸药，双发毫秒导爆管雷管孔底复式起爆的方式形成切割槽。在人工自下而上施工切割天井过程中，作业环境差、浮石多、风险大，且天井顶部需预留原岩保护层，使拉槽中深孔爆破效果差，切割槽不能贯通上分段，影响生产。本文介绍了利用新型切割槽天井钻机施工切割大孔，在切割大孔周边布置垂直深孔，一次爆破形成切割天井的施工方法，保证切割天井、切割槽可靠贯通覆盖层，使生产顺利进行。经实践证明，该方法安全、高效、经济，综合效果明显。

2 采场情况及以往经验

区段矿体为硫铜矿，采场回采标高为784m～802m分段，无水害，矿石为氧化矿，普氏硬度＜8；上下盘为凝灰岩，围岩蚀变强烈，较为破碎。采准工程断面较小，为3m×3m，出矿巷道和中深孔凿岩巷道均采用“锚杆+网片+喷浆”支护方式。采场分段高度为17m～20m,采幅宽度12m～15m,采场沿走向布置，采用YGZ-90钻机施工上向中深孔，钻孔直径60mm～75mm。切割巷道垂直于矿体走向布置，3.2米宽、3米高；切割巷道施工完成后，在其内施工切割天井和上向垂直中深孔，切割排中深孔爆破后，正排扇形孔以切割槽内的散体矿石为自由面挤压爆破后出矿。在以往的生产中，采场切割天井由作业人员在破碎的矿体中上向炮掘施工，效率低、风险大；为避免上分段覆盖层对作业人员造成打击，天井上部需预留不少于2米的原岩保护层，使随后的切割钻孔爆破效果差。我们按照此模式施工4条切割槽，仅一条贯通上分层，其他三条均形成2米～6米厚的悬顶，后期经过补孔、爆破后才贯通上分段。每次处理悬顶，需补充施工中深孔超过1200米，补充爆破的粉状炸药3100公斤，雷管160发以上，导爆索和其他材料若干，导致生产成本大幅增加，并延误工期15个作业班以上。因此，需要采用更为安全可靠的办法解决这一难题。

3 采用中深孔辅助切割槽天井钻机一次爆破成井技术

考虑到岩石破碎影响作业人员安全及预留层导致天井难以贯通，排除了人工施工切割井的方案；上分段存在大量覆盖层，也无法使用VCR拉槽爆破成井技术；期间我们试用过上向中深孔无切割井拉槽爆破和平行中深孔爆破成井，但因为分段高度大、岩石破碎、倾斜钻孔偏斜率难以控制及初始补偿空间太小等原因，爆破的成功率和效果都很差。若有较大的初始爆破补偿空间，严格控制钻孔偏斜，即使分段高度较大，也能利用中深孔爆破形成切割天井，而采用CY-R40C型切割槽天井钻机施工切割大孔能有效解决这一问题。

该切割槽天井钻机具备硬岩作业能力，移动方便，安全可靠，操作灵活，能施工60米高的Φ 500mm～700 mm的上向切割井（大孔），并可以反井掘进；施工的切割大孔能最大限度接近上分段的覆盖层，无安全风险。为了满足设备作业空间，需施工切割硐室，切割硐室沿切割槽方向布置，长×宽×高为7.3 m×2.5 m×4.9 m，硐室底板无需浇砼，在切割巷道顶板向上刷高即可，硐室顶部仍按照原有支护方式，并预留切割大孔位置。

在784m分段切割巷道中，施工2～3个上向切割大孔，孔口进行可靠的安全防护；之后，在大孔周边用YGZ-90钻机，施工垂直上向中深孔作为扩井孔（如图1所示）；切割大孔位于采场切割槽一端，施工三个大孔时呈“品”形布置，两个孔时呈“一”字型布置，在保证大孔不串孔及便于作业的情况下，相邻切割大孔应尽量靠近，孔间实体矿石厚度应控制在0.4m～0.8m；大孔间的实体部分布置13～18个扩井中深孔，孔间距不大于0.4m。扩井孔完成后，穿凿其他切割中深孔，排距为1 m，孔距0.65 m，孔径为60～75mm。拉井爆破时，选择8～12个扩井孔，进行全孔一次性耦合装药，装药系数约为80%；选取多个段次的起爆雷管，较低段位敷设于大孔之间的扩井孔，较高段位依次布置在大孔周边的其他扩井孔，利用切割大孔作为自由面进行起爆，形成2.5×2m2的切割天井。然后，以切割井为自由面，对槽区其他切割孔装药、连线、爆破。

按照此方法，我们已经成功贯通8条分段采场的切割井，切割槽爆破成功率为100%，避免了悬顶导致的补孔处理和成本、工期浪费，效果显著。

4 中深孔辅助切割大孔一次成井与人工天井成井比较

切割槽天井钻机施工切割大孔，无需人工穿凿天井，降低了作业人员的劳动强度，避免了人工作业时可能发生的高处坠落、冒顶片帮、中毒窒息等风险，安全可靠；机械化施工也缩短了工期，能形成合格的切割天井，成槽率高。

现将中深孔配合切割槽天井钻机爆破拉井与人工上向炮掘形成切割天井进行对比，结果见表1。通过对比发现，切割大孔+中深孔爆破一次成井技术，总切割工程量（切割巷道+初始天井）174.2m3,低于人工炮掘天井切槽总切割量205.1m3；需多施工扩井中深孔252m；成井炸药390kg，大于人工上向炮掘天井140kg；拉井一次性爆破12孔，雷管26发，导爆索36m，费用低于多次上向人工炮掘方式的270发雷管的费用；工期方面，炮掘人工天井进度1.5米/作业班，需9个班成井，且不能贯通，而3个切割大孔准备时间、施工时间与收尾时间合计4个作业班，扩井中孔施工需3个班，节省了2个作业班；成功率方面，中深孔辅助切割大孔一次爆破成井成功率100%，远高于人工炮掘天井成功率25%，可靠性明显；而人工炮掘天井爆破不成功导致的补孔、爆破直接费用不小于5万元/次，相比之下，切割大孔+中深孔一次成井爆破方式优势明显。

图1

表1 施工切割大孔+中深孔成井、拉槽与人工炮掘天井+中深孔成槽对比（切割槽15m长、19m高）

5 结论

（1）切割槽天井钻机施工切割大孔，为拉井爆破提供较大的初始补偿空间，施工安全性好；此作业方法，符合“机械化换人、自动化减人、智能化无人”矿山发展理念，避免了掘井的活劳动，保证了人员安全和职业健康。

（2）中深孔辅助切割大孔一次爆破成井技术在可靠性方面具有不可比拟的优势，降低了切割槽悬顶处理期间造成的工期延误、成本增加和人员作业风险。

（3）三个切割大孔能形成较大的补偿空间和井区，可靠性更高。

（4）扩井孔均为垂直钻孔，钻孔偏斜率易于控制，若能施工较大断面的采准工程，采用采矿凿岩台车施工中深孔，偏斜率将进一步降低。

（5）中深孔辅助切割大孔一次爆破成井方式，特别适用于采场上分段无法或者难以施工的情况，可以在分段空场法采场和大段高大直径深孔采场使用，也可以推广到通风天井、溜井等的施工、扩井等，应用广泛。