梅山铁矿溜井一次爆破成井技术

钟卫兵

(南京梅山冶金发展有限公司)

梅山铁矿二期延伸工程溜井掘进从- 318 m水平开始向下掘进至-420 m水平，二期延伸工程投入使用后，330运输水平所有的老溜井便不再使用，因此-318 m水平以上- 303，-288，-273 m水平回采和采准时需采用二期延伸溜井。如果使用二期延伸溜井，则须上延至相应的分层。为不影响正常生产，在运输水平过渡期应提高成井效率，确保采区生产过程中有溜井可用。本研究以梅山铁矿5-6、5-4溜井为例，对爆破设计方案及施工流程进行详细分析，并对该矿溜井爆破技术进行优化，实现一次爆破成井。

1 爆破一次成井原理

爆破一次成井的思路是以相邻空孔为自由面、补偿空间和预裂导向孔，齐发起爆，共同作用将产生3种破岩作用[1-5]。单孔爆破时，装药孔周围形成超高声破碎圈，破碎半径约为孔径的8～10倍，当孔径为76 mm时，破碎圈半径为400～700 mm。由预裂爆破原理可知，中心装药孔爆炸后，强大的冲击波使得装药孔周围的岩石形成压碎带及裂隙区，由于空孔与装药孔距离较近，因此，爆炸应力波遇到空孔后，产生较强的反射拉伸波，从空孔壁向装药孔方向形成强烈的片状破裂，当装药孔与空孔间距适宜时，两孔之间的破碎岩石会相互贯穿[6]。同时，由于爆轰气体的静压作用和矿岩和重力作用，可使破碎岩石膨胀为松散的岩渣，随后被抛出[6]。当掏槽孔起爆时，相邻空孔作为自由面、补偿空间，爆落的矿岩碎胀后充满整个崩落空间。破碎的矿岩借助爆轰气体的静压作用和矿岩和重力作用被抛出，形成较大的空间，辅助孔或周边孔爆破时以掏槽孔爆破后形成的空间为自由面和补偿空间，且周边孔起到控制成井轮廓的作用，从而达到一次爆破成井的目的。

2 实例分析

2.1 5-6溜井爆破

二期延伸工程新5-6溜井位于-318 m水平6L N16进路附近、-303 m水平6-7L N16进路，装药孔直径为76 mm，空孔直径为105 mm，共有5个空孔、4个掏槽孔、8个周边孔(图1)。该区域为赤铁矿分布区，岩石较硬，岩性较好。本研究溜井施工采用捣洞式施工，即首先爆掏槽孔再爆周边孔，溜井深12 m，为确保爆破成功率，分3次爆破，一次爆破高度为3～5 m。各炮孔装药量及堵塞长度见表1。

图1 5-6溜井平面炮孔布置示意(单位：mm)

爆破炸药种类为粒状乳化铵油炸药和乳化卷药，爆破雷管采用奥瑞凯系列的高精度毫秒延时雷管，采用BQ-100风动装药器进行装药作业。具体流程为：①采用铁丝吊袋法对装药炮孔底部进行堵塞；②使用黄沙对装药炮孔进行预先堵塞；③制作起爆弹；④装填炸药及起爆器材；⑤孔口用尾矿沙进行堵塞(图2)。

表1 掏槽爆破炮孔装药量及堵塞长度

图2 装药结构示意

本研究采用奥瑞凯非电雷管起爆，各装药炮孔的起爆段位见表2。

表2 掏槽孔各孔起爆雷管段位

新5-6溜井由-303 m水平到-318 m水平总深为12 m，3次爆破均达到了预期的目的，爆破十分成功。第1次爆破高度为4 m，爆破效果明显，爆破高度达到4～5 m，爆破后4#孔孔底堵塞，采用高压水冲孔后，堵塞得以排除。爆破深度为4～7.8 m段，爆破效果良好，12个装药孔均未堵；第3次爆破实现成井。

2.2 5-4溜井爆破

5-4溜井位于-318 m水平4L N16进路附近、-303 m水平5-4L N16进路，装药孔直径为76 mm，空孔直径为105 mm，共有8个空孔(4个中孔、4个大孔)、5个掏槽孔(4个中孔、1个大孔)、8个周边孔(8个中孔)(图2)。该区域属于赤铁矿分布区，岩石较硬，岩性较好。在5-6溜井的基础上,5-4溜井爆破方案有所改变，分2次爆破，第1次爆破为先爆破掏槽孔，1次爆破高度定为12 m，第2次爆破周边孔，高度也为12 m。第1次、第2次掏槽爆破炮孔装药量及堵塞长度见表3。

图3 5-4溜井炮孔布置示意(单位：mm)表3 5-4溜井一次成井爆破参数

第1次掏槽爆破炮孔编号第1次测孔/m总装药长度/m药卷长度/m药卷质量/kg散药长度/m装药密度/(kg/m)装药量/kg总装药量/kg1#12.2120.40.911.60.98989.52#12.312.10.40.911.71.05656.83#1211.80.40.911.41.05455.34#12.111.90.40.911.51.05555.85#10.910.70.40.910.31.04950.1第2次掏槽爆破炮孔编号第2次测孔/m总装药长度/m药卷长度/m药卷质量/kg散药长度/m装药密度/(kg/m)装药量/kg总装药量/kg6#12.011.50.20.511.31.05454.47#11.611.10.20.510.91.05252.58#11.210.70.20.510.51.05050.69#12.011.50.20.511.31.05454.410#12.111.60.20.511.41.05454.911#12.812.30.20.512.11.05858.212#13.012.50.20.512.31.05959.213#12.712.20.20.512.01.05757.8

本研究采用普通非电雷管起爆，各装药炮孔的起爆段位见表4、表5。

表4 第1次掏槽爆破各孔起爆雷管段位

表5 第2次掏槽爆破各孔起爆雷管段位

爆破后有一瞎炮，处理后中间形成一小井，小井中间堵，为一小大块卡住小井，小井上方4.0 m通，下方7.0 m通，成型较好，基本达到预定目标。第2次爆破也相当成功，同样实现了爆破成井，提高了爆破成井效率。

3 爆破方法优化

本研究结合该矿5-6、5-4溜井爆破实践发现，当补偿空间足够大、岩性条件较好时，大直径空孔的布置有利于岩石破碎，对岩石的径向裂隙形成和不断扩展起促进作用，布置大直径中心孔可为破碎、膨胀岩石提供充裕的补偿空间，避免或减少破碎岩石在高温高压气体作用下重新固结和挤压，有利于排渣[6-7]。该矿5-6、5-4溜井施工都是通过多次爆破实现的，并非真正意义上的爆破一次成井，本研究对爆破方案进行优化，实现一次爆破成井。

在溜井掘进中，掏槽孔的爆破效果在很大程度上决定着其他炮孔的爆破效果，直接影响一次爆破成井的爆破效果，因此必须合理选择爆破参数。根据该矿现有的凿岩设备，设计空孔直径为105 mm，周边孔和掏槽孔直径为76 mm，炮孔深度约为12 m，溜井直径为3 m。

梅山铁矿矿石普氏系数f=8～14，岩石普氏系数f=6～10，属于较硬岩石，本研究采用直孔桶形对称掏槽形式，一次成井爆破的补偿空间由空炮孔提供。中心孔起爆的补偿空间由分布于半径为0.3 m的圆形边上的8个空孔提供，8个直径为105 mm、长12 m的空孔提供的补偿空间为0.935 m3，中心孔爆破所崩矿石体积为2.456 m3，则中心孔部分的补偿系数为38.07%。掏槽孔第1段位爆破的补偿系数(装药孔也可以作为补偿空间)为493.1%。由于是逐孔起爆，其余炮孔均以前一段爆破空区提供补偿空间，远大于淘槽部分，故无需进行计算。本研究掏槽孔和2个空孔连线的垂直距离为0.28 m；中心孔与空孔的距离为0.3 m。首先起爆掏槽孔，其余周边孔均匀分布于溜井周边。根据梅山铁矿5-6、5-4溜井爆破实践，本研究设计9个掏槽孔，其中1个大孔(中心孔)、8个小孔；8个周边孔为小孔；8个空孔为大孔(图4)。

图4 炮孔布置示意(单位：mm)

梅山铁矿中深孔爆破采用的是粒状铵油炸药，密度为1.0×103kg，采用耦合连续装药结构，单个装药孔的单位装药量为4.534 kg/m3。一次起爆12个炮孔，每个炮孔深12 m，炮孔装药量为652.9 kg，崩矿量为84.823 m3，炸药单耗为7.697 kg/m3。

一次成井炮孔采用径向连续偶合装药结构，由上向下装药。在炮孔全长敷设导爆索，利用装药器的压力将散装炸药送入孔底，在孔口位置留一段距离，用卷药进行补充并作为起爆药包，最后用黄沙堵塞孔口(图5)。

图5 一次爆破成井装药结构示意

炮孔孔底堵塞长度根据掏槽孔、周边孔装药系数确定，掏槽孔的装药系数为0.9，孔口不装药段为0.6，其他孔装药系数为0.8，不装药段长度为0.8 m，不装药部分用黄沙封填孔口[8]。起爆顺序为先起爆掏槽孔，再起爆周边孔，各炮孔按照“抵抗线最小者先起爆”的原则起爆。根据以往成功经验[6]，本研究爆破延时间隔取100 ms。

本研究采用普通非电雷管起爆，各装药炮孔的起爆段位见表6。

表6 各孔起爆雷管段位

4 结 语

为确保梅山铁矿二期工程与二期延伸工程溜井顺利对接，结合该矿5-6、5-4溜井施工实例，详细分析了爆破设计方案及施工工艺流程，在此基础上，对一次成井爆破技术方案进行了设计，对于类似矿山溜井施工有一定的借鉴价值。