坑内钻在生产地质探矿中的应用研究

晏文全

（四川省地质矿产勘查开发局二零七地质队，四川 乐山 614000）

坑道内取样具有普遍代表性，直接观察到矿岩产状和部分物理力学性，化验品结果可信，与坑内钻联合应用，完全实现探采结合，探矿后巷道用作采场采切工程。坑道探矿工程分为探矿天井（垂直、倾斜）、探穿 （副穿）、探矿上山（下山） 等。坑道探矿掘进时易发生片帮冒落及塌方、炮烟中毒等生产安全事故；取样工在探矿巷道内长时间埋头取样，担心遇到生产安全事故，导致地质取样质量无法保证；掘进工程量大，时间长，成本大，工效低。我市桥头A金属矿有五十年以上开采历史，中段多，为加快生产探矿，减少矿山维简费用，尽快回收残矿，保持生产三级矿量平衡，同时克服坑道探矿缺点，从1998年起先后购置了二台 KY-150、一台 KY-200 坑内钻，在矿山地质探矿和地采工程掘进中发挥了主要的作用。

1 坑内钻在地下开采中的应用

我市桥头A金属矿于1969年建矿，经过1#露采工程、一期地采工程、二期扩建工程、三期深部工程、四期接续工程等五个发展时期，地下每40m一中段有-40m中段～-290m中段、每50m一中段有-340m中段～-640m中段，共计14个中段；其-640m中段为开拓中段、-440m中段～-590m中段为回采、采切中段；应用坑内钻代替部分坑道探矿在此14个中段进行了生产探矿、残矿探矿、超前探水、指导掘进方向，作为泄水孔，充填孔，通风孔，处理溜矿井堵塞等应用。坑内钻发挥了重要作用。

1.1 在生产探矿中应用

在主矿体及其周边进行扫盲、主矿体尖灭、分支矿体探边摸底使用坑内钻进行生产探矿。

1.1.1 以主矿体为主的生产探矿

在开拓、采切中段中，以穿脉为主进行生产探矿，坑内钻作为辅助手段探矿，利于探采结合，为后期采场建设所用。在水平开拓工程（100×100）m网度控制的基础储量（111、121、122），以实际工程控制间距（50×50）m探明的基础储量（111、121），上下中段相邻勘探线上有矿体的，矿块长度约50m，在其中间用坑内钻加密25m探矿，以实际工程控制间距（25×50）m探明升级到基础储量（111）；在其两端，探矿穿脉按采切巷道断面进行设计施工，采场建设时作为人行通风的联络道，在矿块两端布置人行通风天井连接上下两个中段，作为人行通道，亦兼作探矿充填井。在两条天井内垂高（20~25）m，掘一条副穿进行探矿，提高了储量级别，摸清矿块赋存产状要素，为矿山编制季度月度生产作业计划、矿块地质说明书、采矿单体设计、计算损失贫化率提供精准可靠的资料。

1.1.2 尖灭分支矿体探边摸底

在主矿体尖灭两端和分支时在中段巷道或探穿内，探边根据边缘矿体厚薄决定加密水平探矿间距，由近向远，间距一般小于12.5m、25m两种或水平扇形孔探矿，摸底探矿就是坑内钻垂直扇形孔探矿，在矿体下盘，由近及远，每15m高进行探矿，最多三个垂直扇形孔[1]。

1.1.3 主矿体周边扫盲增储

接触带和层间有矽卡岩矿化现象时，同1.12，利用已有工程，坑内钻进行水平和垂直探矿。

1.2 残矿探矿

残矿回收复杂，生产系统不完善或被破坏，矿房回采后，没留间柱，顶、底柱受力状况发生了明显的变化，导致破坏程度不明确，给残矿回收带来了许多不确定因素。残矿探矿在穿脉内、在原中段运输巷道内，矿块中央附近错开以前生产探矿钻孔，重新打上下倾斜两孔，摸清顶、底柱赋存状况和开采技术条件下因地制宜，利用现有的工程，采用适应的充填采矿方法，在确保本质安全的前提下，力争降低矿石贫化损失，提高残矿回采率。

1.3 超前探放水防范水灾安全隐患

区域内可溶碳酸盐类裸露面积50.48km2，溶蚀洼地、溶孔溶洞、溶蚀裂隙发育，其形态和分布规律受地质构造、岩性和地下水径流控制。如岩溶沿构造带呈串珠状发育，且岩溶形迹的长轴方向与构造线大致平行；岩溶还沿不同岩层接触界面发育，尤其沿碳酸盐岩与岩浆岩接触带特别发育。区域上岩层含水性有第四系孔隙弱含水层，中—强岩溶裂隙溶洞含水层和相对隔水层。含水层的水在（+12~+439.37）m，接触构造含水带的水在分布于（+50～-300）m标高。矿床所在地区属六度地震烈度带，照92年版（第三版）工程地质手册，六度烈度带的最大水平加速度为（0.005~0.01）g。本地区取0.005g。以“岩溶化岩层为主的层状矿床”类型，工程地质条件属中等类型。

一期地采工程基建-40m中段时发生的溶洞突水事，造成10人死亡惨剧，回风井附近地表塌陷，巷道被淹，停产约半年之久清理巷道，恢复管缆线。为了吸取这次深刻的教训，在大理岩、灰岩巷道内坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘”的基本原则，贯彻实行超前探水方针，制定了探放水制度。当巷道接近或穿越含水性分布不明的各种接触带、构造带、含水裂隙溶洞发育带或预测有涌水异常的地段；工作面出现滴水、淋水、涌水、射流、挂红、冒“汗”、发雾、水响、地鼓、温度变化等水文地质异常现象时。采用坑内钻施工不少于6m孔深5个探水孔，巷道中心探水孔方位角平行巷道掘进中线方位角，左帮探水孔方位角以巷道掘进中线方位角逆时针15°，右帮探水孔方位角以巷道掘进中线方位角顺时针15°，顶底板探水孔方位角与巷道中线掘进方位角平行。左右帮及巷道中心探水孔倾角为2°～3°，顶板探水孔仰角5°，底板探水孔俯角15°。在凿岩过程中，必须优先施工探水孔，施工过程中，发现异常，须停止作业，立即逐级汇报，待上级技术部门确认安全后，方能继续作业。否则，技术部进行探放水专项设计，采取相应安全技术措施，防止掘进时遇到老窿、裂隙、破碎带、断层、溶洞而发生突水淹井和塌方等生产安全事故。

1.4 在地采工程的应用

1.4.1 指导巷道前掘方向

按1.3中制定了探放水制度，摸清地质水文空间赋存情况后，采取相应安全技术措施，根据选择采矿方法，开拓、采切巷道与地质构造和矿体有安全距离，快速通过破碎带、断层、溶洞、老窿、裂隙等不利地质构造，指导巷道前掘方向。

1.4.2 作泄水孔

在副井中段马头门水沟内打两个直径准100mm钻孔，间距0.5m，钻孔上口覆盖蓖子，防止石子、废弃的线管、不溶化硬纸塑料，进入泄水孔，引起堵塞。钻孔直接通到下中段水沟内排到水仓。-40m中段钻孔到-90m中段水沟内，排到-90m水仓；-130m中段钻孔到-170m中段水沟内，排到-170m水仓；-210m中段钻孔到-250m中段水沟内，-250m中段钻孔到-290m中段水沟内，排到-290m水仓内。作业安全，快速。

1.4.3 作充填孔

因基建仓促没达到计划要求，在-90m中段试生产时建设了两个留矿法的采场，当时地面干式充填系统还没建，无法立即就充填，留下了安全隐患。在其采场正上面地表+12m有一条常年不竭人工河，采场回采结束后，由于没及时充填，顶板已塌到-32m水平，为阻止采场继续向上塌方，在地表+15m打两个相距15m直径准100mm充填钻孔通到两个采场，临时建立了充填站进行全尾砂充填。有效防止了与地表人工河贯通，避免了水患发生。

1.4.4 作通风孔

副井从-210m延伸-290m、盲副井从-490m延伸-540m时，在副井中心向下掘一个直径准100mm钻孔，解决副井反掘时通风，为炮孔爆破时增加了一个自由面和爆破体的补偿空间，改善了爆破质量综合效果。加快了有毒有害气体炮烟、粉尘排出，及时补充了新鲜空气，降低了副井内的作业时的温度。

1.4.5 处理溜矿井堵塞

我市桥头A金属矿矿废石溜井达85条之多，其中矿废主溜井各一条。每季度都会发生溜井堵塞。2017年3月（-490~-440）m中段主废石溜井在悬空15m处堵塞高度有21m。原因项目部清理水沟、内外水仓中的泥浆胶结成块，形成一定强度，在底部钢管支撑用裸露炸药爆炸没见其破坏效果。改用钻孔法，用KY-200坑内钻配直径准100mm钻头，打穿到底部。经5个多小时的爆破工作便疏通了此主废石溜井，消耗了90kg卷筒铵油炸药，62发导爆管，少量钢丝，材料消耗少，疏通效率高。

1.4.6 斜坡道封堵

对矿井斜坡道进行封堵，按照以下要求进行。①与井筒联络的巷道预先施工2座挡渣墙。挡渣墙采用砼浇灌，砼强度不低于C25，墙体外缘要接帮接顶，墙厚不少于3 m，墙体内加铁丝网和钢筋。②向井筒内回填尾矿，直到尾矿填至距井口约35 m后，每回填10 m尾矿，注入水泥浆5 m，如此交替充填至井口3.8 m处。③需进行二次充填，使综合充填率大于90%。④井筒经尾砂充填后，井口采用钢筋混凝土浇筑顶盖进行密闭，厚度3 m（图1）。⑤水泥浇灌完成后，进行不低于3个月的养护。⑥养护3个月后，浇灌体上方覆盖至少0.8 m厚的土层。⑦井筒上方不得负载重物。

图1 井筒封闭工程设计

2 坑内钻使用效果

从2014年到2018年未，我市桥头A金属矿坑内钻进行生产探矿钻孔约21243m，按实际坑内钻钻探成本160元/m、坑道探矿成本2400元/m计算，累计节约4758.43万元；实现探采结合、探边摸底累计探明储量约516kt，周边扫盲累计探明增储约92.8kt；超前探水钻孔约14683m；通风孔钻孔140m；按采选生产能力400kt/a计算，延长矿山服务1.52a。作业安全，无任何轻伤以上事故。

3 坑内钻使用过程存在的问题

钻孔方位、倾角用罗盘测放，坑内钻搬迁、安装快，操作简单、作业安全，施工场地小，效率达（12~15）m/台班，特别尖灭分支矿体探边摸底，第一次没探到矿体，重新再布孔时其效率优势明显；技术人员进行跟踪服务，发现钻孔打偏或没达探矿要求时，及时纠正。当钻探超过65m时，坑内钻钻孔会出现较大的偏斜；若遇有破碎带、溶洞、断层钻孔更加偏斜，导致地质资料探矿可靠程度低；作业时孔壁破坏或有溶洞、裂隙，掉渣后钻头、钻杆会被卡、甚至掉钻头、折断钻杆；岩芯采取率达不到行标，不能真实反映矿岩性质、地质构造，需再次探矿；岩芯细，矽卡岩内矿化不明显或矿化不强时容易漏矿。

4 结语

我市桥头A金属矿坑内钻在生产探矿、残矿探矿、超前探水、作为通风泄水充填孔、指导巷道前掘方向、处理溜矿井堵塞的应用，操作简单，易控，取代了部分坑道探矿；探矿施工场地布置灵活，提高了探矿效率；岩芯具有典型代表性，化验结果及地质编录为编制年度季度月度采掘生产技术作业计划，设计采矿施工图、采矿贫化损失管理，提供了完整地质水文工程资料；节约生产探矿成本；维持三级矿量动态平衡，加快回收残矿，确保了矿山生产能力，延长矿山服务年限；没发生片帮冒落现象、无炮烟中毒事故，作业现场安全。