低分段切割天井一次爆破成井

低分段切割天井一次爆破成井

周勇

五矿二十三冶建设集团矿业工程有限公司 湖南长沙 410016

摘要：一次爆破成井施工法具有安全性好、效率高、经济性好等优点，但也存在施工技术、质量要求高、中长天井爆破成功率不高等缺点。导致一次爆破成井法在矿山天井施工中得不到很好的推广。随着生产效率的不断提高，普通法施工已经远远不能满足矿山天井施工的需要，大力推广一次爆破成井法在低分段切割天井中施工已经成为现实的需要。

关键词：天井；一次爆破；掏槽；连续装药；半秒导爆管雷管

1. 前言

多年以来，我国矿山天井掘进一直采用普通法进行施工，但其弊端也非常明显，生产效率非常低下，作业环境相当恶劣，同时安全隐患多，极易发生人身伤害事故，已经成为亟待解决的问题之一。其实针对中短天井而言（尤其是高度在10m以内的短天井），最经济、最实用的天井掘进方法是一次爆破成井法针。

2一次爆破成井的特点

低分段切割天井一次爆破成井法的主要特点为：

全井深一次钻孔、一次装药爆破，一个施工循环完成一条天井的掘进。一次爆破成井法消除了普通法掘进天井的安全隐患，极大的减少了天井掘进的作业循环的数目，省却了作业循环间的准备时间；在安全性、效率性、经济性上都有普通法无可比拟的优势。

3. 工艺原理

天井一次爆破成井法掘进天井的技术出现至今已有30的历史，由于种种的原因一直未得到很好的推广应用。本论文现对10m以内的短天井一次爆破成井法的工艺原理做一个简单的介绍：

1. 炮孔布置方式

炮孔从里到外分为掏槽孔、破碎孔、和周边孔。依据天井直径的大小分别设置炮孔，当天井直径d≤2.5m时设置掏槽孔和周边孔。

1. 掏槽孔

一次爆破成井法利用空孔作为自由面，当装药孔爆破后，形成一个较大的空腔作为新的自由面（如果爆破后形成的空腔不理想，可在周边重新钻孔，以强制爆破的形式形成比较充分的空腔作为自由面)。再将周边的炮孔按照顺序依次崩落，最终形成设计的切割天井。

掏槽采用9孔掏槽方式，即在掏槽区域内打3行3列九个炮孔，孔间距300mm。当岩石普氏系数f≦8，岩石风化破碎较重时，中间一个为装药孔，四周为空孔作为自由面；当岩石普氏系数f>8，岩石较硬时，采用四装药孔，五空孔为自由面。附图一（黑色实心孔为装药孔）。

b、周边孔：主要为控制断面形状，提高开挖质量，个孔均匀的布置与天井断面轮廓上。

2. 炮孔的爆破参数确定

炮孔直径：依据采场中深孔爆破采用的YZG-90型钻机（有条件的矿山可以选用液压台车进行施工，提高钻孔质量），装药孔直径60mm，空孔的直径都为90mm，钻孔设备现金的矿山可以将空孔的直径扩大到120mm，空孔越大增加自由面的空间越大，有利于提高爆破效果（此时可以适当减少空孔的数量）。

炮孔深度L：由于分段高度一般为12~13m，去除巷道高度及预留1m的抵抗线，所以炮孔的一般深度为10m。

掏槽孔间距a：根据爆破理论，自由面越大爆破效果越好，则掏槽孔的间距越小越好，根据现有的钻孔设备，结合网上关于深孔爆破一次成井的实例，掏槽孔之间的间距取为30mm。

周边孔及破碎孔和掏槽孔的间距：

根据掏槽的大小确定破碎孔或周边孔距掏槽的间距，此处掏槽的范围为600mm，考虑到爆破的最小抵抗线和岩石的夹至作用，将周边孔的最小抵抗线长度定为w=600mm。如果天井断面较大，在最外面再确定一圈孔，此时的最小抵抗线可以增大到1m以上。

炮孔数目：以直径2m的天井为例，炮孔数目17个，其中装药孔9个，空孔8个。

装药结构：炸药采用2#岩石散装炸药，各炮孔采用连续装药结构，装药密度2.4kg/m。

起爆：由于天井一次爆破的夹制作用较大，先起爆的炮孔必须为后起爆的炮孔提够足够的补偿空间，后起爆的爆孔必须等先前的爆渣抛出后才能起爆，根据有关资料，当切割高度小于10m时，间隔时间达到100ms即可。为安全起见，起爆雷管选用半秒延期非电雷管，依炮孔布置及起爆顺序图中起爆顺序，雷管段别逐渐增加。

4. 适用范围

本技术适用于所有深度小于10m的天井施工，对岩石破碎部位的天井尤为适用，爆破效果更好。

5. 一次爆破成井的流程与操作特点

当天井位置设计好后，按照设计要求掘进凿岩巷道，当巷道掘进完成后清理渣石后，做好切割天井一次爆破工法施工前的准备工作，如安全检查、施工设备的运输、供电、供风设施的检查等工作，低分段切割天井一次爆破工法流程如下：

测量放线确定天井位置→移动钻机设备到工作面→固定并调试钻机设备→确定孔位→钻孔（检查钻孔质量）→装药、爆破→出渣（检查爆破效果）→补救措施→场地清理

6、一次爆破成井法和普通法进行对比

6.1安全性比较

采用普通法掘进，人需要进入矿岩接触带切割天井内部进行掘进，一旦岩石不好既有可能发生塌方事故，存在很大的安全隐患；而深孔一次爆破法，将钻孔位置支护好后，人无需进入危险的矿岩接触带，极大的减少了发生人身伤害事故的可能性。

6.2作业时间对比

以一条8m的切割天井，断面2m×2m为例，将普通法和深孔一次爆破法作比较。有关的时间参数如下表：

表一

从实际作业时间来看掘进一条相同的切割天井使用深孔一次爆破法只比普通法节约了7个小时，但从另一方面来看，普通法工序复杂，一般每天只能保证一个掘进循环，一条8m的切割天井需要四天时间；而采用深孔一次爆破，工序衔接简单可以在一天之类完成整个作业循环，极大的提高了天井的掘进时间。

6.3费用对比

同样以这条天井对两种不同掘进方法的费用进行分析，为了简化分析的过程，以我方承包出去的价格为基础对两种方法进行分析：

表2、普通法成本

表3 深孔成井法

其他一些数额比较小的消耗成本没有计入之类，如机械的损耗、消耗的油料、电费等等。

经过综合比较来看，切割井一次爆破成井法相对于普通法来说，在规避了安全风险的情况下，作业时间大大减少，作业成本也有极大的降低。

7. 结语

低分段一次爆破成井法广泛使用于分段高度小于15m的空场、崩落采矿法中的切割天井和溜矿井掘进，尤其适用于岩石不稳定的破碎地带，其相对于普通法来说具有如下优点：

1. 安全性好，人只需在支护稳定的巷道下进行钻孔、放炮工作，不需冒险进入天井工作面，尤其是岩石破碎的情况下安全性好的优点更为突出；

2. 掘进效率高，钻孔、放炮、出渣一次作业一次成井，连续高效；

3、费用低，钻孔、放炮、出渣为一次作业一次成井，省去普通法施工中大量中间环节，减少了大量人工成本；

4、施工设备简单，使用矿房回采设备，无需重新购进设备，降低成本。

低分段一次爆破成井法自身的局限性：

1. 爆破深度有限，一般为10m左右；

2. 对钻孔、放炮的施工技术要求较高，导致成功率很难达到100%。

参考文献：

[1]周传波.大冶铁矿一次成井爆破的岩石可爆性评价[J].建井技术, 2004（12）.

[2]马天义 耿爱平.基于ANSYS的一次爆破成井技术研究[J].采矿技术, 2011（5）.

[3]姜科.切割井一次爆破成井实践[J].金属矿山, 2003（1）.