徐文博

（金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司肅北項(xiàng)目部）

肅北博倫礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司七角井鐵礦［1］在開采范圍7～21線及21線以西的部分區(qū)段，礦體沿走向長(zhǎng)3 200 m，處于海拔2 280～1 700 m標(biāo)高，垂高580 m。礦山深部開采開拓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為豎井斜井聯(lián)合開拓系統(tǒng)，是目前國(guó)內(nèi)主流設(shè)計(jì)，主提升機(jī)為1條長(zhǎng)度為1 800 m的皮帶機(jī)；1條副井布置在井田中央，采用六繩摩擦輪式提升機(jī)；4條風(fēng)井布置在井田兩段，同時(shí)設(shè)計(jì)1條輔助斜坡道。深部開采設(shè)計(jì)共4個(gè)中段，每個(gè)中段65 m，分2期開采，上中段為無軌水平，采用3 m3鏟運(yùn)機(jī)出礦，下中段為有軌水平采用20 t電機(jī)車牽引10 m3礦車?yán)\(yùn)礦石。井下設(shè)有2臺(tái)C125顎式破碎機(jī)，破碎后的礦石通過皮帶運(yùn)輸至地表與選礦廠老虎口對(duì)接。礦區(qū)水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，礦巖內(nèi)含水量極少，礦巖穩(wěn)固。礦石硬度系數(shù)f=16～20，礦石密度為3.4 t/m3，松散系數(shù)為1.6。巖石硬度系數(shù)f=9～11，巖石密度2.9 t/m3，松散系數(shù)為1.6。根據(jù)礦體傾角緩斜、礦體厚度從薄到中等、礦巖穩(wěn)固性好的特點(diǎn)，采用機(jī)械化施工切割井炮孔、一次成井爆破技術(shù)掘進(jìn)切割井，為安全、高效回采礦石提供了有力保證。

1 礦房結(jié)構(gòu)參數(shù)及主要采切工程

七角井鐵礦2 150 m中段中區(qū)采用空?qǐng)霾傻V法，預(yù)留頂柱，西區(qū)采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，東區(qū)采用空?qǐng)龇ǎ壳? 150 m中段基本回采完畢；2 085、2 020 m中段中區(qū)、西區(qū)采用充填采礦法，東區(qū)采用空?qǐng)龇ā? 150 m中段高為65 m，分為4個(gè)分段，分段平均高為15 m，礦塊均勻分布，長(zhǎng)度基本為60 m，經(jīng)調(diào)整采礦方案，部分礦房長(zhǎng)為60 m，部分礦房為42 m，礦柱為8 m，中區(qū)留有頂住，個(gè)別礦房因礦體厚度、礦體傾角、地質(zhì)條件等原因長(zhǎng)度略有不同；2 085、2 020 m中段高為65 m，為3個(gè)分段，分段平均高22 m，礦塊均勻分布，長(zhǎng)度基本為50 m，礦房38 m，礦柱12 m，個(gè)別礦房因礦體厚度、礦體傾角、地質(zhì)條件等原因長(zhǎng)度略有不同。

各礦房主要巷道工程包括脈外運(yùn)輸巷道、脈內(nèi)鑿巖巷道、切割巷道、出礦進(jìn)路、切割天井［2］等。

每個(gè)礦房布置3條出礦進(jìn)路，結(jié)合出礦進(jìn)路和鑿巖巷出礦，能夠有效的利用各出礦口進(jìn)行出礦，出礦進(jìn)路斷面：礦石為4.0 m×4.0 m的三心拱；矸石為3.2 m×3.3 m的三心拱。切割井布置在切割巷道內(nèi)，具體設(shè)計(jì)位置以實(shí)際揭露礦體情況為準(zhǔn)，其斷面規(guī)格為2.0 m×2.0 m。分段脈外運(yùn)輸巷道布置在脈外，通過輔助斜坡道，從分段巷道向礦體內(nèi)掘分段鑿巖巷道，礦房結(jié)構(gòu)參數(shù)布置示意圖如圖1所示。

2 切割天井施工使用的設(shè)備及材料工具

2.1 中深孔鑿巖施工設(shè)備、材料工具

切割井炮孔采用Simba 1254型中深孔鑿巖臺(tái)車［3］施工，孔徑為76 mm，空孔采用102 mm鉆頭擴(kuò)刷。

2.2 爆破材料

切割井炮孔爆破采用粉狀銨油炸藥為主爆藥，起爆藥包采用直徑為32 mm的藥卷與非電半秒導(dǎo)爆管加工而成，爆破時(shí)采用微差起爆方式，根據(jù)設(shè)計(jì)段位順序起爆，炮孔裝藥采用BQF-100裝藥器裝藥。

2.3 切割井工作面倒運(yùn)礦石設(shè)備

切割井每次爆破完畢采用XYWJ-3.5L型鏟運(yùn)機(jī)在各分段裝運(yùn)15 t自卸卡車，由15 t自卸卡車運(yùn)輸至各礦石溜井卸礦。

3 切割天井炮孔一次成井爆破設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 切割井位置的選擇

七角井鐵礦礦區(qū)內(nèi)由于礦體傾角較緩，各礦房鑿巖巷及切割巷施工完畢揭露礦體后，需及時(shí)進(jìn)行礦體地質(zhì)編錄及剖面分析，根據(jù)上、下分段鑿巖、切割巷道位置對(duì)應(yīng)關(guān)系以及礦體實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)切割井施工位置，原則上切割井設(shè)計(jì)施工為透井，既方便觀察1254型臺(tái)車從下分段鑿巖至上分段炮孔的透孔實(shí)際位置，繼而合理調(diào)整后續(xù)炮孔施工，又便于后續(xù)在上分段裝藥爆破切割井，切割井設(shè)計(jì)施工位置如圖2所示。

3.2 切割井炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)

切割井炮孔采用Simba 1254型中深孔鑿巖臺(tái)車施工，切割井炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)［4-5］:孔徑為76 mm，擴(kuò)孔空孔為102 mm，提供首響掏心爆破補(bǔ)償空間，空孔在已施工76 mm孔基礎(chǔ)上施工。

3.2.1 切割天井炮孔孔數(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)

裝藥孔數(shù)的確定和天井的斷面尺寸與巖石的巖性等因素有關(guān)。一般天井?dāng)嗝嬖酱?，巖石堅(jiān)固性越高，所需炮孔數(shù)越多。其具體計(jì)算可按照下式計(jì)算。

式中，N為裝藥孔的總數(shù)目，個(gè)；S為斷面積，m2；Q為每立方米巖石炸藥消耗量，kg/m3；K為炮孔裝藥系數(shù)，一般為0.6~0.8，取0.7；Q為每米炮孔裝藥量，kg/m；N為空眼數(shù)量，個(gè)。

3.2.2 補(bǔ)償空間的設(shè)計(jì)依據(jù)

補(bǔ)償空間可以分成2種，一種為初始補(bǔ)償空間，由空孔提供，容納首響孔破碎巖石；另一種為巖體補(bǔ)償空間，容納爆破整個(gè)天井的巖石，一般由上下巷道及已爆完畢切割井自由面提供。

空孔的直徑體現(xiàn)了初始補(bǔ)償空間的大小?？湛字睆皆酱?，越易容納破碎巖石和有利于巖石的破碎。但實(shí)際情況，空孔的直徑不可能無限制擴(kuò)大?？湛自酱?，鑿巖成本越高，鑿巖效率越低?？湛字睆骄唧w根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備情況、鉆眼的技術(shù)水平、施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效益綜合考慮選擇。

對(duì)于容納破碎巖石的補(bǔ)償空間，設(shè)一次爆破天井分段垂高為H=6 m，斷面積S=4m2，傾角a=90°，下部巷道高h(yuǎn)=4 m。

式中，Vb為巖體補(bǔ)償空間，m3；Vz為破碎巖體膨脹體積，m3；K為巖石碎脹系數(shù)，通常取1.6。要想崩落下的巖石完全被巖石補(bǔ)償空間容納，需Vb>Vz。

根據(jù)七角井鐵礦的實(shí)際情況，Vb=16 m3，Vz=14.4 m3。

3.2.3 首響炮孔的設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)炮孔間距應(yīng)滿足補(bǔ)償空間理論，礦巖破碎后體積膨脹，需要補(bǔ)償空間容納，由于補(bǔ)償空間與預(yù)爆巖體的高度一致，則其關(guān)系滿足式

式中，S預(yù)爆巖體為預(yù)爆巖體的面積，mm2；S補(bǔ)償空間為空孔面積，mm2。

利用6個(gè)直徑102 mm的空孔作為補(bǔ)償空間，用一個(gè)76 mm的炮孔作為首響炮孔，通過計(jì)算得

S預(yù)爆巖體=192×192×3.14-S補(bǔ)償空間=62 216 mm2，

S補(bǔ)償空間=51×51×3.14×6+38×38×3.14×1=53 536.96 mm2，

滿足補(bǔ)償空間和預(yù)爆巖體二者的體積關(guān)系，另外調(diào)整裝藥量能夠達(dá)到預(yù)爆效果，具體掏心首響炮孔布置如圖3所示。

3.2.4 切割井炮孔設(shè)計(jì)及起爆順序

根據(jù)上述設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)圍巖較硬的實(shí)際情況，切割井設(shè)計(jì)施工31個(gè)Φ76 mm孔（包括6個(gè)Φ102 mm擴(kuò)孔），6個(gè)Φ76 mm擴(kuò)井孔，其中切割井采用1~6段半秒起爆管順序起爆，擴(kuò)井孔采用7~8段半秒起爆管順序起爆，第一次爆破切割井高度為6 m，具體炮孔設(shè)計(jì)施工布置如圖4所示。

4 現(xiàn)階段存在的問題

由于地質(zhì)條件復(fù)雜，采用1254型臺(tái)車施工孔深超過20 m的切割井炮孔［6］，上部炮孔易產(chǎn)生較大偏斜，主要發(fā)生在切割井15 m以上的部位，炮孔的偏斜將影響正常起爆的組織，補(bǔ)償空間達(dá)不到預(yù)期效果，存在拒爆現(xiàn)象，后續(xù)處理比較麻煩。

對(duì)于盲切割井爆破施工，只能由下向上順序爆破，除第一次在巷道內(nèi)裝藥爆破6 m外，剩余2~3次爆破均在切割井內(nèi)搭設(shè)平臺(tái)完成裝藥，施工組織繁雜且高處作業(yè)存在安全隱患。

為確保1254型臺(tái)車正常施工切割井炮孔，對(duì)已施工切割巷斷面規(guī)格達(dá)不到4 m×4 m或頂板不平整區(qū)域，需組織進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)刷處理，以保證巷道頂部平整且操作視線良好，便于1254型臺(tái)車施工炮孔，而此項(xiàng)擴(kuò)刷工作增加了后續(xù)的勞動(dòng)生產(chǎn)。

5 小 結(jié)

采用機(jī)械化施工切割井炮孔、一次成井爆破技術(shù)掘進(jìn)切割井，作為礦山安全、高效回采礦石，連接多項(xiàng)回采工藝的一項(xiàng)程序，具有舉足輕重的意義。三級(jí)礦量的平衡穩(wěn)定，對(duì)礦山的生產(chǎn)組織至關(guān)重要。通過對(duì)肅北七角井鐵礦采用1254型臺(tái)車施工切割井炮孔，以及一次成井爆破試驗(yàn)的成功應(yīng)用，證明相應(yīng)的天、溜井施工工藝可以在同類型礦山中進(jìn)一步推廣，也證實(shí)了通過不斷的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，擇優(yōu)回采工藝是礦山企業(yè)今后發(fā)展必不可少的途徑。