中深孔爆破成井技术在萨热克铜矿的应用研究

刘 亮，宋柏树，刘志强

(金诚信矿业管理股份有限公司乌恰项目部，新疆 乌恰 845400)

应用研究·有色矿山·

中深孔爆破成井技术在萨热克铜矿的应用研究

刘 亮，宋柏树，刘志强

(金诚信矿业管理股份有限公司乌恰项目部，新疆 乌恰 845400)

矿山天井施工多采用人工掘进，普通法施工，安全风险较大。为减轻安全压力，在萨热克铜矿探讨应用中深孔一次成井技术，在研究国内其他矿山基础上，根据矿山实际，对中深孔成井技术进行了一些改进，取得了成功。

小孔径一次成井； HT71中深孔台车； 小断面天井

1 工程概况

萨热克铜矿位于新疆乌恰县乌鲁克恰提乡，地处南疆与吉尔吉斯坦交界处，地广人稀，离最近的乌恰县城约140km，地表植被极少，矿区平均海拔高度2 800m，矿区条件较为艰苦，招工较为困难，再加上安全生产的压力，因此实现中深孔一次成井显得尤为必要。

2 685m分段4025采场位于矿区Ⅱ号矿体，矿体以砾岩为主，卵石间胶结料为含矿成分，矿石f系数为8～10，安息角为36.5°。2 700m分段和2 685m分段的4025穿脉均已施工完毕，利于HT71台车将炮孔从2 685m分段向2 700m分段贯通，便于装药及检查炮孔偏斜情况。

2 设计方案

为确保本次试验成功，项目部成立了以项目经理为组长、技术经理牵头，其他部门全力配合的试验小组，明确成员责任，合理分工。技术部门积极查阅资料，搜集现场数据，提出了可行性方案，并提交小组审核，技术人员全程跟班指导，确保试验按既定方案进行；设备部门购置试验所需的相关材料，保障试验顺利进行；生产部门组织施工人员，配合现场施工。

2.1 掏槽方式的选择

从国内目前使用的一次成井方案来看，使用若干空孔作为爆破的自由面和补偿空间，掏槽方式主要有3种[1]：①裂隙掏槽。施工一排裂隙孔作为自由面，从两侧依次爆破，裂隙掏槽对凿岩精度要求稍高，要求裂隙孔布置在一条线上；②螺旋掏槽。施工一个大直径空孔，在空孔周围呈螺旋形布置掏槽孔依次爆破，由于空孔数量最少，且要作为爆破补偿空间，因此对空孔直径要求较大；③桶型掏槽。以菱形或方形布置一系列掏槽空孔，在空孔周边布置一系列掏槽孔，以各自周边的空孔为自由面，达到掏槽效果。由于空孔数量可根据实际布置，适用于受凿岩设备限制，只能施工较小孔径的一次成井。常见掏槽方式见图1。

图1 中深孔一次成井常用的掏槽方式示意图

为不额外增加凿岩设备等成本，项目部决定采用采场中深孔施工的HT71中深孔台车，考虑凿岩效率，HT71中深孔台车适用的钻孔直径为76～127mm，不适用于大直径钻孔施工，因此决定采用桶型掏槽方式。

2.2 爆破参数的确定

2.2.1 装药孔和掏槽空孔孔径的确定

孔径能直接影响一次成井的爆破效果，国内较多矿山均使用潜孔钻机钻凿大直径炮孔进行一次成井爆破，大直径炮孔提供的补偿空间较大，且装药量更多，容易取得较好的爆破效果。但萨热克铜矿地处偏远，设备购置不易，因此决定使用采场中深孔施工的HT71中深孔台车进行凿岩。考虑HT71中深孔台车的凿岩效率，其适合钻凿孔径为76～127mm，因此决定装药孔孔径为φ76mm，空孔孔径为φ127mm。

2.2.2 掏槽孔与空孔孔距的确定

掏槽孔是一次成井爆破的首响孔，是整个成井爆破成功与否的关键。如果孔距过大，掏槽孔的爆破能量不足以崩碎与空孔间的部分岩石，容易造成爆破失败。因此需要通过严格计算来确定掏槽孔与空孔的距离，确保爆破成功。

根据爆破掏槽碎胀理论公式[1]：

式中：a——空孔与掏槽孔的孔间距(取孔中心)；

D——空孔直径；

d——装药孔直径；

K——岩石碎胀系数，根据萨热克铜矿地质资料，砾岩取1.6。

计算得出a≤367mm。

岩石爆破后需要空孔及装药孔提供的补偿空间来容纳，结合补偿空间理论[2]：

S预爆岩体K≤S补偿空间+S预爆岩体

如图2所示，图中阴影部分为预爆岩体，空孔和装药孔为补偿空间，K取1.6。

经过计算得出：S预爆岩体=122 848mm2，S补偿空间=6×S空孔+S掏槽孔=80 542mm2，满足补偿空间理论，因此确定掏槽孔部分炮孔参数见图2。

图2 掏槽孔炮眼布置图

2.3 炮眼布置

为保证天井爆破后成型满足切割井要求，选用4个辅助眼和8个周边眼进行布置，在天井4个角的区域内各布置一个辅助眼，在4个边各布置一个边眼，4个角各布置一个周边眼，见图3。

图3 炮眼布置图

2.4 中深孔施工方法

采用HT71中深孔台车施工，在施工前由测量人员用红油漆在各个孔的开口位置进行标定。施工时，所有炮孔先施工φ76mm的小孔，再用扩孔钻头对A～F这6个空孔进行扩孔。施工时必须保证台车导轨的垂直度，每个孔钻进3m后需重新检查孔的角度，并时刻关注仪表盘各孔的偏斜度，所有孔的偏斜率应控制在1%，同时对每个孔的施工情况进行记录。

2.5 爆破段高

此次中深孔一次成井试验为该矿山建矿以来的第一次，虽然试验参数经过详细计算满足各公式及理论，但尚未摸索出一次成井技术在该矿山应用的岩石及炸药方面的经验，因此为保险起见，拟将11.4m井高分为3次爆破，即第一次4m，第二次3.4m，第三次4m，采用由下至上的爆破顺序。

2.6 微差时间的确定

本次爆破利用的原理是中心掏槽孔以周边空孔为自由面进行爆破，辅助眼2#～5#孔以1#孔爆破后形成的空洞为自由面进行爆破，周边孔以辅助眼及掏槽眼爆破后形成的空洞为自由面进行爆破，辅助眼及周边眼爆破要求上一次爆破后的岩石完全脱离原岩并大体坠落，方能为下一段爆破提供足够的自由面。为了保证下一段爆破前上一次爆破的原岩有足够时间脱落，选择半秒延期雷管，相邻段别间隔一个段，即延时时间选择1s。

2.7 装药结构及参数

为了确保试验成功，保证装药密度，选用中深孔的BQF- 100装药器进行装药，炸药选用散装膨化硝铵炸药，装药部分全程敷设导爆索，保证爆破效果。

第一次爆破时，采用从下往上装药方式，先从天井上部吊水泥塞至设计位置后将其固定，再填塞500mm长的细沙，作为炮孔上部的堵塞。利用装药器将炸药装入孔内，掏槽孔留100mm用炮泥进行堵塞，辅助孔和周边孔留200mm用炮泥进行堵塞，装药结构如图4所示。爆破参数如表1所示。

图4 第一次爆破装药结构图

表1 第一次爆破参数

由于第一次爆破后下部天井已经成型，需从上部进行装药。装药前需对成井高度进行测量，并根据成井高度调整下一次爆破的段高。第二次装药前先将水泥塞吊至炮孔下端口部，再填入200mm细沙，用于炮孔下部的堵塞，之后再用装药器装入炸药，装药器装药时，需在料管上标记好装药截止位置，防止装药过多或者过少，影响下一次爆破。装好药以后再装入500mm细沙作为堵塞，装药结构如图5所示。爆破参数如表2所示。

图5 第二次爆破装药结构图

表2 第二次爆破参数

第三次爆破与第二次爆破的装药结构大体相同，同样需要在装药前实测下部天井成井高度，根据成井高度调整装药段高。装药时，要确保水泥塞填塞到位后再进行装药，否则容易造成炸药下漏，影响爆破效果。装药结构图如6所示。爆破参数如表3所示。

图6 第三次爆破装药结构图

3 爆破效果

经过爆破后，成井较为规则，无较大超欠挖，基本和周边孔形状一致，对周边围岩破坏较小，高度也达到了设计效果，爆破效果如表4所示。

4 结论

(1)根据爆破后渣石的块度来看，岩石基本被炸成粉状，说明炸药量过多，从最终的炸药单耗来

表3 第三次爆破参数

表4 爆破效果表

看，同样偏高。因此，探索不耦合装药结构或者通过减小装药孔孔径来减少炸药单耗是下一步继续研究的重要方向。

(2)本次成井经过了3次爆破，每一次爆破段高不超过4m，选择的段高较为保守，经过本次试验的成功，下一步将探索分两次爆破成井，争取进一步达到一次爆破成井的目的。

(3)中深孔施工过程中，虽然技术人员给定了孔的位置，也在钻孔过程中实时调整角度，但仍出现了一些偏斜，更有一个炮孔由于偏斜过大而报废，导致重新施工，因此提高设备的精度和施工人员的技能水平，控制孔的偏斜率，仍是一次成井技术中需要不断提高的方面。

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Applied research on raise driving technology with middle-length hole blasting in Sareke Copper Mine

Most mine raises are driven manually in common method with high risk. In order to reduce the security risks， one time raise completion technology with middle-length hole in Sareke Copper Mine was discussed. On the basis of studying other domestic mines, some improvement of raise driving technology with middle-length hole according to mine situation were carried out, and it was practical.

one time raise completion technology with small hole; HT71 middle-length drilling jumbo; small-section raise

1672-609X(2017)05-0001-04

TD235.4

A

2017-05-10

刘 亮(1987-)，男，重庆南川人，助理工程师，从事矿山设计及施工现场管理工作。