Boomer 281掘进台车在李楼铁矿巷道掘进施工中的应用

马天勇 张丕洪 陈鹏刚

(1.新疆地矿局第一地质大队；2.新疆宝地矿业股份有限公司；3.五矿矿业(邯郸)矿山工程有限公司)

1 工程概况

按照李楼铁矿矿床特点和开采要求，该矿引进了安特拉斯公司生产的Boomer 281掘进台车，专用于平巷开拓与采准施工。目前，该型台车在李楼铁矿掘进台效已达180 m/(台×月)。井下巷道掘进时主要采用Boomer 281掘进台车进行钻孔作业，该型台车技术参数为钎杆长度3.5 m，最大钻进孔深 3.3 m，钻头直径 45 mm，钻孔直径 48 mm，扩孔钻头直径89 mm，孔径93 mm。巷道掘进选用了φ32 mm 2#岩石乳化粉状炸药和2#岩石乳化水胶炸药。为进一步提升该矿巷道掘进施工效率和质量，本研究通过对爆破方案进行设计，并对爆破技术参数进行优化取值。

2 爆破方案设计

由于该矿围岩主要为Ⅰ、Ⅱ级围岩，岩石硬度较大，放本研究巷道掘进施工采用全断面一次爆破方法。

2.1 爆破参数确定

(1)炮孔直径及炮孔深度。目前该矿巷道掘进采用的药卷直径为32 mm，参照选取的钻孔机具型号，炮孔直径d取48 mm。为加强掏槽槽腔内岩石的破碎和抛掷作用，掏槽眼钻孔深度一般比周边眼深0.15～0.25 m。但在实际操作过程中如果掏槽深度超钻200 mm，下一班组施工过程中会出现布眼困难现象，故本研究掏槽眼深度L=3 m。

(2)周边孔密集系数。周边孔密集系数m是指周边孔间距a与最小抵抗线W的比值[1-3]，一般情况下，硬岩取0.8～1.0，软岩取0.6～0.7，本研究m=1。

(3)周边孔间距和最小抵抗线。本研究根据光爆试验结果并结合现场巷道围岩实际情况，周边孔间距a=500 mm，当m=1时，光面爆破的最小抵抗线(即光爆层厚度)W=500 mm。

(4)周边孔倾角及装药集中度。周边孔的施工由于受到凿岩台车或操作技术的限制，需要向上或向外偏斜一定的角度，一般为3°～5°，以确保断面轮廓不缩小，但需确保眼底不超出设计轮廓10 cm，周边眼爆破后的实际轮廓面呈缓阶梯状。当进行全断面一次光面爆破时，周边眼的装药集中度Qx=200～300 g/m，软岩中取小值，硬岩中取大值。结合现场实际通过计算，周边眼装5卷药，其中1卷为水胶炸药，4卷为粉状炸药，单孔装药量为800 g，Qx=267 g/m。

(5)掏槽形式。根据单炮进尺要求以及现场实际施工情况，采取直眼掏槽的形式(图1)。其中，空孔为φ93 mm扩孔，当掏槽装药孔起爆后，装药孔对周边空孔产生强力的挤压作用，使得掏槽槽腔内岩石破碎，而后通过爆破气体的余能从槽内抛出，达到掏槽的效果。通过现场爆破试验，认为在坚硬岩层中采用直眼掏槽方式爆破效果较好[4-6]。

图1 直眼桶形掏槽形式

2.2 炮孔数目和装药量

在实际施工过程中，由于各种因素的叠加，炸药单耗应大于理论值1.97 kg/m3，本研究取2.6 kg/m3。

2.2.1 炮孔数目

单个爆破循环中的总炮孔数计算公式为

(1)

式中，q为炸药单耗，2.6 kg/m3；s为巷道掘进断面面积，13.42 m2；η为炮孔利用率，0.87；m′为每个药卷长度，0.2 m；a为装药系数，0.488；p为每个药卷质量，干粉0.15 kg，水胶0.2 kg。经计算并结合现场实际情况，本研究N=75。

2.2.2 炮孔装药量

单孔装药量Q的计算公式为

(2)

式中，α为平均装药系数；G为药卷质量，2#岩石炸药每卷质量为0.15 kg；H为药卷长度，0.2 m。

掏槽眼，α=0.87，Q=1.95 kg。辅助眼，α=0.5～0.67，Q=1.35 kg。顶眼与侧眼，由Qx可知，Q=0.8 kg。

底眼，α=0.8，Q=1.85 kg。经计算：掏槽眼总装药量Q1总=26 kg，辅助眼总装药量Q2总=36.45 kg，顶眼和帮眼总装药量Q3总=16.8 kg，底板眼总装药量Q4总=12.95 kg，空眼装药量为0，则总耗药量Q总约90 kg。

2.3 炮孔布置

根据巷道围岩特征，经过多次实验，本研究确定的炮孔布置方式如图2所示。首先布置掏槽眼，周边眼严格按设计开挖轮廓线布置，周边眼间距不宜大于600 mm。辅助眼根据“上稀下密、中部均匀分布”的原则布置[7-9]。

图2 炮孔布置示意

2.4 装药方式和起爆网络

2.4.1 装药方式

对于顶眼、帮眼及辅助眼采用不耦合间隔装药，掏槽眼和底眼采用连续不耦合装药形式。孔底2卷φ32 mm乳化水胶炸药，外接φ32 mm乳化粉状炸药；其他炮孔孔底1卷φ32 mm乳化胶状炸药，外接φ32 mm乳化粉状炸药。其中，帮、顶眼采用“3-1-1”间隔装药方式，连接1发雷管和导爆索。掏槽眼和底眼采用连续装药形式，单孔13卷，1发雷管孔底起爆。辅助眼采用连续装药形式，单孔8～10卷，1发雷管孔底起爆。顶眼和帮眼采用空气间隔装药方式，周边眼结构为“3-1-1”，1发雷管孔底起爆，严格堵塞炮孔，堵塞距离不小于200 mm。

2.4.2 起爆网络

采用导爆管起爆法，采用串并联爆破网络(图2)，相关爆破参数取值见表1。

3 结 语

以李楼铁矿为例，结合Boomer 281台车，对该矿巷道爆破掘进施工方案进行了设计，并对爆破技术参数进行了优化取值。实践表明：采用Boomer 281台车后，巷道掘进的钻孔时间得到了有效减少；光爆后，岩碴块度较小且均匀，有利于装碴，节省了装运时间，清理危石或补炮时间大大缩短，减少了支护成本；通过控制光面爆破后巷道的断面规格及成型质量，有效降低了巷道的超、欠挖量，在节省了炸药等火工品消耗的同时降低了巷道后期的支护工程量，有效降低了生产成本，降低了井下工人的劳动强度，改善了作业环境。

表1 爆破技术参数取值