新民金矿天井掘进技术的改进及应用

2020-06-27殷雨萌

世界有色金属 2020年6期

殷雨萌

（辽宁省第四地质大队有限责任公司，辽宁阜新 123000）

天井工程是矿房施工工程中最难也是最重要的工程，其掘进的快慢和质量影响整个矿房的施工。在天井施工方法上，国内有许多成熟的方法，如吊罐法、中深孔爆破法、边凿岩掘进边支护方法等。天井的长短受矿房高度影响，新民金矿矿体赋存条件影响采矿方法的选择，主要是分段凿岩阶段矿房法，段高40m，天井在两侧间柱内布置。早期施工方法为边凿岩掘进边支护方法，但是其效率已经跟不上矿山的发展，因此，要寻求一种方法改善现状，针对中深孔爆破方法在天井掘进方面的应用，本矿山对其进行改进，从而适应本矿山的需求。

1 矿房地质情况及以往工程情况

（1）地质情况。矿床赋存于太古界建平群中，受东西向展布的上排山楼～候其营子大型韧性剪切带控制。矿区内有5条金矿体，即T1、T1-1、T2、T3、T4号矿体，其中T1-1矿体已采空），矿体分布于蚀变糜棱岩带中，矿岩界限不清，呈渐变关系。矿体呈似层状产于F1断裂下盘，走向近东西，倾向北，倾角50°～80°。T1矿体：长度350m，平均宽度8.8m，矿体在59～55线比较厚大，向东逐渐变薄。矿体顶、底板岩层较稳定，在岩土工程地质特征值内摩擦角C=45°，粘聚力Q=54MPa，干（PC）抗压强度175MPa，软化系数0.85（kb）。综上所述，该矿区工程地质条件中等。以402矿房为研究对象，该矿房位于59～57线之间，100m标高-140标高之间，矿房走向长50m，上部为140m中段302矿房底柱。此矿体垂直厚度14米左右，倾角55°，顶底板为糜棱岩，矿岩比较稳固。

（2）采矿方法与采切工程布置。此矿块采用分段凿岩阶段矿房法，采用单侧堑沟的电耙道出矿的底部结构，浅孔切槽，中深孔落矿。在100m中段57线穿脉巷道上，沿走向、倾角为10°、方向252°，布置1条倾斜沿脉耙台，耙道的回风，通过耙道联络道与天井436#110m标高天井联络道相连，通过天井通风联道利用天井通140m中段巷道回风。在耙道上布置8条斗穿，与矿体内104m～110.8m中切相通。沿104m～110.8m中切利用中深孔爆破形成一条堑沟，矿石通过堑沟、斗穿落入耙道上。自104m标高-110.8m标高为底板标高，布置沿走向、倾角为10°、方向252°的倾斜凿岩巷。在矿房东侧布置浅孔切槽。

（3）以往工程情况。本矿山以往的天井施工主要是边凿岩掘进边支护，天井内分两侧，一侧是行人通风，设有梯子间，另一侧为天井出渣溜井，中间应用木板拦挡。此类方法施工效率低，工期长，材料消耗大，成本高，安全隐患多。矿房的整体施工工期受天井影响，在以往天井施工时，通风困难，掘进爆破后需要人工清理现场和支护，导致劳动强度大，危险系数高，是整个井下施工安全隐患的重点。

2 天井工程施工方案优化设计

2.1 施工方案选择

根据天井施工方法及采矿方法，本矿山选择中深孔施工天井。采用YGZ-90凿岩机施工中深孔，炮孔直径为55mm，矿山井下阶段高度是40m，根据实际施工经验，中深孔的有效长度在15m以下，超过15m后钻孔的位置会发生偏离，误差增大，所以钻孔控制在15m。天井的倾斜角度控制在55°～65°之间，天井长度在45m上下，据此天井分三层凿岩施工，由下至上施工顺序：首先在间柱施工一条凿岩巷道用于施工中深孔，按照天井设计的位置及规格施工中深孔～装药爆破第一层～出渣、初步支护～施工第二层凿岩巷道～施工中深孔～装药爆破第二层～出渣、初步支护～施工第三层凿岩巷道～施工中深孔～装药爆破第三层～出渣～由上至下总体支护、同时施工联络道。

2.2 天井工程布置

天井布置在矿房两侧间柱内，规格是2.5×1.5m（宽×高），倾角按矿体底板角度进行优化。最高为65°，最低为55°。由下到上分三层进行施工，在100m标高先施工凿岩运输巷道，然后施工中深孔到115标高，施工一段进行爆破，一次成井。在115m标高施工凿岩巷道，施工中深孔到130m标高，爆破成井，在130m标高施工凿岩巷道，施工中深孔到140m标高，爆破成井。按照分层方法依次施工，直到整个天井完成。

天井设计图：

2.3 中深孔布置及爆破

2.3.1 中深孔布置

按照一次成井布置中深孔，中深孔布置分为掏槽眼，辅助眼和周边眼，采用星型掏槽，中间眼装药，周边4个眼为自由面。

2.3.2 掘进爆破参数设计

以天井断面3.75㎡进行爆破施工设计，平行空眼直线掏槽，星型布置，周边布置空眼进行光面爆破，其余布置辅助孔的爆破方案；一次进尺15m～18m。断面为3.75㎡，巷道断面及掏槽孔布置见图（3）。

爆破参数设计如下：

图3 天井断面中深孔布置图

（1）炮孔直径。炮孔直径的大小取决于钻孔机具、炸药性能及井巷作业条件的限制，本设计中选取YGZ-90凿岩机风动凿岩机，钻孔直径为55mm。

（2）炮孔深度。炮孔深度的大小不仅影响掘进效率，而且影响爆破效果和绝境速度。炮孔深度与掘金断面、作业循环次数、岩石坚固性系数有着必然联系，由于岩石坚固性系数较大一般f=10～12之间，本设计中钻孔深度设计为15m。

（3）炮孔布置及炮孔数。炮孔数目与掘进断面、岩石性质、炮孔直径、炮孔深度和炸药性能等因素有关。在保证爆破效果的前提下，减少炮孔数目有利于提高工作效率，确定炮孔数目设计位18个，实际施工过程中可根据实际情况调整。实际布孔周边孔距为500m，靠近周边孔的辅助孔距离为550mm，辅助孔间孔距、排距均为600mm，整个断面布置炮孔18个，具体炮孔布置见天井中深孔布置图。

（4）炸药单耗。炸药消耗定额直接关系到工程成本，定额的大小与炸药性能、岩石性质、巷道断面大小、炮孔深度直径等因素有关。炸药单耗可按0.5kg/吨选取。

（5）装药参数设计。掏槽孔参数：本设计掏槽孔5个，其中中心孔一个孔装药，孔深15m；其余4个掏槽孔均匀分布在一中心孔位圆心，半径为200m的圆上，孔深16m，不装药。中心孔装药高度为14.5m，装药量为35kg；

周边光爆孔参数：设计中周边孔位8个，孔深15m布置在轮廓线上，钻孔过程中设备能准确布置在轮廓线上，由于钻孔长度大原因的影响，因此钻孔过程中孔底要落在轮廓线外20mm～50mm处；全部装药，最后起爆，其参数如下；孔距：E=（8～18）d=12×42=504mm实际取500mm；光爆层厚度：W=（10～12）d=12×42=504，实际取550mm；周边孔密集系数：S=E/W=0.91；每孔装药量：35kg；总装药量：Q2=280kg；

辅助孔参数：实际施工过程中，靠近周边孔的辅助孔距周边孔距离550mm，辅助空间孔距为600mm；以孔深15m设计：每孔装药量为：35kg；炸药单耗为：2.4kg/m；连续装药，辅助孔总装药量为：Q3=140kg；一次爆破总装药量：Q总=Q1+Q2+Q32；Q总=455kg。

（6）爆破网络设计。天井爆破采用非电导爆管起爆网络，因该矿为开采金矿石，本设计中只考虑防止静电、抗杂散电流对爆破网络的影响，为保证施工安全，采用非电导爆管复式网络。爆破过程中，孔内使用2、4、6段非电导爆管雷管，导爆管连接网络，激发器起爆。爆破采用微差爆破，掏槽眼先爆破，为后续爆破提供自由空间，然后是辅助眼爆破，最后是周边眼爆破。一次爆破成井。