黄山南铜镍矿切割槽快速形成技术及应用

田贵有 李再易 亚呼甫 康泰福

摘要：切割槽的形成速度直接影响采场投产的进度和效率。切割槽快速形成技术包括切割天井快速形成和深孔侧向爆破拉槽方式，而中深孔爆破一次成井法是切割天井安全快速掘进的有效途径，切割天井和自由面形成后，再进行阶段深孔侧向爆破拉槽。以黄山南铜镍矿为例，采用切割槽快速形成技术，应用效果较好。工程实践表明：切割槽快速形成技术，即采用切割天井快速形成+深孔侧向爆破拉槽的方式能够快速形成切割槽，该技术具有成井速度快，施工安全高效、成本低、劳动强度低、工作安全等优点，有助于矿山井下采场快速形成出矿能力，可供同类型矿山参考借鉴。

关键词：中深孔爆破;一次成井;切割槽快速形成技术;深孔侧向爆破拉槽;切割天井

中图分类号：TD235.4文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2020）06-0032-04 doi：10.11792/hj20200607

引 言

切割槽是采场正排炮孔爆破的初始自由面和补偿空间，采场正排爆破必须待切割槽完全形成后再进行，因此采场切割槽的形成速度直接影响采场投产的进度和效率[1]。对于阶段大直徑深孔落矿空场充填采矿法，一般均采用VCR法拉槽，待拉槽区超前一定高度后再进行正排炮孔的爆破。采用VCR法拉槽，一次爆破高度小，爆破循环与装药次数多，影响切割槽形成速度和效率，而切割天井是影响切割槽能否快速形成的关键环节[2]。

切割天井的掘进是矿山生产采准切割工程中至关重要的环节，切割天井能否安全快速完成直接影响采矿工作进展。因此，切割天井的凿岩、爆破和施工方法一直是相关专家的重要研究方向[3-4]。目前，较普遍的施工方法虽已经使用多年，但存在施工环境差，工作效率低，成本高等众多难题，在一定程度上也会影响矿山的正常生产进程。近些年，一次爆破成井技术广泛应用于地下金属矿山，取得了不错的应用效果，如丰山铜矿、冬瓜山铜矿等矿山都应用了一次爆破成井技术，实际爆破效果较好[5-6]。国内外相关专家也对此进行了研究。例如：李启月等[7]对爆破一次成井技术进行了研究，P.V.Sterk在美国Homestake Gold Mine进行了研究，马志慧[8]在矾山磷矿对切割井进行了中深孔一次成井爆破技术研究，均取得了不错的效果。为达到良好的爆破效果，目前国内外大部分矿山回采爆破需获得初始自由面和补偿空间，而切割天井是拉槽爆破初始自由面和补偿空间的关键，其快速形成将有助于加快形成切割槽。基于以上情况，以新疆哈密市黄山南铜镍矿（下称“黄山南铜镍矿”）为例，采用切割天井+深孔侧向爆破拉槽的方式能够快速形成切割槽，结合爆破一次成井技术的优势，在该铜镍矿切割天井试验应用一次成井技术，取得了不错的实际应用效果。

1 工程背景

黄山南铜镍矿位于新疆维吾尔自治区哈密市，是一家采选联合矿山企业，主要经营开发金属铜镍矿。黄山南铜镍矿水文地质勘探类型属水文地质条件简单型。矿区地质构造简单，局部可见构造破碎带，矿体顶底板岩层较完整稳固，岩石类型主要有橄榄岩和辉石岩。根据初步控制的铜镍矿体，不同的矿体因其成矿作用的差异，表现出不同的矿化特征，其矿体主要有以下特点：①矿体镍品位由浅至深呈逐渐变富的趋势;②矿体厚度越大，矿体镍品位越高;③矿体的底部和产状由陡变缓处，是岩浆熔离—贯入型富矿富集的有利部位。

目前，黄山南铜镍矿为地下开采矿山，主要采用大直径深孔落矿空场充填采矿法进行回采。但是，该矿山前期开采过程中，由于生产规划和衔接不当，无法形成完整顺畅的井下生产系统，矿石提升运输、井下通风、排水等生产系统均不完善。且矿山前期重采矿、轻掘进，导致矿山采掘失调，三级矿量严重失衡。目前，455 m、515 m中段共计保有开拓采准矿量117.9万t。

2 切割槽快速形成技术及其应用

2.1 切割天井快速形成

切割天井是拉槽爆破的初始自由面和补偿空间，其快速形成将有助于加快形成切割槽。切割天井的形成方法主要有普通法、吊罐法、爬罐法、天井钻机法及深孔爆破成井法[9]5种，普通法、吊罐法和爬罐法均需要作业人员持浅孔钻机进入井筒内部进行作业，劳动强度大，安全性较差，成本高，且成井速度慢，无法满足快速形成切割天井的要求[10]。天井钻机法和深孔爆破成井法成井速度快、成本低、安全性好，是理想的切割天井快速形成方法。黄山南铜镍矿井下配备有天井钻机和T-150潜孔钻机，具备采用天井钻机法和深孔爆破成井法的条件。

黄山南铜镍矿采用深孔爆破成井法时，采场切割天井设计断面规格为4.0 m×3.5 m。深孔爆破成井法是采用深孔钻机在天井断面内钻凿一组下向平行炮孔，从上水平装药，自下而上分段（一般3～5 m）爆破形成天井的方法。深孔爆破成井法简化了生产过程，人员不进入井筒内，作业安全;成井所需设备少，成井速度快，成本低，工人劳动强度大大降低，但其对于钻孔精度和爆破技术有很高的要求。

2.1.1 炮孔布置

1）掏槽方式及空孔数量。查阅相关文献，根据掏槽理论和炮孔布置形式的不同，深孔爆破成井可分为球状药包爆破成井（VCR法成井）和平行空孔直线掏槽成井2种方式，二者的主要区别在于是否施工平行空孔作为装药孔爆破的自由面和补偿空间[11]。黄山南铜镍矿切割天井高度在40 m以上，爆破夹制性大，为降低成井难度，须采用平行空孔直线掏槽成井的方式。

工程实践表明，高度15 m以上的天井，所用空孔数量需在3个以上。因此，本次设计布置4个空孔。

2）炮孔孔径。目前，矿山T-150钻机配备钻头施工炮孔孔径为165 mm，故本次设计所有炮孔孔径均为165 mm。而空孔的孔径越大，数量越多，爆破难度越小，成井效果越好，后期有条件时可考虑增大空孔孔径，可扩大至300～350 mm。

3）炮孔布置。按照炮孔功能和位置的不同，炮孔可以分为空孔、主掏槽孔、辅助掏槽孔（辅助孔）和周边孔4种类型，合计17个炮孔，深孔爆破成井炮孔平面布置见图1。

（1）空孔与主掏槽孔。共布置4个空孔，1个主掏槽孔，1#主掏槽孔与4个空孔K1、K2、K3、K4按5孔桶形掏槽布置，中心为1#主掏槽孔，周围正方形布置4个空孔，空孔至主掏槽孔的距离为400 mm。

（2）辅助掏槽孔。2#、3#、4#、5#4个辅助掏槽孔呈正菱形布置在主掏槽孔周围，辅助孔之间的距离为1.00 m。

（3）周边孔。6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13# 8个周边孔均匀分布在切割天井轮廓线上。

2.1.2 装药爆破

1）分层爆破高度。深孔爆破成井时，自下而上分层爆破，每次分层爆破高度3～5 m。最上一个分层爆破时，为保证作业安全，应确保分层高度在8 m以上。

2）爆破器材。爆破器材包括粉状硝铵炸药、卷状乳化炸药、非电毫秒导爆管雷管、导爆索及其他辅助材料。

粉状硝铵炸药为爆破主要采用的炸药，经现场实践，孔径165 mm炮孔每米裝药量为14.5 kg，装药密度0.69 kg/m3;卷状乳化炸药主要用于加工制作起爆弹。

非电毫秒导爆管雷管用于引爆炸药，其微差段别应保证9段以上;炮孔装药段全长敷设导爆索，确保传爆效果。

3）装药结构。爆破采用粉状硝铵炸药，水泥塞堵住孔底，然后装药和填砂至设计高度，具体装药结构为：孔底抵抗线1.0～1.5 m，孔内装1层药，装药长2.0～4.0 m;顶部填充2.0 m的河砂并加2个水袋。为了防止空气冲击波破坏孔口，空孔在装药顶层水平吊水泥塞，填充0.5 m的河砂。具体的装药结构见图2。

4）起爆顺序。深孔爆破成井采用毫秒微差起爆，起爆顺序见图3，爆破参数见表1。第一段起爆1#主掏槽孔，第二段起爆2#孔，第三段起爆3#孔，第四段起爆4#、5#孔，第五段起爆6#孔，第六段起爆7#孔，第七段起爆8#、9#孔，第八段起爆10#、11#孔，第九段起爆12#、13#孔。

2.2 深孔侧向爆破拉槽

切割天井形成后，即可以自切割天井和自由面进行阶段深孔侧向爆破拉槽[12]。拉槽炮孔排距2.5～3.0 m，每排布置3个炮孔，孔距2.5 m。

拉槽炮孔阶段全孔装药，采用空气间隔装药结构，分层装药量30～40 kg，空气间隔1.2～1.5 m，孔底堵塞1.0～1.5 m，孔口堵塞3.5 m。拉槽炮孔装药

结构见图4和图5，为减少同段最大起爆药量，同时改善破碎效果，拉槽孔采用“V”形逐孔爆破顺序，同排炮孔先起爆中间孔，再起爆两侧边孔。

2.3 应用效果

目前，切割槽快速形成技术成功应用于黄山南铜镍矿，采场45 m的切割天井分8次爆破完成，每次爆破分层高度为5 m，最后一次爆破高度10 m;切割天井爆破形成后，进行拉槽爆破，拉槽区侧向爆破2次。切割天井爆破炸药单耗为1.94 kg/t，拉槽爆破炸药单耗为1.14 kg/t，切割槽爆破共用时15 d。现场实践证明：该技术爆破后效果较好，成井速度快，较常规方法节省了至少1.5个月的工期，明显提升了井下采场切割槽形成速度，加快了采场回采进度。

3 结 论

1）采用切割槽快速形成技术，应用效果较好。首先采用深孔爆破成井法形成切割天井，然后以切割天井为自由面阶段侧向崩矿形成切割槽。该技术在同类型采用阶段采矿方法的矿山中具有较好的推广应用前景。

2）该技术具有成井速度快，施工安全高效、成本低、劳动强度低、工作安全等优点，对实现强化开采有十分重要的意义。同时，切割槽的快速形成有助于矿山井下采场快速形成出矿能力，能够给矿山企业带来较好的经济效益。

[参 考 文 献]

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[5] 曹斌，王洁.中深孔爆破一次成井技术在丰山铜矿的应用[J].采矿技术，2016，16（6）：40-42.

[6] 王成胜.深孔爆破一次成井爆破技术在冬瓜山铜矿的应用[J].采矿技术，2010，10（6）：82-84.

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