深孔爆破一次性成井技术在龙桥铁矿的应用

林 敏 喻六平 王 靖

（1.安徽龙桥矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；3.华唯金属矿山资源高效循环利用国家工程研究中心）

天井掘进是井下作业中施工难度较大的一个环节。目前常见天井掘进主要分为普通法施工、吊罐法施工、爬罐法施工3类［1］，这些方法需要人员进入井筒内作业，劳动强度大，作业条件差，安全性低，施工周期长，成本高。随着爆破生产技术的不断发展，爆破一次成井成为一种新型天井掘进方式，该方式无需人员进入天井，具有安全性高、施工成本低、掘进速度快、使用范围广的优点［2］。本研究以龙桥铁矿为例，采用爆破一次成井技术进行天井掘进施工。

1 工程概况

龙桥铁矿隶属安徽省庐江龙桥矿业有限公司，矿区位于安徽省庐江县龙桥村。矿山采用分期开采，一期生产规模为100万t/a，二期生产规模为300万t/a。矿山采用侧翼下盘竖井开拓，布置混合井、东风井各1条，构成侧翼对角式通风系统。采矿方法为无底柱分段崩落法。目前-420 m以上开拓工程已基本完成。

矿区顶底板围岩稳固，具体参数见表1，矿山即将转入的深部-420~-490 m中段平均切割井深在14.5 m左右。

2 爆破设计

2.1 炮孔参数

炮孔布置方式见图1。

（1）掏槽孔。掏槽孔设计采用桶形布置，共布置7个孔，图1中1#~7#孔为掏槽孔。一般而言，掏槽孔需要较大的槽腔表面积和较高的炮孔利用率，龙桥铁矿掏槽孔直径110 mm，其中1#孔装药的作用是将桶形区域内的岩石粉碎，在天井中央形成粉碎区，在爆炸应力和重力作用下，粉碎区的岩石被抛掷出来，为后续的炮孔提供爆破自由面和碎胀空间。2#~7#孔为空孔，均匀布置在距离1#孔0.35 m的同心圆上，作用是为掏槽区提供补偿空间，避免二次成岩［3］。

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（2）崩落眼。崩落眼布设在半径为1 m、与掏槽眼同心的圆上，共布置1圈，8#~11#孔为崩落孔，孔径80 mm，作用是将岩石崩落并破碎，形成破碎区。破碎区的岩渣随重力作用向井底滑落［3-5］。

（3）周边眼。12#~19#孔为周边眼，周边眼与成井形状有关，布设在天井的开挖轮廓上，孔径采用80 mm，孔距1 m。这些孔的作用有2个，一是轮廓线内开挖区岩体与轮廓线外的岩体分离，减弱主爆破对井壁围岩的扰动，维持围岩的稳定，并形成平整的爆破轮廓面［2-3］；二是将开挖区域内的岩石崩落并破碎。

（4）扩槽孔。扩槽孔位置根据现场实际布设在一侧，以成井的要求为标准，排距0.6 m，孔距1 m，孔径80 mm。

因为受到岩石夹制作用，若上分层无自由面，则孔深分布一般在10 m左右，若施工位置顶部存在自由面，则孔深可深达15 m，一次爆破孔深7 m。现场炮孔施工见图2。

2.2 装药形式

一次成井装药采用连续耦合装药。1#掏槽孔内装乳化粉状炸药，2#~7#孔不装药。3#~19#的崩落孔、周边孔和20#~25#扩槽孔内装2号岩石铵油炸药。填塞方式为孔底填塞50 cm的炮泥。

2.3 爆破网络组织

设计采用毫秒微差控制爆破技术。通过微差控制爆破，可以减小爆破一次释放的能量，减轻围岩的扰动，不发生坍塌；其次，通过控制炮孔的起爆顺序及延期时间，可以保证岩渣有序抛出，确保开挖竖井不被爆渣堵塞，并保证岩渣破碎均匀［2］。

爆破顺序主要沿着竖井的中心至周围依次起爆，其中中心1#掏槽孔采用HS1段雷管，2#~7#孔不装药，8#和10#孔采用HS3段雷管，9#和11#孔采用HS5段雷管，12#、14#、16#和18#孔采用HS6段雷管，13#和17#孔采用HS7段雷管，15#和19#孔采用HS8段雷管，后续两排扩槽孔分别采用HS9和HS10段雷管。

传爆网络选用半秒导爆管雷管+塑料导爆管组成起爆网络。为了达到爆破目的，在孔口和孔底均设置有一发起爆弹（里面设有2发导爆管雷管），从而组成“双保险”来保障爆破效果。炮孔参数及材料消耗情况见表2、表3。

3 一次性成井的优点

3.1 高效性

龙桥矿每个采场平均纵向划分约有3~4个分层，每个分层至少需要施工1个切割井来确保充足的爆破空间。统计平均1个采场需要施工3个切割井。每条天井的长度在10~15 m，按照以往人工施工周期来看，在施工条件最好的情况下（无溶洞，无断层）需要10~15 d。如果出现岩层条件复杂或井筒高度较高（如龙桥即将转入的深部-420~-490 m的中段平均切割井深在14.5 m左右），会造成施工进度严重滞后，从而拖延整体采场的形成。

采用该新型一次成井技术，利用中孔台车进行施工，1个班可完成1条10~15 m的切割天井，施工周期缩短了95%。

3.2 安全性

龙桥铁矿以往采用反掘法施工切割天井，需要人工搭建手工架向上施工。人员要在井筒里面作业，井筒内施工存在空气中毒窒息、浮石垮落、人员高处坠落等风险，存在很大的安全隐患。此外，反掘法施工工序繁多且复杂，各工序衔接紧促，需要配备足够的安全、运输人员。一次成井施工只需要施工一次成孔，进行一次爆破作业，后续进行出渣作业就可实现成井，施工工序少，安全隐患少，从源头上减少了安全事故的发生。

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3.3 经济性

一次成井技术采用中深孔爆破成井，施工成本低。根据龙桥铁矿统计，采用一次成井技术掘进断面2 m×2 m的天井，平均每米可节省600元。龙桥铁矿2020年施工38个天井，约500 m，采用一次成井技术为公司节省直接生产成本约30万元。间接的安全和人员配备、施工期等成本未计入其中。

4 结论

深孔一次性成井技术能够实现天井的高效掘进，该技术施工效率高、安全性好、劳动强度低等。

采用深孔一次性成井技术减少了天井掘进成本，每年为矿山带来直接效益30余万元，缩短了施工周期，减少了人工与设备成本，具有较好的经济价值。

工程实践证明，该炮孔参数设计在龙桥铁矿上的应用是可行的，为类似岩性条件下的矿山提供了参考依据，为深孔一次性成井提供了实践指导。