中关铁矿阶段深孔崩矿嗣后充填采矿方法试验研究*

李胜辉 王福全 王庆刚 杨志强

（河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司）

中关铁矿是国内典型的水文地质复杂的岩溶大水矿山，矿体为缓倾斜极厚矿体，矿体的顶板主要为厚层灰岩，局部出露带黄泥的风化灰岩；矿体的直接底板主要为矽卡岩，节理裂隙发育，多呈碎块状，稳定性较差；局部出露蚀变闪长岩，硬度较小、遇水泥化，不稳定；矿体节理裂隙发育，属于不稳定到中等稳定级别。现场工程揭露表明，以-230 m水平6#穿脉为界，北部区域矿体稳固性较差，南部矿体稳固性相对较好；矿体上盘围岩稳固性比下盘稳固性好。为进一步研究采矿方法的适用性及尽早出矿，计划在-230~-170 m水平南部区域2~3勘探线间选定13#S4试验矿块开展60 m采高大直径深孔采矿方法试验研究，矿块高56 m，长50 m，宽18 m，矿块矿量13.4万t。

1 矿块底部结构

1.1 矿块底部结构参数确定

矿块底部结构宽15 m，留3 m矿柱，相邻2个矿块拉底巷间距为6 m，相邻二步采矿块拉底巷不与充填体接触，保障了拉底巷的稳固性。出矿进路掘进断面为4.1 m×3.45 m，净断面3.8 m×3.3 m，若出矿进路变形或受到破坏需进行二次锚喷网支护时净断面尺寸为3.6 m×3.2 m，满足铲运机尺寸需求。堑沟拉低巷掘进断面为3 m×3 m，满足YGZ-90型钻机需求。底部结构掘进时采用光面爆破，以减少巷道超挖，保证巷道的稳固性。

1.2 矿块底部结构支护形式

巷道施工完成后及时进行素喷混凝土支护，对巷道围岩进行封闭，混凝土强度C20，支护厚度50 mm。锚喷网支护金属网网格100 mm×100 mm，钢筋ϕ6 mm；锚杆采用ϕ20 mm树脂锚杆，间排距0.8 m×0.8 m，锚杆长度2.4 m；混凝土强度C20，支护厚度100 mm。总喷浆支护厚度150 mm。若出矿进路发生变形或受到破坏，则在第一次支护的基础上进行锚喷网复合加强支护，总喷浆支护厚度250 mm。

2 凿岩硐室结构

2.1 凿岩硐室结构参数确定

凿岩硐室长50 m，宽18 m，高4 m，为加强硐室稳定性，在硐室内均匀布置宽3 m，长4～6 m的条形矿柱，也可采用支模浇筑混凝土加固矿柱，间柱将硐室分为南北2个硐室。

2.2 凿岩硐室联络道及凿岩硐室导硐

（1）先施工凿岩硐室联络道及凿岩硐室导硐至矿房边界［1］，探明凿岩硐室部位矿岩稳定性并确定掘支方式。从-170 m水平南风井联巷施工下向坡度为14.4%的斜坡道至矿体顶部，再在矿房侧帮施工平巷至矿房边界作为凿岩硐室导硐，最后导硐扩刷为凿岩硐室，使凿岩硐室底板与矿体顶部位于同一水平。

（2）凿岩硐室联络道及凿岩硐室导硐采用素喷混凝土支护，混凝土强度C20，支护厚度100 mm；若矿岩较破碎则进行锚喷网支护，锚喷网支护金属网网格100 mm×100 mm，钢筋ϕ6 mm，采用ϕ20 mm树脂锚杆，长度2.4 m，间排距0.8 m×0.8 m，混凝土强度C20，支护厚度100 mm。

2.3 凿岩硐室

凿岩硐室导硐布置在凿岩硐室南侧贯通整个凿岩硐室，从靠近下盘处开始扩刷成2条规格为7.5 m×（6～15）m×4 m（宽×长×高）的硐室，向上盘扩刷硐室长度达到2～5排深孔穿孔距离时，进行深孔穿孔及爆破，一次爆破1排深孔，硐室扩刷与穿爆交替进行。南北2个凿岩硐室同时后退扩刷，扩刷至间柱时，严格采用光面爆破，炮眼间距500 mm，采用分段不耦合装药，导爆索起爆，以减小对间柱的破坏。

因硐室暴露面积较大，决定采用锚网喷+长锚索预控顶联合支护技术［2］，确保硐室顶板安全。锚喷网支护时，金属网网格100 mm×100 mm，钢筋ϕ6 mm，采用ϕ20 mm树脂锚杆，长度2.4 m，间排距0.8 m×0.8 m；长锚索长度15 m，间距3 m，排距4 m，每排布置3根长锚索；混凝土强度C20，支护厚度100 mm。

3 切割拉槽

3.1 中深孔拉槽

切割井布置在底部结构下盘端部侧帮，规格2 m×2 m，采用中深孔以切割天井为自由面进行拉槽，拉槽中深孔布置如图1所示，共布置2排，第1排1#～10#炮孔雷管段别分别为1段、3段、3段、5段、5段、7段、7段、9段、9段、11段；第2排1#～10#炮孔雷管段别分别为1段、3段、5段、5段、7段、7段、9段、9段、11段、11段。中深孔拉槽炮孔布置参数详见表1，爆破技术指标详见表2。

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3.2 大直径深孔拉槽

采用大直径深孔侧向爆破进行拉槽［2］，其切割井布置在凿岩硐室端部的侧帮，规格3 m×3 m。大直径深孔回采范围底部为拉底空区，不能采用人工方法施工切割井，在凿岩硐室端部采用一次凿岩分段爆破方法（一次成井法）施工切割井。采用潜孔钻施工ϕ165 mm的下向垂直平行深孔，共布置3排拉槽炮，排距1.5 m，间距2 m。炮孔布置示意图如图2所示。图中中间孔为空孔，其余孔均为装药孔，炸药采用散装炸药，连续耦合装药微差起爆，装药长度为3.5～4 m，装药密度为21.4 kg/m。装药结构如图3所示。拉槽炮孔装药结构同正排炮孔装药结构相同，每4～5 m分段爆破一次。

4 穿孔爆破

4.1 炮孔布置

底部结构炮孔布置采用扇形中深孔，拉底高度15 m。扇形中深孔采用YGZ—90型凿岩机（1254液压凿岩机）凿岩，孔底距1.6 m，排距1.4 m。

大直径深孔炮孔布置采用下向垂直孔，T-150型潜孔钻机凿岩［3］，孔径165 mm，炮孔间距3 m，排距3 m。因矿岩相对破碎，为保证矿房侧帮的完整性防止片帮，在矿房两侧布置预裂孔。预裂孔距矿房侧帮0.5 m，预裂孔爆破起爆先于正常深孔爆破。下向垂直深孔如图3所示，图3中不留矿柱部分1#和7#炮孔为预裂孔，留矿柱部分1#和8#炮孔为预裂孔。因矿岩相对破碎可能存在塌孔堵孔的问题，若发生塌孔，则深孔施工完成后立即下放公称外径为140 mm的PE护壁套管防止炮孔破坏，套管壁厚4.3 mm，内径131.4 mm，同时孔口安装铁质孔口管，孔口管高于底板20 cm，防止杂物掉入。

4.2 回采爆破

中深孔爆破时，自矿体下盘向上盘方向进行拉底，在底部结构全部爆破完成后进行大直径深孔爆破。拉底时进行出矿，所出矿量约为爆落矿量的50%，出矿进路口留有一定矿量，不与空区连通，保证作业安全，减少爆破落矿对底部结构的冲击破坏。

大直径深孔分为预裂孔和主爆孔，全部采用公称外径为140 mm的PE护壁套管防止炮孔破坏，壁厚4.3 mm，内径131.4 mm。主爆孔装药结构采用多层球状药包岩粉间隔装药，分层装药量为25 kg（装药长度1.8 m），下部用岩粉堵塞，堵塞长度为2 m，层间岩粉间隔长度1 m，最上层药包堵塞料为岩粉，堵塞长度1 m。单个炮孔长度37 m（矿体顶部至-215 m水平），装药量为300 kg。主爆孔装药结构如图4所示。

预裂孔间距为2 m，主爆孔与预裂孔间距为2 m，预裂孔采用不耦合装药，不耦合系数根据经验公式m=1+18.32δ-0.24（δ为岩石抗压强度），得m=3.88，线装药密度取1.63 kg/m。即采用直径45.6 mm的药卷即可实现预裂爆破单个炮孔装药量为57.4 kg。预裂孔装药时将2卷直径35 mm的药卷并排绑扎到一起进行装药，实际线装药密度2 kg/m。

预裂孔下部堵塞0.8 m，上部堵塞1 m，采用连续不耦合装药，使炮孔位于炮孔轴线中心，采用导爆索起爆。装药时将药卷捆扎在导爆索上，药卷与导爆索周围绑扎竹片或细竹竿直接利用导爆索将捆扎好的药卷吊入孔内。为避免岩渣落入药卷与孔壁见的空隙，预裂药卷上部应悬吊堵孔塞然后填砂堵塞，同时起爆3个炮孔，采用1段雷管起爆。

矿房自下盘向上盘方向回采，每次爆破1排炮孔，崩矿步距3 m。排内采用微差爆破或逐孔爆破［3］，雷管段数从中间开始向两侧逐渐增大，即从中间向两侧起爆，预裂孔超前主爆孔起爆，大直径深孔布置参数如表3所示，爆破技术指标如表4所示。

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5 结 论

通过试验，13#S4矿房成功应用大断面破碎硐室一次掘进和锚网喷+锚索联合支护技术、破碎底部结构加强支护技术，底部结构和凿岩硐室成型及稳定性达到预期效果，采用VCR法一次爆破成井技术实现切割井成井，完成拉槽及穿孔爆破工艺研究与实施。至目前矿房累计爆破落矿4.5万t，组织出矿3.96万t。后按照此方法在南部区域16#矿体新增16#S2试验矿房1个，进一步开展试验研究，以进一步优化凿岩硐室支护、底部结构布置、中深孔及深孔孔网参数等。其研究结果可为其他矿山大规模应用大直径深孔采矿方法提供指导和借鉴［4-5］。