1254型台车施工切割井炮孔一次成井爆破在七角井铁矿的应用

徐文博

（金诚信矿业管理股份有限公司肃北项目部）

肃北博伦矿业开发有限责任公司七角井铁矿［1］在开采范围7～21线及21线以西的部分区段，矿体沿走向长3 200 m，处于海拔2 280～1 700 m标高，垂高580 m。矿山深部开采开拓系统设计为竖井斜井联合开拓系统，是目前国内主流设计，主提升机为1条长度为1 800 m的皮带机；1条副井布置在井田中央，采用六绳摩擦轮式提升机；4条风井布置在井田两段，同时设计1条辅助斜坡道。深部开采设计共4个中段，每个中段65 m，分2期开采，上中段为无轨水平，采用3 m3铲运机出矿，下中段为有轨水平采用20 t电机车牵引10 m3矿车拉运矿石。井下设有2台C125颚式破碎机，破碎后的矿石通过皮带运输至地表与选矿厂老虎口对接。矿区水文地质条件较为简单，矿岩内含水量极少，矿岩稳固。矿石硬度系数f=16～20，矿石密度为3.4 t/m3，松散系数为1.6。岩石硬度系数f=9～11，岩石密度2.9 t/m3，松散系数为1.6。根据矿体倾角缓斜、矿体厚度从薄到中等、矿岩稳固性好的特点，采用机械化施工切割井炮孔、一次成井爆破技术掘进切割井，为安全、高效回采矿石提供了有力保证。

1 矿房结构参数及主要采切工程

七角井铁矿2 150 m中段中区采用空场采矿法，预留顶柱，西区采用分段空场嗣后充填采矿法，东区采用空场法，目前2 150 m中段基本回采完毕；2 085、2 020 m中段中区、西区采用充填采矿法，东区采用空场法。2 150 m中段高为65 m，分为4个分段，分段平均高为15 m，矿块均匀分布，长度基本为60 m，经调整采矿方案，部分矿房长为60 m，部分矿房为42 m，矿柱为8 m，中区留有顶住，个别矿房因矿体厚度、矿体倾角、地质条件等原因长度略有不同；2 085、2 020 m中段高为65 m，为3个分段，分段平均高22 m，矿块均匀分布，长度基本为50 m，矿房38 m，矿柱12 m，个别矿房因矿体厚度、矿体倾角、地质条件等原因长度略有不同。

各矿房主要巷道工程包括脉外运输巷道、脉内凿岩巷道、切割巷道、出矿进路、切割天井［2］等。

每个矿房布置3条出矿进路，结合出矿进路和凿岩巷出矿，能够有效的利用各出矿口进行出矿，出矿进路断面：矿石为4.0 m×4.0 m的三心拱；矸石为3.2 m×3.3 m的三心拱。切割井布置在切割巷道内，具体设计位置以实际揭露矿体情况为准，其断面规格为2.0 m×2.0 m。分段脉外运输巷道布置在脉外，通过辅助斜坡道，从分段巷道向矿体内掘分段凿岩巷道，矿房结构参数布置示意图如图1所示。

2 切割天井施工使用的设备及材料工具

2.1 中深孔凿岩施工设备、材料工具

切割井炮孔采用Simba 1254型中深孔凿岩台车［3］施工，孔径为76 mm，空孔采用102 mm钻头扩刷。

2.2 爆破材料

切割井炮孔爆破采用粉状铵油炸药为主爆药，起爆药包采用直径为32 mm的药卷与非电半秒导爆管加工而成，爆破时采用微差起爆方式，根据设计段位顺序起爆，炮孔装药采用BQF-100装药器装药。

2.3 切割井工作面倒运矿石设备

切割井每次爆破完毕采用XYWJ-3.5L型铲运机在各分段装运15 t自卸卡车，由15 t自卸卡车运输至各矿石溜井卸矿。

3 切割天井炮孔一次成井爆破设计参数

3.1 切割井位置的选择

七角井铁矿矿区内由于矿体倾角较缓，各矿房凿岩巷及切割巷施工完毕揭露矿体后，需及时进行矿体地质编录及剖面分析，根据上、下分段凿岩、切割巷道位置对应关系以及矿体实际情况，合理设计切割井施工位置，原则上切割井设计施工为透井，既方便观察1254型台车从下分段凿岩至上分段炮孔的透孔实际位置，继而合理调整后续炮孔施工，又便于后续在上分段装药爆破切割井，切割井设计施工位置如图2所示。

3.2 切割井炮孔设计参数

切割井炮孔采用Simba 1254型中深孔凿岩台车施工，切割井炮孔设计参数［4-5］:孔径为76 mm，扩孔空孔为102 mm，提供首响掏心爆破补偿空间，空孔在已施工76 mm孔基础上施工。

3.2.1 切割天井炮孔孔数的设计依据

装药孔数的确定和天井的断面尺寸与岩石的岩性等因素有关。一般天井断面越大，岩石坚固性越高，所需炮孔数越多。其具体计算可按照下式计算。

式中，N为装药孔的总数目，个；S为断面积，m2；Q为每立方米岩石炸药消耗量，kg/m3；K为炮孔装药系数，一般为0.6~0.8，取0.7；Q为每米炮孔装药量，kg/m；N为空眼数量，个。

3.2.2 补偿空间的设计依据

补偿空间可以分成2种，一种为初始补偿空间，由空孔提供，容纳首响孔破碎岩石；另一种为岩体补偿空间，容纳爆破整个天井的岩石，一般由上下巷道及已爆完毕切割井自由面提供。

空孔的直径体现了初始补偿空间的大小。空孔直径越大，越易容纳破碎岩石和有利于岩石的破碎。但实际情况，空孔的直径不可能无限制扩大。空孔越大，凿岩成本越高，凿岩效率越低。空孔直径具体根据现有的设备情况、钻眼的技术水平、施工进度及经济效益综合考虑选择。

对于容纳破碎岩石的补偿空间，设一次爆破天井分段垂高为H=6 m，断面积S=4m2，倾角a=90°，下部巷道高h=4 m。

式中，Vb为岩体补偿空间，m3；Vz为破碎岩体膨胀体积，m3；K为岩石碎胀系数，通常取1.6。要想崩落下的岩石完全被岩石补偿空间容纳，需Vb>Vz。

根据七角井铁矿的实际情况，Vb=16 m3，Vz=14.4 m3。

3.2.3 首响炮孔的设计依据

根据炮孔间距应满足补偿空间理论，矿岩破碎后体积膨胀，需要补偿空间容纳，由于补偿空间与预爆岩体的高度一致，则其关系满足式

式中，S预爆岩体为预爆岩体的面积，mm2；S补偿空间为空孔面积，mm2。

利用6个直径102 mm的空孔作为补偿空间，用一个76 mm的炮孔作为首响炮孔，通过计算得

S预爆岩体=192×192×3.14-S补偿空间=62 216 mm2，

S补偿空间=51×51×3.14×6+38×38×3.14×1=53 536.96 mm2，

满足补偿空间和预爆岩体二者的体积关系，另外调整装药量能够达到预爆效果，具体掏心首响炮孔布置如图3所示。

3.2.4 切割井炮孔设计及起爆顺序

根据上述设计以及现场围岩较硬的实际情况，切割井设计施工31个Φ76 mm孔（包括6个Φ102 mm扩孔），6个Φ76 mm扩井孔，其中切割井采用1~6段半秒起爆管顺序起爆，扩井孔采用7~8段半秒起爆管顺序起爆，第一次爆破切割井高度为6 m，具体炮孔设计施工布置如图4所示。

4 现阶段存在的问题

由于地质条件复杂，采用1254型台车施工孔深超过20 m的切割井炮孔［6］，上部炮孔易产生较大偏斜，主要发生在切割井15 m以上的部位，炮孔的偏斜将影响正常起爆的组织，补偿空间达不到预期效果，存在拒爆现象，后续处理比较麻烦。

对于盲切割井爆破施工，只能由下向上顺序爆破，除第一次在巷道内装药爆破6 m外，剩余2~3次爆破均在切割井内搭设平台完成装药，施工组织繁杂且高处作业存在安全隐患。

为确保1254型台车正常施工切割井炮孔，对已施工切割巷断面规格达不到4 m×4 m或顶板不平整区域，需组织进行适当的扩刷处理，以保证巷道顶部平整且操作视线良好，便于1254型台车施工炮孔，而此项扩刷工作增加了后续的劳动生产。

5 小 结

采用机械化施工切割井炮孔、一次成井爆破技术掘进切割井，作为矿山安全、高效回采矿石，连接多项回采工艺的一项程序，具有举足轻重的意义。三级矿量的平衡稳定，对矿山的生产组织至关重要。通过对肃北七角井铁矿采用1254型台车施工切割井炮孔，以及一次成井爆破试验的成功应用，证明相应的天、溜井施工工艺可以在同类型矿山中进一步推广，也证实了通过不断的现场实践和总结经验，择优回采工艺是矿山企业今后发展必不可少的途径。