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大直径空孔直眼掏槽在小断面巷道掘进中的应用*

2022-08-31鹏,刘

云南冶金 2022年4期
关键词:单耗炮孔乳化

李 鹏,刘 鹏

(云南锡业股份有限公司大屯锡矿,云南 个旧 661021)

巷道掘进效率是矿山生产最重要的环节之一,巷道掘进效率的提高对矿山生产的成本控制有着非常重要的意义,而掏槽爆破又是巷道掘进最关键的步骤[1],但云南大屯锡矿小断面巷道掘进中普遍存在掏槽爆破效果较差,造成单次巷道掘进进尺小、炮孔利用率低等问题,严重影响矿山巷道掘进效率;因此积极改善掏槽爆破的方案和合理的孔网参数,以增加巷道掘进进尺,提高炮孔利用率,保证巷道成型。

许多学者通过深入研究掏槽爆破理论[2~6],并取得了许多结果。其中张召冉等[3]系统的介绍了含空孔掏槽的理论依据,并根据理论提出了一整套含空孔参数的计算公式,同时结合现场验证了其研究的可靠性;胡刚等[5]根据静力学理论,分析了大直径空孔空腔形成的物理力学过程,并且使用数值模拟的手段,分析了槽腔有效应力的传播机理,根据研究结果进行现场验证,结果表明炮孔利用率提高至89.0%,证明研究的可靠性;宗琦等[2]使用理论分析和数值模拟,分析深孔大直径空孔掏槽作用机理,研究结果表明:空孔的应力集中效应有助于爆生裂纹的扩展;郭东明等[7]以益新煤矿为背景,研究中心大直径空孔的掏槽方式和孔网参数,得出采用大直径空孔掏槽方式其单循环进尺可提高至82.4%;范军平等[8]通过研究对比大直径空孔掏槽方式和普通掏槽方式得出,空孔直径对掏槽爆破效果和爆破振动都有着重要影响,大直径空孔掏槽炸药能量大部分都用于岩石破坏,因此爆破振动小于普通掏槽方式。欧明鑫等[9]使用数值模拟分析研究了小空孔九孔直孔掏槽、大空孔单螺旋掏槽、三对孔水平楔形掏槽这三种常见的掏槽方式,研究结果表明:在短进尺条件下,采用三对孔水平楔形掏槽,形成的槽腔面积大,诱发的爆破振动小;黄宝龙[10]归纳总结了常用的掏槽形式,并介绍了准直眼掏槽技术及研究进展。

1 项目背景

该公司基于所使用的采矿方法,在采准和切割中需掘进大量的(1.8×1.8)m(S=3.11 m2)的小断面巷道。随着炸药产品的不断更新升级,大屯锡矿于2014年将岩石粉状乳化炸药(颗粒状)更换为1#岩石乳化炸药(膏状),旨在提高爆破效率、降低炸药单耗。两种炸药的性能详见表1,从表1中可以看出1#岩石乳化炸药(膏状) 的各方面性能都优于岩石粉状乳化炸药(颗粒状),但大屯锡矿在使用1#岩石乳化炸药之后,爆破效率在保持原有水平的情况下炸药单耗不降反升,当爆破对象为普通坚硬大理岩(F=6左右)时,平均炸药单耗由3.85 kg/m3上升至4.45 kg/m3;当爆破对象为坚硬大理岩(f=8左右)时,平均炸药单耗由4.48 kg/m3上升至5.19 kg/m3。面对此种情况,该锡矿与昆明理工大学爆破课题组合作开展了“爆破参数优化研究”科研项目。

表1 岩石粉状乳化炸药(颗粒状)与1#岩石乳化炸药(膏状)爆破参数对比表Tab.1 Blasting parameter comparison of rock powdery emulsion explosive(granular)and 1#rock emulsion explosive(paste)

2 大屯锡矿小断面巷道爆破现状

大屯锡矿小断面巷道所使用的凿岩设备为YT-29A气腿式凿岩机配备1.8 m的钎子,其有效钻孔深度为1.6 m。掏槽孔、辅助孔与周边孔深度均为1.6 m,炮孔直径35 mm,掏槽方案采用桶形掏槽,掏槽空孔炮孔直径35 mm,装药孔与掏槽空孔的孔距为50 mm;炸药采用1#岩石乳化炸药(膏状),雷管采用塑料导爆管雷管,起爆方式采用秒延期微差起爆。根据岩石坚固系数的不同,小断面巷道的爆破现状可分两种情况,详见表2。

表2 小断面巷道爆破现状统计表Tab.2 Statistical table for current situation of small cross-section roadway blasting

3 问题分析

经科研人员实地调研、分析发现,导致大屯锡矿爆破率较低,炸药单耗高的原因有如下4点:①炸药由岩石粉状乳化炸药(颗粒状)更换为1#岩石乳化炸药(膏状)后,小断面巷道的爆破参数并没有发生任何改变,仍采用岩石粉状乳化炸药(颗粒状)的爆破参数。从表1中可以看出,1#岩石乳化炸药(膏状) 的密度大于岩石粉状乳化炸药(颗粒状)的密度,故而导致延米装药量的增加,导致了炸药单耗偏高,增加了矿山生产成本;②在桶形掏槽的掏槽眼中,装药眼与空眼的孔距离仅为50 mm,钻眼时装药眼与空眼极易打穿或者打偏,这不仅严重影响爆破空腔的形成,而且对施工队组的钻孔水平提出了较高的要求,也就是说爆破效果受钻孔质量的影响较大;③掏槽眼、辅助眼与周边眼炮眼深度均为1.6 m,掏槽眼没有超深,忽视了炮眼超深深度和炮眼利用率之间的关系,造成钻孔功效与炸药等爆破器材的浪费;④炮孔填塞不够严格、到位,造成炸药爆破有效能占比明显降低,影响了爆炸气体在孔内的作用时间,进而影响到岩石的破碎与抛掷,从而影响了爆破效果。

4 爆破参数优化

针对大屯锡矿小断面(1.8×1.8) m巷道爆破过程中所暴露出来的问题,科研人员基于矿山现使用的凿岩设备、巷道规格尺寸以及矿岩特性,对爆破参数进行了重新设计。众所周知,巷道掘进爆破效果的好坏关键在于掏槽的成败,为提高工业试验效率和降低劳动强度,昆明理工大学项目组设计了准直眼掏槽(7种形式)、三角柱直眼掏槽、三角柱中空直眼掏槽、四角柱直眼掏槽、四角柱中空直眼掏槽、大直径空孔直眼掏槽等12种掏槽方案,通过工业试验,除大直径空孔直眼掏槽外,其他掏槽方案或掏槽失败或掏槽效果不佳。

4.1 大直径空孔直眼掏槽工业试验

掏槽爆破方案:为了使掏槽爆破有足够的补偿空间,并尽量避免因炮孔打穿或者打偏对掏槽效果造成的影响,采用扩孔钻头对掏槽空孔进行扩孔,并对掏槽方案进行了重新设计,空孔直径70 mm,装药孔与空孔的距离为100 mm,掏槽孔深度为1.6 m,辅助孔深度为1.5 m,掏槽孔超深10 cm,钻孔直径35 mm;起爆网路采用秒延期微差起爆技术。具体爆破参数见表3,掏槽方案示意图见图1和图2,扩孔钻头见图3,现场炮孔布置图见图4。

图1 大直径空孔直眼掏槽正视图Fig.1 Front view of large diameter parallel hole cut blasting

图2 大直径空孔直眼掏槽俯视图Fig.2 Bird's eye view of large diameter parallel hole cut blasting

图3 扩孔钻头(d=70 mm)Fig.3 Reaming drill(d=70 mm)

图4 现场炮孔布置图Fig.4 Arrangement diagram of on-site blast holes

表3 掏槽爆破参数表Tab.3 Parameters of underholing blasting

掏槽效果:此次巷道掘进试验共计使用1#岩石乳化炸药9.6 kg;起爆孔使用秒延期导爆管雷管发9,其中1段管1发,2段管2发,3段管2发,4段管4发,5段管2发;掏槽孔深度为1.6 m,槽腔深1.5 m左右,炮孔利用率93.7%,掏槽成功。因此,选用大直径空孔直眼掏槽作为小断面巷道掘进标准掏槽方式。

4.2 大直径空孔直眼掏槽全断面工业试验

将大直径空孔直眼掏槽用于全断面巷道掘进试验,炮孔布置方案见图5,掏槽孔深度为1.6 m,辅助孔和周边孔深度为1.5 m,掏槽孔超深10 cm。普通大理岩单循环装药16.8 kg,坚硬大理岩单循环装药18.0 kg,起爆网路采用秒延期微差起爆,现场布孔效果以及爆破效果见图6和图7,爆破参数见表4。

图5 炮孔布置方案Fig.5 Arrangement scheme of blast holes

图6 现场炮孔布置图Fig.6 Arrangement diagram of on-site blast holes

图7 现场爆破效果图(无残孔)Fig.7 Diagram of on-site blasting effect(no residual hole)

表4 全断面爆破参数表Tab.4 Parameters of full section blasting

爆破效果总结:进行全断面工业爆破试验10次,普通大理岩(f=6) 平均进尺由之前1.3 m提高至1.45 m,工班工效由之前0.43 m/工·班提高至0.48 m/工·班,炮孔利用率由之前81%提高至96%,炸药单耗由之前4.45 kg/m3减少至3.73 kg/m3,同比降低19.3%;坚硬大理岩(f=8) 平均进尺由之前1.3 m提高至1.4 m,工班工效由之前0.43 m/工·班提高至0.46 m/工·班,炮孔利用率由之前81%提高至93%,炸药单耗由之前5.19 kg/m3减少至4.13 kg/m3,同比降低25.7%。

5 经济效益分析

该矿近三年小断面巷道平均年进尺约为60 000 m,小断面巷道面积为3.11 m2,1#岩石乳化炸药(膏状)的采购价为7 500元/t,雷管采购单价为2.5元/发。采用大直径空孔直眼掏槽,小断面(1.8×1.8) m巷道掘进的爆破器材成本节约(144.26~185.55) 万元。详见表5。

表5 爆破器材成本节约Tab.5 Cost saving of blasting equipment

小断面巷道采用大直径空孔直眼掏槽后,单循环炮孔数目减少(4~5)个,节约了常规钻头的采购成本和消耗成本,该部分成本与扩孔钻头(直径70 mm) 的采购成本和消耗成本相互抵消,故不参与计算。

6 结语

1)大直径空孔直眼掏槽适用于大屯锡矿小断面巷道掘进,可有效减少钻孔数目并提高工班工效,具体掏槽关键参数为:空孔直径70 mm,装药孔与空孔的距离为100 mm,掏槽孔深度为1.6 m,辅助孔深度为1.5 m,掏槽孔超深10 cm,钻孔直径35 mm;

2) 普通大理岩(f=6) 平均进尺由之前1.3 m提高至1.45 m,炮孔利用率由之前81%提高至96%;炸药单耗由之前4.45 kg/m3降低至3.73 kg/m3,同比降低19.3%;

3) 坚硬大理岩(f=8) 平均进尺由之前1.3 m提高至1.4 m,炮孔利用率由之前81%提高至93%。单耗由之前5.19 kg/m3降低至4.13 kg/m3,同比降低25.7%。

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