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大分段采高深孔強制拉槽爆破技術

2017-01-19 16:21:10 責任編輯:崔瑋娜

大分段采高深孔強制拉槽爆破技術

張正法  馬立飛  楊翎

(安徽江南爆破工程有限公司,安徽寧國,242300)

摘要:在無底柱分段崩落法采礦中,相對加大分段高度;同時,在采準切割工作中取消天井、切割平巷和切割槽的掘進工序,而直接采用中深孔爆破強制拉槽,以逐漸增大爆破采礦的補償空間,進而形成正規的開采工作面;加快開采速度,降低采礦的綜合成本。

關鍵詞:大分段;深孔爆破;強制拉槽

 

1引言

在我國的地下鐵礦開采中有80%以上是采用無底柱分段崩落法采出的[1]。在常規的無底柱分段崩落法開采的技術工藝中,一般采礦爆破是通過切割天井、切割平巷和切割槽來進行爆破空間補償的,工藝流程為:(1)人工鉆爆或機械反井掘進階段天井,同時掘進切割平巷;(2)在切割平巷里鉆鑿上向的平行炮孔,然后以天井為自由面爆破掘進切割槽;(3)沿回采進路鉆鑿上向的扇形炮孔,以切割槽為自由面,爆破崩落礦石。

在基建礦井中,鉆鑿天井、掘進切割平巷和爆破形成切割槽,往往會占用很長的時間和為數不菲的成本投入,直接影響礦井的建設周期和初期投資;即使是在礦井的正常生產期間,這些時間和資金的占用同樣影響著礦山的開采效率和經濟效益。工程技術人員為了節省采準切割的時間和投資,研究和試驗采用“無切井(巷)扇形深孔爆破自拉槽新方法”[2],并在南京梅山、武鋼金山店和萊蕪小官莊等鐵礦取得成功和應用。但受當時鑿巖設備和運輸機械水平的限制,先期試驗的礦塊結構參數和分段高度均顯較小。隨著鑿巖設備和礦山運輸機械的快速發展,礦山開采的技術水平也在不斷提高;大型的現在化地下礦山,地方條件相對簡單,儲量豐富的超大礦脈開采,呼喚大產能、高效率的新型開采方法。基于此,我們在馬鋼某鐵礦進行了“大分段采高深孔強制拉槽爆破應用技術”的試驗和研究工作,結果表明,該項目對縮短井巷采準切割的時間和相對減少投入,提高破碎礦體爆破施工的安全性和切槽的質量,進而提高礦山開采的生產效率和經濟效益是完全可行的。

2強制拉槽的作用機理

如圖1所示,在回采進路臨邊端頭處鉆鑿6~7組共12~14排炮孔,每排炮孔呈逐排增加炮孔數目的扇形布置;排間仰角逐排增大,并構成前傾的扇面。以回采進路的端頭平巷作為爆破的補償空間,分段微差逐排爆破,依次將空間抬高,最后形成真正的采礦爆破補償空間自由面(切割槽)。

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圖1中后面的3~4組拉槽孔在垂直高度上要有一定的超深,超深值按(25~35)D來確定,這里D為鉆孔直徑,80mm;則超深為2~2.8m。設計考慮爆破效率為87.5%,則槽高可達約2lm。

3試驗的基本條件

初期試驗工作是在135號聯(絡)道南側的試采礦塊中的50號、49號回采進路中順序進行的。回采進路規格和間距、分段高度、炮孔直徑和炮孔深度相比原來都有較大幅度的增大,詳見表l,炮孔布置如圖1所示。

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4初期研究試驗結果

試驗爆破七組共14排炮孔,每次爆破一組2排炮孔,共實施7次爆破。每次爆破的炮孔數、裝藥量、進尺和爆破效果詳見表2。

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根據表中的數據可以看出,爆破效率勉強達到82%多一點,留殘眼多,槽腔高度不盡如人意,原因是:

(1)炮孔鉆鑿質量欠佳。試驗炮孔是早就鉆好的,外委隊伍已經撤離;使用銅陵產T150型鉆機接桿多,孔深稍大時就很難控制鉆進方向,曾出現鉆孔交叉透穿現象。

(2)裝藥質量控制不好。風壓不穩定,導致裝藥時疏時密,尤其是底部先裝起爆具的孔底端,初裝時擔心起爆具受沖擊不安全,風量受控而造成孔底裝藥密度較小。起爆具內裝普通Ф32mm卷裝乳化炸藥,起爆能相對較低,拉長了起爆至穩定爆轟的區間段。

(3)炮孔布置不合理。如圖2所示,前面的A組、B組因有良好的補償空間,爆破效果尚可,而C、D、E三組因其炮孔深度大,能夠利用的補償空間小,巖石的夾制作用較大。從巖石的破碎機理可知,處在頂部三角區的延伸段炮孔,按柱狀裝藥的應力分布和端部作用場理論[3],對擴大槽腔是根本起不了作用的,以至于爆破后會留下十多米深的殘留炮孔。由此可以看出,在炮孔布置設計時,只需按S2的邊界加上超深即可,也就是圖中S1線的位置。

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5改進實驗方案及措施

(1)改變炮孔的布置方式,并確保鑿巖穿孔的質量。根據圖2中的分析,改變原來的炮孔布置方式,將原設計中的直角三角區的炮孔延伸段取消,沿S2線型布孔,超深也只在C、D、E三排上加強,超深值為1.5~2.0m,其他為1.0~1.5m。將E組以前的各組炮孔的抵抗線由2.0m減少為1.8m。改用阿特拉斯系列進口鉆機SINBA1354進行穿孔,并使用探桿式炮孔測試儀鉆進方向。

(2)將原回采進路加掘2.0m,并采用氣腿式鑿巖機對回采進路端頭部分挑頂爆破;最大孔深4.5m,4排平行炮孔,逐排加深,挑高約2.Om;其目的是為了增大初期爆破的補償空間。其作用原理如圖3所示。

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(3)將原來的Ф32mm起爆具直徑增大至Ф60mm,防止輸藥管偏在一邊時起爆具下端懸空接不上炸藥,影響起爆能力;同時,改變起爆具的結構形式,確保起爆具插入端頭里能裝進炸藥,如圖4所示;或者使用高能起爆具,以確保或增大起爆能。

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(4)另外增加1臺小型的可移動式空壓機,配合原有的供風系統,調節裝藥器的風壓,以確保供風穩定。

通過以上改進措施的實施,我們在47號、53號、49號進路進行的后續爆破試驗中,爆破效率和爆破效果都有明顯的改善,槽高進尺達到21m,爆破效率達到87.5%;而且大塊率僅為2%~4.5%;部分實驗數據和結果詳見表3。

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6結語

采用大分段采高深孔強制拉槽爆破技術進行“無切割井(巷)深孔拉槽爆破技術”的研究和試驗工作,很大程度提高了爆破的安全性和切割槽的掘進質量和效率,在一定程度上降低了采準切割的工程初期投入和建設工期;該方法工藝簡單,施工靈活方便,項目成果在礦巖穩定性較差、不易開掘切割井(巷)和含礦成分較低的礦體中有著十分廣闊的推廣應用前景。

參考文獻

[1]王運敏.現代采礦手冊[M].北京:冶金工業出版社,2012.

[2]明世祥.無切井扇形深孔爆破自拉槽新方法[J].金屬礦山,2010(3):26~28,99.

[3]宗琦.炮孔柱狀裝藥爆破時巖石破碎和破裂的理論探討[J].礦冶工程,2004(4):l~3.

摘自《中國爆破新進展》