深孔分段爆破掘进天井发布时间：2010-03-05 14:36完成时间：完成时间：197l1974 年，19801982 年 工程地点：工程地点：湖南黄沙坪铅锌矿 完成单位：完成单位：中南大学、湖南冶金研究所、湖南黄沙坪铅锌矿 项目主持人及参加人员：项目主持人及参加人员：陈寿如等 撰稿人：撰稿人：陈寿如、林大能1 1 基本情况基本情况 黄沙坪铅锌矿属中温热液裂隙充填交代矿床，围岩有灰岩、砂页岩、 矽卡岩、花岗岩和石英斑岩，以灰岩为主。主要矿物有铅矿、闪锌矿、 黄铁矿和斑铜矿。矿岩一般稳固，矿石 =68，灰岩 =612，花岗岩 和矽卡岩 =1216，矿岩松散系数为 1.41.6，矿石体重一般为 3.43.98t/m3。采用水平分层干式充填法为主的采矿方法，掘进工作 量大。其中，天井的工作量占总掘进工程量的 1/3。天井一般深度为 1536m，大部分在 28m 以上，有充填井、溜矿井、废石井、通风井和 人行井。端面为 1.5m1.5m，2m2m 及 3.5m 的圆井，倾角为 6590。以前采用普通法掘进，存在工效低、劳动强度大、粉尘浓 度高、作业条件差、木材消耗量大、安全性差等缺点。 为解决这一系列问题，湖南省冶金工业局下达了科研任务，试验组 大胆提出了“深孔分段爆破掘进天井”的设想，并于 1971 年上半年开 始试验，经过十余年的试验，表明对于倾角 70以上、高度在 36m 以内 的普通天井来说，“深孔分段爆破掘进天井”的新工艺是成功的。2 2 凿岩工艺凿岩工艺 深孔分段爆破掘进天井，即在天井设计范围内，采用深孔凿岩设备 一次钻完天井所有炮孔，然后分段爆破成井。 2.1 钻机 先采用 YQ-100 型、YQ-100A 型及 YQ-80 型钻机。进行上向凿岩， 该方法有以下缺点：炮孔偏斜大，凿岩速度低，由于炮孔流水，电机容易受潮烧坏，因此改为下向凿岩，采用 TYQ-80 型钻机，大大提高了穿 孔速度。 2.2 钻架 改进和试制了 TYQ 型钻架，它主要由立柱、副立柱、大框架、小框 架组成。整个运动靠液压油缸操纵；以立柱为中心，除以 0.5m 为半径 的死角外，能钻半径为 1.8m 任意位置的炮孔，实现了一次立钻钻完全 部天井炮孔。对提高炮孔质量、减少辅助作业时间和加快成井速度起了 重要作用。 2.3 钻具的改进 (1)钻杆。使用 TYQ 型钻架的同时，选用了 6Omm 的钻杆，它的直 径与孔径之差由原来的 50mm 减到 30mm 左右，改善了排粉条件，提高了 穿孔速度。 (2)开门钻头。为消除或减少钻孔开门时炮孔偏斜，采用了 l70mm 的开门钻头，首先将岩石凿平，保证开孔时钻孔不移位，对提 高炮孔质量起到了良好作用。 (3)钻头。改用柱齿钻头，一方面，提高了钻头的使用寿命，在 =1216 的花岗岩中：片状钻头寿命为 1620m，柱齿钻头为 5060m，在灰岩中，片状钻头寿命为 3650m，柱齿钻头为 300m 左右； 另一方面，因提钻更换钻头次数大大减少而减少了辅助时间，使纯凿岩 时间的比例由原来 3235提高到 5055；使台班效率由 68m/台班提高到 1520m/台班。同时省去了钻头修磨工序，减少了 辅助作业人员。此外，孔径变化均匀。试验证明，采用柱齿钻头对保证 炮孔质量、减少粉尘浓度、提高凿岩效率、降低凿岩成本是有利的。 (4)扩孔钻头和并联导向器。天井爆破效果的好坏，取决于初始补 偿空间和破碎角的大小，为扩大空孔面积，改进扩孔方式，设计和试制 了并联导向器；同时采用了 150mm 的扩孔钻头与并联导向器相结合的 扩孔方案。实践表明，扩孔钻头和并联导向器的应用，对改善爆破条件、 提高一次爆破分段高度具有重要意义。 2.4 钻孔工艺 开钻前根据设计要求检查硐室，测定好天井方位和倾角，给出中心 点和孔位；打好吊环孔，然后安装钻机，并调整好钻机的方位和倾角， 使之符合设计要求。开孔时首先用 170mm 开门钻头，将孔口凿平，然 后用 130mm 或 150mm 左右的开孔钻头开孔，开孔要慢速、减压、精 心操作，当孔深钻到原岩深 0.10.2m 时，停止钻进，校核钻机的方位和倾角。使之符合设计要求，并清除孔内积渣、埋设套管，换上 90mm 的钻头进行凿岩，并在冲击器后接 23 根导向钻杆，以控制炮 孔偏斜。3 3 爆破工艺爆破工艺 3.1 掏槽方式 深孔天井爆破系一次钻孔，分段爆破成井，因每次爆破后要求所有 的炮孔畅通，故掏槽应相当可靠。1980 年以前采用直径与装药孔相等 的 llOmm 空孔。从 1980 年开始试验扩孔，以 170mm 的大空孔作为平 行炮孔掏槽的自由面，取得了一定效果。1982 年开始试验并联导向器 套孔和先扩后套的联合扩孔方案，成功地使用双空孔和三空孔，即将 90mm 孔扩成 150mm 后，再利用并联导向器在孔旁钻一个 130mm 的空孔或者在 90mm 孔旁钻 2 个 130mm 的空孔方案；增大了空孔面 积，改善了爆破条件，使装药槽孔允许偏差增大，提高了爆破的可靠性， 在现场试验中均取得良好效果。 3.2 爆破参数的确定 3.2.1 孔径 根据使用的钻孔、钻具，装药孔径定为 90mm，以 90mm、130mm、150mm 三种孔径组成不同形式的空孔。 3.2.2 孔距 第一响槽孔至大空孔(150mm)的距离 L1，根据补偿空间大小和自由 面宽度来确定，根据图 l，导出计算公式：图 l 1 号槽孔与大空孔间距的计算将相关数值代人上式，并取初始补偿系数 n=0.7，可算出 L1=339.6mm，L1=348.6mm。在试验中取 350mm。施工时按设计在天井中 心打两个间距为 350mm 的槽孔，选择质优者扩孔，并根据孔偏情况采取 远偏近套、近偏远套的办法，以调节抵抗线大小，尽量使 n 达到设计要 求。 其余槽孔至空孔的距离，应在确保补偿空间和自由面宽度的前提下， 尽量增大槽腔面积，要考虑孔偏影响。第二响槽孔至孔间的距离，一般 取 L2=400500mm，同样，第三响槽孔取 L3=500600mm，第四响槽孔 取 L4=550650mm。按不同天井规格，要求最终形成槽腔面积达到 0.20.3m。以上。炮孔布置见图 2。图 2 炮孔布置图(单位：mm)3.2.3 初始补偿系数的确定 理论上，对松散系数为 1.5 的岩石，当补偿系数为 O.5 时，空孔或 槽腔空间就能容纳槽孔崩落的岩渣，但应考虑孔偏、岩矿的黏结性和装 药量，否则会使实际的槽腔面积减小、甚至形成再生岩，把槽腔堵死。 因此，应采用较大的补偿系数。 3.2.4 炸药单耗 q 单位体积炸药消耗量与矿岩性质、天井断面、分段高度、药包直径 及装药结构等因素有关。通过现场试验，天井的单耗为 8kg/m3左右。 每米炮孔装药量：槽孔采用间隔装药，药包 70mm，480mm；按 槽孔距空孔远近和空孔面积大小，采用 160mm、240mm、480mm 三种装药 长度。间隔为 200mm，槽孔每米装药量分别为 1.65kg、2.05kg、2.67kg 。周边孔采用连续柱状装药结构时，每米装药量为 3.63.74kg。 3.3 一次爆破分段高度 实践表明，一次爆破分段高度主要与爆破条件有关。当补偿系数为 0.550.7，破碎角度大于 30时，分段高度可达 57m。当补偿系数小 于 0.5 时，分段高度随之下降到 24m。 3.4 装药结构及爆破顺序 3.4.1 炸药 采用自制的含 5TNI、的硝铵炸药，药包规格为 70mm480mm，药 包重量 1.8kg个。3.4.2 装药结构 槽孔采用间隔装药，根据抵抗线和自由面大小，每个药包间隔一个 200mm 的竹筒，并在装药全长敷设导爆索，周边孔采用连续柱状装药。 装药方式，除第一分段从下往上装药外，其余分段均由上往下装药。起 爆药包装在装药段上部 13 处。 3.4.3 起爆顺序 第一分段先放掏槽孔，第二分段掏槽孔与第一分段周边孔同时爆破， 一般掏槽孔超前周边孔一个分段。 3.5 填塞 装药时下填塞高度以不超过该孔最小抵抗线为宜，试验中槽孔下填 塞高度一般为 0.30.4m，周边孔为 0.40.5m。上填塞高度为 0.5m 以 上。填塞材料为木楔、炮泥和碎岩渣。 3.6 起爆方法与网路 每个炮孔装 2 发导爆管雷管，用火雷管反向起爆导爆管，孔内各药 包用导爆索连接。毫秒延时间隔时问，考虑炮孔爆破后有充裕的排渣时 间，掏槽孔取 100ms 以上，周边孔取 200ms 以上。4 4 深孔分段掘进天井技术经济指标深孔分段掘进天井技术经济指标 通过试验新的机械设备及先进钻具，提高了钻孔速度，扩大了空孔 自由面宽度和面积。进一步完善凿岩爆破工艺，采用新的起爆器材和装 药结构，使技术经济指标逐步提高，材料消耗成本降低。实际掌子面工 效为 0.41m(工班)，实际台班工效为 0.23m(台班)，5 人台钻 实际月成井速度为 52.3m月。本工艺允许三班连续作业，因此月成井 速度与劳动组织有关，如合理安排劳动组织，按 11 人的小组计算，则 月成井速度可达 123.8m月。 长期的应用表明，该方法具有以下优点： (1) 掘进速度快，减轻劳动强度； (2) 安全条件好，粉尘浓度低； (3) 节约木材； (4) 成井质量满足生产要求，进尺成本与普通法相近，经济效益好。 (摘自中国典型爆破工程与技术)