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大分段采高深孔强制拉槽爆破技术

2017-01-19 16:21:10.0 责任编辑:崔玮娜

大分段采高深孔强制拉槽爆破技术

张正法  马立飞  杨翎

(安徽江南爆破工程有限公司,安徽宁国,242300)

摘要:在无底柱分段崩落法采矿中,相对加大分段高度;同时,在采准切割工作中取消天井、切割平巷和切割槽的掘进工序,而直接采用中深孔爆破强制拉槽,以逐渐增大爆破采矿的补偿空间,进而形成正规的开采工作面;加快开采速度,降低采矿的综合成本。

关键词:大分段;深孔爆破;强制拉槽

 

1引言

在我国的地下铁矿开采中有80%以上是采用无底柱分段崩落法采出的[1]。在常规的无底柱分段崩落法开采的技术工艺中,一般采矿爆破是通过切割天井、切割平巷和切割槽来进行爆破空间补偿的,工艺流程为:(1)人工钻爆或机械反井掘进阶段天井,同时掘进切割平巷;(2)在切割平巷里钻凿上向的平行炮孔,然后以天井为自由面爆破掘进切割槽;(3)沿回采进路钻凿上向的扇形炮孔,以切割槽为自由面,爆破崩落矿石。

在基建矿井中,钻凿天井、掘进切割平巷和爆破形成切割槽,往往会占用很长的时间和为数不菲的成本投入,直接影响矿井的建设周期和初期投资;即使是在矿井的正常生产期间,这些时间和资金的占用同样影响着矿山的开采效率和经济效益。工程技术人员为了节省采准切割的时间和投资,研究和试验采用“无切井(巷)扇形深孔爆破自拉槽新方法”[2],并在南京梅山、武钢金山店和莱芜小官庄等铁矿取得成功和应用。但受当时凿岩设备和运输机械水平的限制,先期试验的矿块结构参数和分段高度均显较小。随着凿岩设备和矿山运输机械的快速发展,矿山开采的技术水平也在不断提高;大型的现在化地下矿山,地方条件相对简单,储量丰富的超大矿脉开采,呼唤大产能、高效率的新型开采方法。基于此,我们在马钢某铁矿进行了“大分段采高深孔强制拉槽爆破应用技术”的试验和研究工作,结果表明,该项目对缩短井巷采准切割的时间和相对减少投入,提高破碎矿体爆破施工的安全性和切槽的质量,进而提高矿山开采的生产效率和经济效益是完全可行的。

2强制拉槽的作用机理

如图1所示,在回采进路临边端头处钻凿6~7组共12~14排炮孔,每排炮孔呈逐排增加炮孔数目的扇形布置;排间仰角逐排增大,并构成前倾的扇面。以回采进路的端头平巷作为爆破的补偿空间,分段微差逐排爆破,依次将空间抬高,最后形成真正的采矿爆破补偿空间自由面(切割槽)。

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图1中后面的3~4组拉槽孔在垂直高度上要有一定的超深,超深值按(25~35)D来确定,这里D为钻孔直径,80mm;则超深为2~2.8m。设计考虑爆破效率为87.5%,则槽高可达约2lm。

3试验的基本条件

初期试验工作是在135号联(络)道南侧的试采矿块中的50号、49号回采进路中顺序进行的。回采进路规格和间距、分段高度、炮孔直径和炮孔深度相比原来都有较大幅度的增大,详见表l,炮孔布置如图1所示。

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4初期研究试验结果

试验爆破七组共14排炮孔,每次爆破一组2排炮孔,共实施7次爆破。每次爆破的炮孔数、装药量、进尺和爆破效果详见表2。

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根据表中的数据可以看出,爆破效率勉强达到82%多一点,留残眼多,槽腔高度不尽如人意,原因是:

(1)炮孔钻凿质量欠佳。试验炮孔是早就钻好的,外委队伍已经撤离;使用铜陵产T150型钻机接杆多,孔深稍大时就很难控制钻进方向,曾出现钻孔交叉透穿现象。

(2)装药质量控制不好。风压不稳定,导致装药时疏时密,尤其是底部先装起爆具的孔底端,初装时担心起爆具受冲击不安全,风量受控而造成孔底装药密度较小。起爆具内装普通Ф32mm卷装乳化炸药,起爆能相对较低,拉长了起爆至稳定爆轰的区间段。

(3)炮孔布置不合理。如图2所示,前面的A组、B组因有良好的补偿空间,爆破效果尚可,而C、D、E三组因其炮孔深度大,能够利用的补偿空间小,岩石的夹制作用较大。从岩石的破碎机理可知,处在顶部三角区的延伸段炮孔,按柱状装药的应力分布和端部作用场理论[3],对扩大槽腔是根本起不了作用的,以至于爆破后会留下十多米深的残留炮孔。由此可以看出,在炮孔布置设计时,只需按S2的边界加上超深即可,也就是图中S1线的位置。

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5改进实验方案及措施

(1)改变炮孔的布置方式,并确保凿岩穿孔的质量。根据图2中的分析,改变原来的炮孔布置方式,将原设计中的直角三角区的炮孔延伸段取消,沿S2线型布孔,超深也只在C、D、E三排上加强,超深值为1.5~2.0m,其他为1.0~1.5m。将E组以前的各组炮孔的抵抗线由2.0m减少为1.8m。改用阿特拉斯系列进口钻机SINBA1354进行穿孔,并使用探杆式炮孔测试仪钻进方向。

(2)将原回采进路加掘2.0m,并采用气腿式凿岩机对回采进路端头部分挑顶爆破;最大孔深4.5m,4排平行炮孔,逐排加深,挑高约2.Om;其目的是为了增大初期爆破的补偿空间。其作用原理如图3所示。

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(3)将原来的Ф32mm起爆具直径增大至Ф60mm,防止输药管偏在一边时起爆具下端悬空接不上炸药,影响起爆能力;同时,改变起爆具的结构形式,确保起爆具插入端头里能装进炸药,如图4所示;或者使用高能起爆具,以确保或增大起爆能。

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(4)另外增加1台小型的可移动式空压机,配合原有的供风系统,调节装药器的风压,以确保供风稳定。

通过以上改进措施的实施,我们在47号、53号、49号进路进行的后续爆破试验中,爆破效率和爆破效果都有明显的改善,槽高进尺达到21m,爆破效率达到87.5%;而且大块率仅为2%~4.5%;部分实验数据和结果详见表3。

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6结语

采用大分段采高深孔强制拉槽爆破技术进行“无切割井(巷)深孔拉槽爆破技术”的研究和试验工作,很大程度提高了爆破的安全性和切割槽的掘进质量和效率,在一定程度上降低了采准切割的工程初期投入和建设工期;该方法工艺简单,施工灵活方便,项目成果在矿岩稳定性较差、不易开掘切割井(巷)和含矿成分较低的矿体中有着十分广阔的推广应用前景。

参考文献

[1]王运敏.现代采矿手册[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[2]明世祥.无切井扇形深孔爆破自拉槽新方法[J].金属矿山,2010(3):26~28,99.

[3]宗琦.炮孔柱状装药爆破时岩石破碎和破裂的理论探讨[J].矿冶工程,2004(4):l~3.

摘自《中国爆破新进展》


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