切割井“上向一次成井”工艺在李楼铁矿施工中的应用

切割井“上向一次成井”工艺在李楼铁矿施工中的应用

王晓福

五矿邯邢矿业邯郸中冶建设有限公司河北省邯郸市056000

摘要：把平巷掘进掏槽技术经验推广应用在切割井掘进施工中，采用中深孔微差爆破一次成井，在国内已取得了一定的发展。普通法、爬罐法、吊罐法等施工切割井存在速度慢，劳动强度大、功效低、作业环境差、成本高，安全性差等弊病；传统一次成井工艺则要求切割井上下分层贯通，受这一限制条件使得传统一次成井工艺应用范围有限。实践证明，上向一次成井工艺可以加快掘进效率，提高施工安全度，保证施工质量，降低了施工成本及施工难度，且不受场地条件限制。随着矿山行业日趋严峻的经济形势和安全形势，上向一次成井工艺必然在切割井施工中拥有更加广阔的应用前景。

关键词：上向一次成井工艺切割井微差爆破传统一次成井工艺

1、概述

目前国内地下矿山切割井掘进施工主要采用普通法，但该工艺存在种种弊端，不仅生产效率和经济效益低下，同时安全性较差，极易发生人身伤害事故，在日趋严峻的安全形势和经济形势下，该工艺已不能满足地下矿山安全生产需求。深孔爆破法掘进天井的工艺出现至今已有30多年的历史了，由于其具有良好的安全效益和经济效益等诸多优点，所以得到了快速发展。上向一次成井工艺比传统的深孔爆破法掘进天井的工艺优势明显，因此它在地下矿山天井施工中拥有更加广阔的应用前景。

李楼铁矿位于霍邱县县城西北280°方向25KM处，矿区面积4.1364平方公里，隶属于安徽开发矿业有限公司，铁矿石资源储量27624万吨，矿山采矿工艺为分阶段崩落嗣后充填法，中段高度100m，分段高度20m。切割井净高20m~24m，布置在矿体上盘矿体内，切割井规格：3.5m×3.5m。爆破介质为镜铁矿石，矿体基本呈致密层状结构，整体性良好，普氏硬度系数f=12~16，比重为3.39t/m3。

2、爆破工艺

中深孔直眼桶型掏槽爆破成井的原理类似于平巷直眼桶型掏槽技术，沿切割井全高钻凿相互平行的炮眼，以空孔为自由面和最初的补偿空间，按照设计的起爆顺序逐步完成辅助眼和周边眼的爆破工作，最终形成设计要求的切割井。在试验阶段爆破了两条切割井，虽然成型未达到简易光爆要求，但不影响使用。

3、施工工艺流程及要点

李楼采场一条净高20m的切割井设计工程量为245m3，根据矿石松散系数(f=1.7)计算切割井爆破后形成的矿渣量为416.5m3。由于采场切割巷和切割井不能容纳该采场切割井一次爆破形成的矿渣量，所以切割井分两次爆破，具体流程如下：

（1）凿岩。①清理现场杂物，现场安全确认；②按设计布设炮孔，并投射到巷道顶板上；③运送钻机至采场，安装钻机；④钻机定位，凿岩；⑤验收炮孔的数量、深度、偏斜、位置偏差等指标；⑥对可能影响爆破质量的孔进行修复或补孔，直至达到要求。⑦拆除钻机等设备，转运至下一个采场。

（2）爆破。因切割巷断面较小，总容量有限，一次爆破成井补偿空间不够，所以将整个切割井分两次爆破。

第一次爆破1#~5#炮孔：①清理现场杂物，现场安全确认；②复查炮孔高度，清除炮孔内碎渣；③分别运送火工品、装药工具、堵孔材料等至作业现场；④用输药管把起爆弹（雷管）、导爆索送至孔底，装药；⑤堵塞孔口；⑥连线作业，爆破员检查确认；⑦回收施工工具、人员撤离，安排警戒；⑧敷设导爆管至安全地点，起爆。

第二次爆破6#~13#炮孔：①现场安全确认，铲运矿渣至溜井；②在切割井槽腔位置搭建安全护顶；③清除炮孔内碎渣；④分别运送火工品、装药工具、堵孔材料等至作业现场；⑤用输药管把起爆弹（雷管）、导爆索送至孔底，装药；⑥堵塞孔口；⑦连线作业，爆破员检查确认；⑧拆除护顶，回收施工工具、人员撤离，安排警戒；⑨敷设导爆管至安全地点，起爆。

（3）施工要点。保证炮孔质量，偏斜率、位置偏差等不得影响爆破质量，否则应补孔；同一个条切割井的测孔及记录工作由同一人进行，避免人为误差；雷管段的位选择要保证相邻段位之间有足够的时间间隔；每次装药前发现炮孔堵塞影响装药，及时用锚索机洗孔。

4、确定凿岩爆破参数

（1）炮孔直径：1#孔直径取75mm，空孔直径取120mm，其余炮孔直径取65mm。

（2）掏槽方式。掏槽爆破效果的好坏是决定整个切割井爆破能否成功的关键，因此为确保良好的掏槽效果，选择直眼桶型掏槽逐孔爆破法。布置方式是在首响孔周围均匀布置5个空孔，采用连续装药且首先起爆，从而形成一个较大的补偿空间。

为了容纳破碎矿石，首响孔与空孔的孔间距L按下式计算：

,

式中D为空孔直径，k为矿石碎胀系数，d为首响孔直径。

综合考虑其他影响因素，最终确定掏槽孔至空孔之间的距离为300mm，布置图如下：

图1掏槽孔布置

（3）其它炮孔孔距的确定。扩槽孔的作用在于扩大掏槽效果，为最后成井创造有利条件，它们的位置合适与否也是影响爆破效果的重要原因之一，根据以往爆破经验并考虑具体实际，将其布置在距离中心450mm的对角线上；辅助孔作为措施孔布置在距离中心1400mm的对角线上；周边孔的作用是控制切割井的形状与规格，布置在切割井的四个角上。炮孔布置图如下：

图2炮孔布置及起爆顺序

（4）炸药量计算。首响眼装药量计算：

式中Q1为首响孔装药量，KG/m；a1为炮孔至空孔切线夹角之半，度；L1为孔距，mm；D为空孔直径，mm。

其它炮孔装药量计算：

式中a2为为装药孔中心至槽腔切线夹角之半，度；L2为装药孔至槽腔自由面的距离，mm。

5、装药及装药结构

装药作业在切割井下水平切割巷底板上人工进行操作。爆破高度20m~24m，一次凿岩两次爆破成井。

炸药采用ML-4型乳化粒状氨油炸药，用起爆弹、导爆索引爆炸药，用澳瑞凯LP雷管延时起爆。各炮孔均采用耦合装药结构，且每孔沿孔深敷设一根导爆索并与起爆弹捆绑，确保孔内炸药完全爆轰；各炮孔装药时要连续均匀，以取得良好的线装药密度，保证爆破效果；首响孔孔口预留0.3m~0.5m，其余装药孔孔口预留0.5m~0.8m。

图3装药结构图

6、堵塞

切割井是在很大的夹制作用下进行爆破成井的，因此良好装药孔孔口堵塞显得格外重要。黏性黄土加水搅拌成一定硬度的黄泥，然后手工把黄泥制作若干个长150mm~200mm，直径60mm的圆柱体，用堵头炮棍将黄泥圆柱体送入炮孔，在填塞过程中要缓慢进行，并适度捣实黄泥；带孔口剩余0.15mm~0.2mm时，用下底直径大于炮孔直径且长为300mm~400mm的锥形木塞将炮孔契牢。

7、连线及起爆

（1）起爆时间间隔及起爆顺序

因为切割井爆破时夹制作用比较大，先起爆的炮孔必须为后起爆的炮孔提供足够的时间间隔和补偿空间，时间间隔要能满足先起爆的炮孔将矿渣抛出后，后续的炮孔才能起爆。因此精准的起爆时间和足够的时间间隔以及合理的起爆顺序是一次成井能否成功的关键因素之一。目前还未就延时的合理性找到合理的确定方法，类比澳瑞凯LP雷管在平巷掘进微差爆破的成功经验和精准的起爆时间，并考虑切割井掘进爆破的特殊性，我们选择微差爆破，具体如表1、表2所示。

表11#~5#炮孔雷管

表26#~13#炮孔雷管

（2）起爆网络连接

为了爆破安全，起爆网路采用复式连接，每个炮孔中放入两发雷管，各炮孔选择一根雷管脚线绑扎成一把，剩余雷管脚线绑扎成一把，每把中再分别绑扎1发1段雷管，最后扎把一次起爆。

8、设备、材料

（1）设备选用SKZ120a俯仰圆盘式深孔钻机及配套的钻具；MOT-130型锚索机及配套钻具。

（2）火工材料见表3。

注：以上火工材料消耗量为一个净高20m的切割井的消耗量。

9、安全、经济效益

（1）不考虑其它影响因素，普通法掘进一条净高20m的切割井用时10天，约60个工，而上向一次成井工艺施工同样的切割井只需要8天，26个工，工人工效提高了2.3倍。

（2）根据前期统计数据，普通法施工一条净高20m的切割井费用是13.77万元，而

在试验过程中，施工同样一条切割井费用是5.45万元。相比之下，上向一次成井工艺掘进一条净高20m的切割井可降低费用8.32万元。

（3）与其它切割井掘进方法相比，上向一次成井工艺具有无可比拟的安全优势，整个施工过程始终在巷道底板上完成，完全避免了高空作业难题，很大程度上降低了劳动强度。

10、结论

（1）上向一次成井工艺施工组织简单，施工效率高，质量好，安全、经济效益优势明显。

（2）相比于其它切割井施工工艺，上向一次成井工艺应用范围更广，又解决了传统切割井施工工艺安全性差、作业环境差等的问题。随着上向一次成井工艺日益成熟，以后可将该工艺应用到风井、溜井、措施井的掘进施工中。

（3）技术和现场管理要求高，施工人员要有娴熟的操作技能和较强的责任心，管理人员要有切实认真负责，如实准确记录数据及施工情况。

(4)受采场大爆破及切割井第一次爆破振动影响，如果矿体整体性差，可能会使炮孔内局部堵塞而影响装药，今后将着重解决这一技术问题。

参考文献

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