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摘要 ：赤峰中色白音诺尔矿业有限公司一矿22# 矿体 817m ～ 804m 水平爆破切割天井，利用中深钻孔分段爆破 技术，改善了施工条件，降低了劳动强度，增加了作业的 安全。在矿山开采过程中， 天井、溜井、切割井等是一项相 当重要的工作，在整个矿井中，开挖量约为20% ～ 25%。 常规方法的施工环境恶劣，安全性差，成本高 ;尽管钻探 技术无需工人在井下施工，具有良好的工作环境和安全， 但其施工机械数量大、准备周期长、设备采购成本高。与 此形成对比的是中深钻孔法的造价是常规法的40%、钻井 法的 30% ;而施工效率是 141%，钻井施工 128%。中深孔 成井技术具有成本低、施工效率高、施工安全、施工精度 高、爆破难度大等特点， 至今未能得到广泛的推广。
关键词 ：中深孔,分段爆破,成井应用
中深孔(深孔)分段爆破成井技术是一种先进的天井 掘进法， 目前， 国内部分冶金矿井已经取得了较好的效果， 并在部分煤矿中得到了推广。中深井分段爆炸技术适合于 天井、溜井等竖向或斜井的开凿，这些隧道的开挖采取中 深孔段(深孔)分段爆破技术，可以改善作业条件，降低劳 动强度， 增加作业的安全。
1 工程现状
22# 矿体 817m ～ 804m水平爆破切割天井，原设计采 用普通法施工，天井高度超过 10m，危险性高，考虑采用 中深孔(深孔)分段爆破成井技术， 改善作业条件。
2 爆破工艺
2.1 爆破成井的理论基础及掏槽方式
采用深孔开挖技术进行天井开挖，一般采用竖向平行 开凿和漏斗开挖两种。此项工程的施工方法是竖向平行开 孔。中深孔天井的爆炸是一次爆破，由于每一次爆炸都需 要全部的开孔，因此，挖槽必须是非常安全的。此方案使 用 90mm 的孔洞，其直径等于装药孔，6 个 φ90mm 的空心 孔， 以平行炮孔开槽的自由表面。
(1)穿孔施工 ：首先在天井断面中心施工两个并联空 孔，并联空孔施工难度较大，降低穿孔速度，保证施工质 量。其次施工4 个槽孔，4 个辅助孔。最后施工周边孔，利用周边孔爆破天井轮廓形状，考虑施工 8 个周边孔，孔间 距为 1000mm。
(2)爆破施工。中深孔爆破成井分成三个分段进行 爆破。每个分段为 4m，孔内间隔装药，孔底堵塞 0.5m， 孔口堵 2.0m。初次爆破最为关键，要给二次爆破提供自 由面。
2.2 爆破参数的确定
2.2.1 孔径
按照 所使用的钻具和钻具，所需的子弹口径为 φ90mm， 并由 6个直径为 φ90mm 的小孔构成。
2.2.2 孔距及炮孔布置
从所述补偿间隙尺寸和所述自由表面的宽度来决定 所述第一声波孔到所述中空开口的间距L1.把有关的数值 代入公式，得到的初始补偿因子n=0.7.得到L1=310.4mm。 310mm。在施工 时，按 照原来 的天井 中央导孔开一条 310mm 的沟槽，然后再挖出两个孔洞，三个孔洞之间的间 隔尽量减小，但要注意凿岩时，不能互相贯通。试着让 n 符合设计的需要。
剩余的凹坑与凹坑之间的间距应该尽可能地增加，同时 保证了补偿和自由曲面的宽度，并同时兼顾了孔位的作用。 第二声槽到空洞之间的间距通常是L2=400mm ～ 500mm， 而在第三声槽中，L3=500mm ～ 600mm， 而在第四声槽中， L4=550mm ～ 650mm。根据不同的井口尺寸，需要最后的凹 槽区域大于0.2m2 ～ 0.3m2.
挖沟槽的位置。挖孔洞通常为 10 个、6 个、4 个，每个 孔洞都要在孔洞周围均匀分布，这样既能保证凹口的成 形，也能避免互相挤压。二次开口的位置。根据有效增大 凹槽的面积， 应将最小阻力限制在400mm ～ 450mm之间， 设置在凹槽的四周。周围空洞的布置。为了确保天窗的设 计截面尺寸， 采用 8个外圆洞， 沿天窗的规划截面分布。
2.2.3 初始补偿系数的确定
在理论上，对于具有 1.4 ～ 1.8 的疏松岩体，在满足0.5 的条件下，孔隙或孔隙可承受岩浆的塌陷，但必须考虑孔 隙的孔位、岩矿的粘性和载药率，如果不考虑孔隙的孔隙 面积，甚至形成再生岩体，堵塞沟道。故宜选用大的补偿 因子。在此基础上， 采用了0.7 的初始补偿因子。
2.2.4 炸药单耗
每立方米爆炸物的消耗与矿岩性质、天井断面、分段 高度有关 ;影响药筒粒径和药筒的构造。该方案的井筒爆 破单位能耗约为 12.5kg/m3.
每米枪口的装药率。弹道为间歇式，药筒的口径为 70mm，长度为 500mm ;根据距离孔洞的距离及孔洞的面 积，选用 500mm 的炸药。间距200mm， 每个孔洞的载药率 为2.73kg。二次钻孔之间的间距为200mm，次孔的装药率 为2.73kg。外壁钻孔为连续圆筒装药， 其装药力为 3.64kg。 2.3 一次爆破分段高度
实际应用证明，一次爆破段的高度与爆破的情况密切 相关。在采用0.55 ～ 0.7 的条件下，断口倾角超过 30°时， 其断面的高度可达到 5m ～ 7m。在补偿因子低于 0.5 的情 况下，分段的高度也相应地降低至2m ～ 4m。此次设计的 井口为 9m， 采用二次开挖， 首段高4.4m， 二段4.6m。
2.4 装药结构及爆破顺序
2.4.1 炸药
采用2# 岩石乳化炸药， 药包规格为 70mm×500mm， 药包重量2kg/个。
2.4.2 装药结构
开口按间距排列，按阻力线及空隙尺寸，每一药筒间 距为200mm，并在整个药筒内铺设引信 ;外围钻孔的装填 方式为圆柱形。装填方法是自上而下的。炸药包裹于炸药 段的上方 1/3.
2.4.3 起爆顺序
四个钻孔依次引爆，四个辅助孔各有两个角度引爆， 八个外围孔相隔两个间距引爆。
2.5 填塞
注药时下填塞的位置不宜高于此孔洞的最小阻力，较 低的填塞层通常为 0.3m ～ 0.4m， 外围孔径 0.4m ～ 0.5m。 上部的填料超过0.5m。填充物是木楔、炮泥和石屑。
2.6 起爆方法与网路
该爆炸孔内使用了一根毫米延迟导爆管雷管，各孔 间以导爆线相连，导爆管逆向引爆导爆管，也就是无导爆 管—导爆管引爆管，为了确保爆管的设计和避免爆炸，孔 内导爆管由两根同段导爆管雷管和孔内各药袋通过导爆 线相联结。在钻孔外引爆电缆的接头中，使用了两个圆环 接头。
3 中深钻孔成井工艺方案的选择
中深孔成井技术存在着两个主要的问题。第一个问题 是 ：炮眼的参数设计是否合理，也就是孔洞是否有充分 的补漏空间、设计方案的可操作性 ;经过改造，可以使炮眼达到设计精度的要求。若孔距太短，则会造成炮眼之间 的穿孔，而若炮眼的补偿空间不够，则会对爆破的效果产 生不利的影响。第二个问题是现有的爆破成井技术有两大 类。两种方法都有各自的优点和不足，而采用哪一种方法 对成井效果也有一定的影响。
3.1 采用平行挖槽的方法进行爆破
在第一次爆破后，先形成一个扩展的爆破自由面，然 后再将剩余的炮眼依次从该自由面上下落，直到形成一个 设计尺寸的切割井。这种方法有两种建造方式。第一种是 将炮眼按高度分为几个小段，由下往上多个小段进行爆 破，与VCR开采工艺相似，其优点是每一次爆破高度都不 高，且成井率高。但是，在井筒的上部有凿岩和装药作业 空间，而且对装药的精度要求很高，而且对施工管理也有 很高的要求。第二种方法是采用全高装药分孔逐个爆破， 即先将挖槽孔全部高装药，然后依次进行其它爆破，这种 方法的优点是应用范围广泛，虽然不要求在井口上方预留 作业空间，但在爆破掏槽后，很容易造成副井眼的损坏， 导致成井效果不佳。
3.2 球形炸药爆炸
采用利文斯顿漏斗爆破的理论，将其分为多个层次， 其层高由其自由面的宽度和孔隙大小来确定 ;分层的每一 个炮眼都是用同一分段的雷管进行的。平行挖槽爆破成井 法的优越性 ：具有较大的补偿空间和较大的切割井眼，对 雷管段位要求较低、装药结构简单等特点。缺点 ：对开孔 数的要求较高，对开孔的精度有较高的要求。球形药包爆 破成井法的优势是炮眼数量少，不需要太高的精度。缺点 是，只适合低海拔的开孔，需要较多的雷管段位和复杂的 炸药结构。
4 爆破成井工艺的应用
4.1 项目概要
某矿 I 矿床为一大型层控硅卡岩型矿床，其矿体主 要分布于钾长花岗岩、大石寨组上部的安山岩和所含火 山岩。矿体的平均厚度为 25m，最大为 118m，为急倾斜 的厚矿体 ;矿体呈不规则的似层状。矿石结构类型多样， 主要是浸染状、致密块状结构，矿石的普氏硬度系数为 10 ～ 16.疏松系数为 1.5.
4.2 炮眼布局与爆破工艺参数的计算
4.2.1 挖槽模式
(1) 炮孔直径。在Atlas Simba 1354 型车中深孔的基 础上，设计的掏槽孔、辅助孔和外围孔的炮孔直径分别为 76mm。该孔径 127mm，用于提供自由表面和补偿空间，钻 孔直径为 127mm， 钻孔直径为 76mm， 然后使用 φ127mm 的扩孔钻机。为了减少偏移，为了确保炮眼彼此平行，在掘 进过程中采用了导引铜棒。
(2)一种挖槽方法。管状掏槽是由几个 φ127mm 的 孔洞作为第一个爆破的开槽孔，在孔洞的中央设置一个 φ76mm 的炮眼作为第一个爆破孔。
4.2.2 孔洞设计参数的计算
(1)测定 a(孔洞与孔洞之间的距离)。根据钻孔设备 在现场可施工的钻孔直径的能力，a应小于424mm。a 间距 愈短，挖沟爆破效果愈佳，但对施工精度的要求也较高， 因而施工难度较大。
(2)测定孔洞的数量n。为方便施工，保证钻孔有充分 的补偿空间，以保证成井效果，初步选定 a 间距为 300mm、 350mm，并考虑孔洞数目是否易于施工，求出空洞数目 n，台车炮眼的偏移，空洞数量少于 6 个可确保施工的精 度，而空洞较多时，在施工过程中尤其容易出现空洞。a 为 350mm， 6个孔洞， 其松散系数为 1.24;在 a减至 300mm 时， 6 个 127mm 的空洞，其松散系数为 1.34.仍有相当小的补 偿空间。若a为300mm，n为7或8.则K与岩石松散度1.5 相近，但由于炮眼间隔太短，在施工中会产生穿孔，从而 影响爆破效果 ;因此 a没有 300mm。
采用了一种新型的穿孔法，以保证有充分的补漏空间 和减小爆破夹具的影响。采用 12 个孔洞，也就是 6 个直径 127mm、6 个直径 76mm 的孔洞， 使其松散系数可达 1.40. 与岩石的初始松散率大致相近。6 个 76mm 空洞的施工优 点 ：第一，可以增大补偿面积， 对爆破成井的影响 ;第二， 可以起到很好的缓冲作用，降低其他炮眼的破坏效果 ;第 三，6 个 7mm 的孔洞不能有很高的精确度，甚至有穿孔的 情况下也不能进行加工。
(3)爆破方式和爆破程序。在矿井顶部无操作空间的 情况下，采用分层爆破方案不安全、不可行。炮孔全高装 药分孔逐次爆破，其成井成功率要高于一次爆破。炮孔全 高装药分孔逐次爆破，先对 1 孔全高装药(孔口留有一段 不装药的距离)，然后在孔中放置两根同段导爆管， 在孔中 放置一根长导爆索。为了减小爆破漏斗的影响，无装药孔 的距离控制在 500mm ～ 700mm ;第二个钻孔2 个～ 5 个 钻孔，每个钻孔间隔微秒钟的时间间隔，3 个钻孔的剩余 部分。为了确保在底板上的爆炸， 全部采用了孔底爆破。
(4)装填方式与装药量的计算。以多孔颗粒状铵油为 主要原料，在每一孔洞内都设置了连续的联装药。本发明 的起爆药包是由2# 岩型乳化炸药制成，在每一袋内装有两枚同长度的雷管，并用胶带将其固定。用BQF-100 装药机 将药包填入孔中，在装药之前，将药包装入底孔，导爆索 一直铺到孔底，再根据装药参数进行装药，装药管应均匀 地退到被堵孔的部位，以确保孔中的爆炸连续性 ;装药风 压力为0.4MPa(不超过 0.45MPa)，并确保药包密度不低于 1.05g/cm3.
(5)炮浆的充填。合理的封堵可以防止爆震气体提前 从充填孔隙中泄露，确保在岩体破碎前维持压力，充分利 用爆破能量，提高爆破效能。将准备好的炸药和铵油炸药 装入炮眼后，再用泥浆填充，并仔细地填充，并在填充时 要慢速进行 ;并且要适当的捣碎， 不要损坏引爆的导爆管。 炮泥由粘土制成， 炮泥的封堵深度不得低于 50cm。
4.3 使用效应
对 6-1号钻孔、3-1号钻孔进行了实验。两口井的凿岩 和爆破时间分别为 1天。在爆破后，井深 12m，11.5m，取得 了较好的成井效果。经实验验证，这种中深孔爆破成井工 艺在某矿井进行了广泛的应用， 并获得了良好的应用效果。
4.4 收益分析
与常规方法相比，中深孔爆破技术在生产和安全方面 都取得了较好的效果， 其特点是。
(1)中深钻孔爆破，快速完成了成井工作。中深孔凿 岩 1 天，爆破时间 1 天。而常规方法的施工，一天的进尺大 约为2m，在高切削井的施工中，采用中深孔的爆破，其成 井效率较高。
(2)使用常规方法进行天井的施工，存在着高空坠落、 中毒窒息、物体撞击等安全隐患。特别是在围岩破裂时， 风险很大， 在中深孔成井的情况下， 施工安全。
(3)中深钻孔施工费用低，与常规方法相比，每米节 约 600 元。
5 总结
综上所述，本次爆破成井，爆破效果很好。但也存在 一些问题，主要是分段爆后，出现炮孔被堵的情况，处理 时很困难。造成堵孔的原因是在装药过程中装药高度控制 不好，没有将所有炮孔的装药高度保持在同一水平。实践 证明，中深孔(深孔)分段爆破成井掘进天井安全性好、劳 动强度低、工效高。
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