垂爆斜拉联合掏槽法在辉绿岩层巷道掘进中的应用

2011-11-16林大能刘医硕陈寿如

采矿技术 2011年5期

关键词：空孔斜拉辉绿岩

林大能,刘医硕,陈寿如,龙专

(1.湖南科技大学能源与安全工程学院, 湖南湘潭市 411201;2.中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083)

垂爆斜拉联合掏槽法在辉绿岩层巷道掘进中的应用

林大能1,刘医硕1,陈寿如2,龙专1

(1.湖南科技大学能源与安全工程学院, 湖南湘潭市 411201;2.中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083)

为了解决某矿井巷道掘进施工的高成本低效率问题,提出了垂爆斜拉联合掏槽法,使直眼掏槽和斜眼掏槽有机结合,并针对不同硬度的岩石使用不同的爆破参数,通过现场实验论证,解决了循环进尺和炮孔利用率低的问题,减小了炸药单耗,使成本降低到原来的 76.2%,提高了经济效益。该方法适合在高硬度、韧性强的岩层中推广应用。

垂爆斜拉联合掏槽法;巷道掘进;炮孔布置;爆破参数

某铜镍矿在平巷掘进中,需要穿过辉绿岩层,该岩石十分坚硬,爆破困难。所掘进的巷道断面宽度为 2200 mm,高度为 2170 mm,墙高为 1420 mm。原始巷道爆破掘进方式及参数为:掘进采用空孔直眼螺旋掏槽。每茬炮钻孔 26个,20个装药,6个不装药;使用岩石膨化炸药,密度为 0.8～1.0 g/cm3,装药总量为 34 kg。

通过现场调查,巷道爆破掘进存在以下问题:单炮进尺低,仅为 1.0～1.2 m,有时更低,甚至不来炮;由于不堵炮泥,造成单耗较大;炮孔利用率低,孔深 2.2 m,循环进尺为 1.0～1.2 m,炮孔利用率不大于60%。

鉴于以上巷道爆破掘进存在的问题,本文对选择合理的掏槽方式、爆破参数、堵孔方式进行了实验,以期降低材料消耗、增加循环进尺、提高经济效益、改善工人劳动强度与环境。

1 垂爆斜拉联合掏槽方式的确定

直眼掏槽与斜眼掏槽是巷道爆破掘进常用的 2种掏槽方式[3]。从爆破技术的难易程度来看,直眼掏槽较为复杂,要求严格,但是直眼掏槽具有炮眼利用率高、炮眼深度不受巷道断面宽度限制且能适用于各类岩层等优点[4]。在中、小断面平巷掘进中,为提高掘进速度,增加单循环进尺,直眼掏槽是众多爆破工作者必然的选择。

传统的空孔直眼掏槽主要有小直径空孔和大直径空孔 2种,从理论上分析两者都是可行的。但大量的巷道爆破掘进工程实践表明:多个小直径空孔掏槽爆破经常出现掏槽效率低,甚至掏槽失败的现象。由于钻孔精度的原因,可能造成靠近孔底部分的空孔与装药孔之间的距离与设计值之间存在较大差异。当距离过大时,孔底部分岩石不破碎或破碎不充分,同时造成空孔提供的补偿空间相对偏小,使孔底部分容易出现“挤死”而形成“再生岩”现象;当距离过小时,孔底部分抵抗线比靠近孔口段的小,在同等线装药密度的条件下,孔底部分岩石破碎的时间比孔口短,装药孔孔底部分过早地与空孔贯通,导致爆生气体大量渗入空孔中,在一定程度上削弱了孔口段装药的爆破作用,容易引起“挂门帘”的现象[5]。而对于大孔径掏槽,虽然掏槽效率高,且掏槽成功率比小空孔高,但扩孔速度比较慢,大空孔的形成是关键问题。由于该矿是采用气腿式凿岩机,扩孔钻头重,导致钎杆容易折断、工人劳动强度加大,而且单个钻头的成本高,在小直径多空孔掏槽注意钻孔平行度的情况下,大孔径直眼掏槽的优势并不明显。

综合以上情况,为了彻底解决该矿难凿难爆岩层巷道掘进的问题,经过不断探索,根据巷道掘进爆破定额反算每茬炮的装药量,再根据装药情况确定响炮数,发现在辉绿岩中,原来的响炮数偏少、炸药单耗偏低,从而导致了巷道进尺小、炮孔利用率低。根据前期掏槽不够理想的经验,提出了垂爆斜拉联合掏槽技术。

2 垂爆斜拉联合掏槽试验

2.1 垂爆斜拉联合掏槽炮孔布置

垂爆斜拉联合掏槽的基础是先直眼掏槽,后为带有一定角度的第二掏槽眼,所控制的槽腔形状为棱台形。炮孔布置见图1。

图1 辉长岩掘进爆破炮孔布置(单位:mm)

2.1.1 垂爆斜拉联合掏槽炮孔布置的几点说明

此爆破方法主要针对硬岩或硬而韧、爆破难度大的岩石,设计关键在于直眼掏槽的掏槽孔和第二掏槽孔的相互配合,对各种不同硬度的岩石,直眼掏槽孔可用不同的方式。

当在辉长岩中钻孔,浆水较混时:掏槽眼①、②、③全用 Ф42 mm孔,共计 7个孔,如图1 所示。孔边与孔边之间的距离在 20～40 mm,个别眼的不易开孔可稍有距离,但与设计位置的偏离距离应小于 50 mm,这时槽腔直径为 160～180 mm。

在中等坚硬辉绿岩中钻孔,浆水较清但尚有混浆时:①和 ②为 Ф42 mm孔,③为 Ф55 mm孔;共计 7个孔,这时槽腔直径为 190～210 mm。

在极坚硬辉绿岩中钻孔,排渣的浆水是清水和砂砾时,岩石最硬,韧性高,可爆性最差。此时,①和③为 Ф55 mm孔,②为 Ф42 mm孔;共计 7个孔,槽腔直径为 220～240 mm。

在做好直眼掏槽的基础上,下一个关键是第二斜拉掏槽孔④,相邻的 2掏槽孔中心距离是 380～420 mm,按一定角度成孔,形成内底边为 260～320 mm的斜台型,其作用是将此槽腔内碎屑爆出槽腔外面来,给第一辅助孔⑤创造出好的自由面。

2.1.2 辅助孔

第一辅助孔⑤与第二斜拉掏槽孔④的连心线之距离为 200～250 mm。孔⑤要与中心装药孔平行,不能与掌子面斜交。孔⑥、⑦形成第二辅助孔,⑥—⑥、⑦—⑦中心距为 800～900 mm,⑥─⑦中心距950～1050 mm。

孔⑧、⑨形成第三辅助孔,其作用是:孔⑧帮助左右上角炮和腰炮,孔⑨主要是帮助 3个底炮,同时也为腰炮减轻负荷。孔⑧在打孔时略往外带一点角度,是孔 [11]的对外对上角度的一半。孔⑨在打孔时略向下向外带一定角度,是孔 [13]对下对外角度的一半,以减轻底炮的负荷。⑧—⑨中心距为 1000 mm、孔⑧距左右边的孔心距 350～400 mm、孔⑨距底边距 300～350 mm、距边孔中心线 350～450 mm。孔⑥、⑦基本位置不变,但根据岩石变化可适当调整;孔⑧、⑨可随岩石变化和中心槽眼的位置而调整。总之,在极硬或坚硬又有韧性的岩层里,①、②、③、④、⑤孔的距离要保持基本固定,掏好槽,做好自由面;周边孔要根据巷道设计要求打好高低和角度,以确保断面成型。

2.2 垂爆斜拉联合掏槽技术

(1)药量确定。根据相关手册,在保证堵塞质量和长度的情况下,断面在 4 m2左右的辉绿岩巷道掘进炸药单耗为 4.07 kg/m3。如不堵塞炮泥,炸药量要上升 10%～15%,炸药单耗应达到 4.5～4.68 kg/m3。

(2)分段、装药。掏槽孔①使用一段雷管 2发,装药要求满装实装,装乳胶炸药,装之前将乳胶炸药用小刀划 2～3个开口,药到孔里后用 Ф25 mm的齐头木棍或是尼龙棒,将炸药挤紧压实,主要是提高装药密度、减小不耦合装药系数、提高爆炸力;孔④使用 2段 2发、3段 2发,对角线先后起爆,对角线距离小的用 2段,大的用 3段,炸药满装;孔⑤使用 4段 2发、5段 2发,对角线先后起爆,对角线距离小的用 4段,大的用 5段,炸药满装或少装一节,视岩石而定;孔⑥、⑦同时用 6段起爆,可少装一节炸药;孔⑧、⑨同时用7段起爆,可少装一节炸药;孔 [12]用8段起爆,满装炸药;孔 [11]、 [14]用9段起爆,满装或少装一节炸药;孔⑩、 [13]用10段起爆,满装炸药。

(3)堵孔。找比较黏的黏土,做成 10 cm长,Ф35 mm的泥柱,每孔堵 2～3个泥柱,泥柱放进孔内后,用木棍或尼龙棍捣实捣紧;特别是孔①和孔④垂爆斜拉的关键孔一定得扎实堵好。

3 试验效果评价

针对设计方案在该矿 778巷道的灰绿岩中进行了现场实验。首先示范爆破了孔①和孔④垂爆斜拉孔,爆出孔深 2.1 m、外口 38×40 cm2、孔底 28×30 cm2,而且孔内的石渣基本都被拉出,形成了很好的空间,为第二辅助孔⑤开创了很好的自由面,看出了垂爆斜拉掏槽的优越性。在坚硬的辉绿岩中,爆破了 8槽,共有 16 m多,每槽进尺都在 2 m或 2 m以上,大大缩短了一槽炮的作业时间,改善了炮工的劳动条件,降低了整体成本,取得了很好的效果。在岩石有变化的情况下进行试验,遇到相对较软岩石时做适当调整,减少了炸药量,进尺只有 1.7～1.8 m,因此及时增调炸药量,将炮孔的角度也进行调整,并修正掌子面的整槽等效深度,使爆破效果达到 2 m或 2 m以上。

通过现场实验,将垂爆斜拉掏槽法与原有空孔直眼螺旋掏槽法的爆破效果进行了比较(见表1)。