熊晓晨，龚永超

(1.五矿矿业（邯郸）矿山工程有限公司， 河北 邯郸市 056000；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410006)

0 引 言

由于风溜井影响着井下全系统的运行，同时其施工又是一项重要的施工难题，所以在业界风溜井掘进一直备受关注。目前，已经形成的风溜井掘进方法有普通法、吊罐法、爬罐法、深孔爆破法以及钻井法5种方法。前3种方法需要人员进入井筒内作业，作业环境差、安全性低、成本高、效率低下，目前大型矿山使用较少，钻井法是近几年发展起来的新型施工方法，虽然人员作业条件得到改善，但存在设备成本高，以及设备故障率高等问题[1]，而且还需要其他作业配套，其隐性成本更高。相比这4种方法，深孔爆破法因人员无需进入井筒内作业，作业环境好，同时具备设备操作简单、施工效率高等优点，成为近几年研究的热点，在各矿山也一直是推广的对象。李楼铁矿应用深孔爆破法，形成了一次凿岩分段爆破施工工艺，本文对其掘进模式及爆破参数的选择进行了介绍。

1 李楼铁矿开采概况

李楼铁矿铁矿石资源储量27624万t，主要由5个矿体组成，主要开采LⅠ号矿体，其储量占全矿床储量的85.35%，矿体长2800 m，赋存标高-52～-862 m，厚度25.5～96.5 m，平均48.2 m。矿体岩石主要为片岩、片麻岩、白云石大理岩，裂隙、岩溶均不发育，岩石完整性较好。

矿山设计生产规模为500万t/a，采矿工艺为分段凿岩阶段出矿嗣后充填法，中段高度100 m，分段高度25 m，回采使用阿特拉斯1354凿岩台车进行中深孔凿岩，上向扇形中深孔爆破。目前主要开采-400 m中段，-325 m水平、-350 m水平、-375 m水平为凿岩水平，-400 m水平为出矿水平，-425 m水平为运输水平，-300 m水平为南盘充填水平，-275 m水平为北盘充填水平，-250 m水平为回风水平。因李楼铁矿生产规模大，南北沿脉巷、运输巷延伸长，生产过程中需要大量风溜井。根据2018年生产数据统计，李楼铁矿共计施工风井、溜井26条。为加快施工进度，保证施工安全，进一步推广一次凿岩分段爆破施工工艺的应用，本文结合生产实际对该工艺进行探索研究。

2 高效安全成井技术

一次凿岩分段爆破施工主要包括钻孔和爆破施工，钻孔施工关键在于钻孔偏斜度的控制，爆破主要是解决天井掘进的夹制性。目前，该技术已成功应用于李楼15#风井、15-1#溜井以及275 m水平5-3充填井，并取得了良好的使用效果。

2.1 工艺流程

风溜井施工时，均从各凿岩水平分段进行施工，施工高度平均21 m。根据目前设备及生产组织情况，使用CS150D钻机或者KQG-150钻机钻凿一组平行孔，然后分若干次爆破，从而形成设计的规格。此工艺主要包括钻孔和爆破两步，施工流程见图1。

2.2 钻孔布置

李楼铁矿风溜井直径 4 m，井高 21 m，设计采用有掏槽爆破成井技术[2]，掏槽方式为桶形掏槽。为保证有足够的初始补偿空间，经计算，采用三空孔桶形掏槽。同时考虑炮孔成孔速度和设备情况，中心孔与掏槽孔孔径选择Φ140 mm，辅助孔及周边孔孔径Φ120 mm[3]。

掏槽孔至空孔的距离 L可按以下的公式计算：

式中，L为掏槽孔至空孔距离，mm；D为空孔直径，mm。

经计算，L=364～630 mm，考虑孔偏斜，L取400 mm。

结合爆破内部作用，同时考虑风溜井断面规格，设计辅助孔6个，距井中1.1 m，孔间夹角60°；周边孔6个，距井中2 m，孔间夹角60°[5]。爆破布孔见图2。

图2 天井爆破布孔图

钻孔时，施工要点是钻孔精确定位与偏斜度的控制，尤其是掏槽孔与空孔的施工，钻孔施工越精确，爆破成功率越高。钻孔设备使用CS150D钻机或者KQG-150钻机，钻机钻孔深度可达100 m，孔偏斜可控制在1%以内[6]。根据以往施工经验，钻机进场支钻前，应对图纸进行现场布孔，并做好标记，以明确钻孔位置。钻孔施工时，要把握以下三个原则，以控制钻孔偏斜率[7]：

（1）支钻平（支钻时，用靠尺测量，多调试，直至钻机支平）；

（2）开孔慢（开孔时，钻杆易摆动，慢速开孔）；

（3）中间调（施工第一根钻杆过程中，用靠尺测量钻孔垂直度，若不垂直，及时调整）。

2.3 验孔及堵孔

在上水平清理钻孔产生的碎渣时，应炮孔进行防护。同时，绘制现场孔位图，并测量每孔深度，与设计图纸进行对比，若有问题，及时调整。

根据测孔数据，进行堵孔作业。堵孔时，应先用编织袋装适量干细沙，并将沙袋加工成圆柱形，直径略小于钻孔直径，然后用防静电绳将圆柱形沙袋绑紧，沿炮孔下放至孔底；抖动铁丝使沙袋自然展开，干细沙集中到沙袋边角；充分抖动后，干细沙不断集中，逐渐形成大于钻孔直径的沙包；上拉铁丝，使沙袋充分堵死孔底，上部使用木棍将绳子固定牢固，完成堵孔过程。堵孔见图3。

2.4 装药与爆破

（1）分段高度。风溜井断面直径为4 m2，当补偿系数为0.55～0.7时，分段高可达5～7 m；若补偿系数＜0.5时，则分段高取2～4 m较为适宜[8]。21 m高的井，一般分4次爆破，爆破高度分别是4，4，4，9 m。因最后一次爆破高度较高，为提高爆破成功率，采用分层爆破，但分层爆破时，易在分层位置卡脖子，导致断面不够。经过探索，最终采用掏槽孔和辅助孔分层爆破对周边孔一次起爆，以解决上述问题。

图3 堵孔

（2）装药结构。装药使用袋装颗粒炸药（25 kg/袋），根据孔径大小，计算线装药密度，并进行现场试验，确定每孔装药量。不同孔径钻孔装药量见表1。

表1 不同孔径钻孔装药量

装药时，每孔下部堵塞0.5 m细沙，上部堵塞1 m细沙，中间分层时，中间加入1 m细沙。掏槽孔及辅助孔采用连续装药；周边孔每装入0.5 m炸药，即装入0.5 m长竹筒，进行间隔装药。为提高传爆效率，孔内敷设导爆索[9]。装药结构如图4。

每孔装药完成后，需要再次对装药水平高度进行找平，目的是确保每孔装药高度一致，爆破后井下部岩面齐整，便于下次爆破施工，同时也保证成井质量。

（3）起爆方式。起爆采用毫秒雷管微差起爆[10]，雷管需加工起爆弹。

（4）起爆顺序。爆破 4 m时，起爆顺序为1#→5#→8#→6#→9#→7#→10#→11#→14#→12#→15#→13#→16#；

爆破9 m时，第一层先响，第二层后响，孔间起爆顺序与爆破4 m时相同。

图4 炮孔装药结构

2.5 材料消耗

（1）颗粒炸药：本次爆破共分4次，爆破4 m时，每次炸药消耗量382.81 kg，最后一次爆破9 m时，消耗765.63 kg，总消耗1914.06 kg，每袋炸药25 kg，总计需要77袋。

（2）导爆索：导爆索960 m，每盘导爆索50 m，共需20盘。

（3）雷管：爆破4 m时，每次30 m雷管消耗26根，5 m连接管消耗3根，最后一次爆破9 m时，30 m雷管消耗40根，5 m连接管消耗3根。

（4）导爆管：总共起爆4次，需要4盘导爆管，每盘500 m。

2.6 施工要点

爆破施工要点是测孔，通过测孔实时掌握各孔内情况，每次爆破总共需要进行6次测孔，分别是：

（1）堵孔前测孔，判断本次爆破能够利用的炮孔；

（2）沙袋堵孔后测孔，准确测量孔深；

（3）下部堵沙后测孔，判断堵孔效果，检查是否漏沙；

（4）装药后测孔，测量装药高度；

（5）装药找平后测孔，判断每孔装药高度是否在同一水平面；

（6）上部填沙后测孔，判断上部填沙是否达到设计要求（1 m）。

3 效果分析

采用一次凿岩分段爆破工艺施工风溜井，避免了人员在受限空间内作业，消除了高空作业的危险，降低了顶板和炮烟对作业的影响，作业环境得到改善，保证了施工人员的安全。同时，一次凿岩分段爆破工艺设备操作简单，作业劳动强度低，工艺相对成熟，成井成功率较高。

另外，采用一次凿岩分段爆破工艺在工期及经济成本上也优于普通法。根据计算，一次凿岩分段爆破工艺施工作业成本为240元/m3，而矿山目前采用的普通法掘进天井的成本为477元/m3，其成本仅为普通法掘进天井成本的一半，此工艺是经济可行的。两种工艺对比见表2。

表2 普通法与一次凿岩分段爆破法对比

4 总 结

李楼铁矿采用一次凿岩分段爆破工艺施工风溜井，成型后的溜井壁面光滑，爆堆集中，无大块，达到了预期效果，满足使用要求，而且其安全性也极大提高。同时，其前期准备工作少，掘进效率高，目前，每月每台钻机可施工4条井。相比于普通法，每条井可节约成本5.46万元，具有推广价值，可以应用到其他金属矿山。