李子明

（中国华冶科工集团有限公司）

切割槽施工是采场回采的关键，开掘的切割槽质量，直接影响矿房落矿效果和矿石损失率、贫化率的大小［1］。尤其在分段采矿的底部结构拉槽时，传统的切割槽施工工艺，需要在底部结构布置垂直于采场的切割巷，在切割巷中逐排布置中深孔，通过控制装药长度逐排爆破形成立槽［2］。底部结构中，切割巷要兼作出矿进路，传统拉槽工艺容易造成切割巷出矿口眉线严重破坏，降低矿石回收率。沙河市中关铁矿隶属于河北钢铁集团，由中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司设计，中国华冶科工集团有限公司及温州井巷等多家单位联合建设，采用竖井开拓方式，设计年产铁矿石260万t。中关铁矿是国内著名的大水矿山，地质储量约为9 500万t，矿石类型主要为磁铁矿，平均品位为45%，属国内高品位铁矿。2020年6月，中国华冶科工集团有限公司与中关铁矿签订包采合同，同年8月份，中关铁矿主井提升系统与井下溜破系统投入运行，正式进入生产期。中关铁矿属厚大矿体，矿体最大厚度为174.7 m，采场垂直与矿体走向布置。对于矿体厚大部分，采用大直径深孔采矿嗣后充填法开采；对于接近矿体上盘及边角矿体，采用分段采矿嗣后充填法开采。分段采矿法中共布置2个水平，-215 m水平为中深孔凿岩水平，-230 m水平为底部结构出矿水平。在底部结构切割槽施工过程中，需要专门布置垂直于采场的切割巷，在切割巷中逐排布置中深孔，通过控制装药长度逐排爆破形成立槽，但切割巷受爆破影响破坏严重，造成采空区内大量残存矿石无法及时回收。本研究针对该情况，对底部结构切割槽施工工艺进行优化。

1 采准工程布置

采场垂直于矿体走向布置，采准工程主要包括穿脉巷、拉底巷、出矿进路、切割巷及切割天井等。穿脉巷作为主要的出矿运输巷道，采用锚网喷联合支护，支护强度高，左右两侧均布置有矿房，在整个回采阶段，不允许进行破坏。拉底巷主要作为采场底部的凿岩巷和受矿巷，为采场爆破提供拉底空间。拉底巷根据凿岩设备的选择，采用3.0 m×3.0 m的小断面。出矿进路连通穿脉巷和拉底巷，是铲运出矿的通道。根据采场长度，每个采场布置3～5条出矿进路，每条间隔8.0 m。采场爆破要格外注意出矿进路的爆破，否则进路变短造成空区内大量残矿无法回收。切割天井为切割槽爆破提供自由面和补偿空间。切割巷垂直于采场布置，为切槽施工提供凿岩、爆破空间等，因切割巷内需要布置中深孔，切巷仅采用喷射混凝土支护。上分段采准工程主要包括凿岩巷、切割巷、切割天井等。底部结构采准工程布置见图1。

2 传统切割槽施工工艺

切割槽长为18.0 m，宽度为4.0 m，高度等于分段高度（15.0 m），在底部结构中呈V字形。传统的拉槽方式首先掘切割巷，在切割巷中打上向平行中深孔，以切割天井为自由面，通过控制装药长度逐排爆破后形成立槽［3］。中深孔凿岩采用YGZ-90型钻机，该钻机具有操作简单、维护成本低的特点，在地下金属矿山应用广泛。中深孔布孔参数：排距b=1.0～1.2 m，孔底距a=1.0 m，每排布置9个炮孔。装药利用BQF-100型风动装药器，将炸药吹入孔内。装药前，在切割槽纵剖面图圈定崩落范围，确定每排炮孔的装药长度与孔口充填长度；装药时，在半导体输药管上利用胶带做好标记控制长度，整个装药过程需要严格控制。

传统的底部结构切割槽施工工艺主要存在以下几方面问题：①切割巷中需要中深孔施工，不宜进行锚网支护，仅采用喷射混凝土支护，出矿口支护强度较低。②底部结构爆破需要形成V字形堑沟式拉底空间，炮孔需逐排减小装药长度，然而风动装药器在装填过程中，控制装药长度操作繁琐，较难实现。③距离切井较近、孔口充填较少的排面，往往形成三角破坏区，缩短了切割巷长度，造成空区内大量残存矿石无法回收。传统切割槽施工中深孔布置见图2～图4。

3 底部结构切槽施工工艺优化

“三角破坏区”正是由于切割巷的存在，为中深孔爆破提供了另一个下向自由面，导致在装药柱下端，抵抗线相对较小的区域被完全破坏，造成切割巷破坏。“三角破坏区”的形成，往往需要在切割槽成形质量与保护出矿巷两者之间进行平衡，一味地减小装药长度，增大孔底抵抗线，又会造成开槽面积小，影响整个矿房的落矿效果。因此，对底部结构切割槽施工工艺进行了优化，不再专门布置切割巷道，利用拉底巷与出矿进路的交叉位置，布置多排倾斜扇形中深孔，通过逐孔爆破的方式形成切割槽。

3.1 采准工程优化

在原有采准工程布置的基础上，不再专门布置垂直于采场的切割巷，增加一条倾斜的出矿进路。出矿进路内不需进行中深孔凿岩施工，仍全部采用锚网喷联合支护，支护强度不受影响。

3.2 中深孔及装药结构优化

将中深孔由原来在切割巷内逐排布置调整为在拉底巷内倾斜布置。将钻机固定在拉底巷内特定位置，单排排面垂直于拉底巷道向采场边界施工，共布置5排，各排面保持孔号相同、炮孔角度相同［4］。中深孔布孔参数：排距b=1.0 m，孔底距a=1.0～1.2 m。切割槽中深孔在拉底巷内布置，不但保护了出矿进路，同时减少了钻机移动频率，方便施工。

在切槽炮孔布置图基础上，绘制装药结构图。单个炮孔排面为束状孔，在接近巷道顶板开孔处炮孔过度密集，如不对装药结构进行优化，造成孔口处装药量过大，不利于巷道的保护，同时造成成本增加。绘制装药结构图时，遵循单排最大无药段距离小于孔底距的原则，各个孔口充填长度控制在1.0～8.0 m［5］。利用风动装药器装填炸药时，控制孔口充填长度难以把控，但只要误差不大即可。爆破时根据“同孔号同段位”的原则，向切井一侧逐孔抛掷，可以直接形成V形切割槽。

中深孔装药为连续装药的柱状药包，爆破作用力主要垂直于炮孔方向，从理论上，这种切槽爆破方式随着炮孔角度增大，爆破作用方向逐渐发生变化，容易在顶部边界形成挂角。因此，炮孔布置参数不宜过大。爆破时，除切割井提供自由面以外，上部切巷可以为“挂角区”提供一个上向自由面，因此爆破效果并不受影响。

利用这种扇形孔逐孔爆破形成的切割槽具有以下几个优点：①切割槽质量成形可靠，满足采场落矿要求。②钻机移动频率降低，便于施工。③相对于逐排爆破，坡面光滑平整无台阶，利于矿石依靠自重顺利滑落。④出矿巷道破坏小，基本不存在“三角破坏区”，有利于更好地回收采空区内残存矿石。优化后切割槽中深孔布置见图5～图6。

4 结语

中关铁矿在分段采矿的施工过程中，通过优化切割槽施工工艺，巧妙地解决了切割槽成形与保护出矿巷之间的矛盾，减小了出矿眉线的破坏程度，提高了矿石回收率，对于类似矿山具有一定借鉴意义。