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盲天井深孔爆破一次成井新工藝

2013-09-26 責任編輯:朱亮亮

完成時間:19761980

工程地點:湖南桃林鉛鋅礦

完成單位:中南大學、湖南冶金研究所、湖南桃林鉛鋅礦

項目主持人及參加人員:陳壽如等

撰稿人:陳壽如、林大能

 

1   概況

桃林鉛鋅礦采用有底柱水平中深孔階段強制崩落采礦法,每個礦塊有鑿巖天井1527個,工程量為250450m,占礦塊總采準工程量的15%左右。鑿巖天井多為垂直盲天井,均位于礦體之中。礦體為角礫絹綠石英巖,礦巖互相交錯,性質不均,晶洞、裂隙發育,ƒ=79,松散系數為1316。天井設計高度為620m,大多數為10m左右,斷面規格為25m×25m。一直沿用普通法掘進,掘進速度慢,工效低,勞動強度大,木材消耗量大,粉塵濃度高,安全性差。

1977年湖南省冶金局下達了“盲天井深孔爆破一次成井”科研任務。由桃林鉛鋅礦、湖南省冶金研究所、中南大學(原中南礦冶學院)三單位共同完成。

 

2   一次成井掘進工藝

盲天井深孔爆破一次成井,即在天井設計范圍內,采用中深孔鑿巖設備,一次鉆好天井內全部平行炮孔,一次裝藥爆破成井達到設計要求。

21鑿巖工藝

211鉆機

采用YZ-90型外回轉鉆機。實踐表明,這種鉆機結構合理,機械故障少,鑿巖效率高,平均鑿巖效率為338m/臺班,平均純鑿巖速度205mmmin,比YG-80型鉆機提高2倍以上,加之該鉆機能滿足掘進高度1520m盲天井的要求,所以一直采用YZ-90型鉆機。

212鉆架

鉆孔質量是盲天井深孔爆破的關鍵。為提高炮孔質量,減少輔助作業時間,提高爆破效果和成井速度,在試驗中,對鉆架進行了研制和改進。開始利用雪橇式圓盤鉆架,這種鉆架雖然輕便,但穩定性差,需多次移位立架,炮孔偏斜較大,特別是打掏槽孔時,易于相互貫穿,造成炮孔報廢,不能滿足工藝要求。自行設計了LG-1型鉆架,實現了一次立架,可鉆完天井全部炮孔,炮孔質量有所改善。

213鉆具的改進

(1)開門鉆頭。鉆孔開門時,巖面不平整,容易造成開孔時鉆孔走位,影響炮孔質量。為了減少開門時所引起的偏斜,采用ф120mm的平鉆頭開門。

(2)鉆頭。采用ф5mm、的十字型合金片鉆頭,這種鉆頭磨損較快,后改用柱齒鉆頭,大大提高了鉆頭壽命,顯著減少了換鉆頭的輔助作業時間。鉆孔質量好,斷面呈圓形,孔壁光滑,炮孔直徑變化均勻,有利于裝藥。破碎巖石均勻,巖粉顆粒粗大,純鑿巖速度高,且減少了粉塵濃度。

(3)擴孔鉆頭。為增大掏槽自由面和初始補償空間,提高爆破效果,研制了直徑為ф120mm和ф150mm的柱齒擴孔鉆頭。鉆孔時,先用加5mm的鉆頭鉆一個小孔后,用ф120mm的擴孔鉆頭進行第一次擴孔,擴完后再用ф150mm的擴孔鉆頭進行第二次擴孔。平均純擴孔速度為170mmmin,鉆頭壽命一般為2030m/個,且能用YZ-90型鉆機進行擴孔,是簡便可行的擴孔措施,對提高爆破效果具有重要作用。

(4)穩釬器。在擴孔時,由于孔徑較大,釬桿在孔內擺動大,造成鉆桿與擴孔鉆頭連接處折斷。為了防止斷釬,采取每隔45根桿加一個穩釬器的辦法。

214導向管的應用

鉆架的改進,對減少鉆架的安裝偏斜起了一定作用,但鉆孔偏斜仍然較大。為了減少鉆孔的鉆進偏斜,試驗中采用了導向管,開始采用自制的花鍵形導向管,重量大,后改用上鋼加工的梅花形導向管。導向管的使用顯著減少了鉆孔偏斜,是提高炮孔質量的有效措施。

22爆破工藝

221掏槽方式

盲天井深孔爆破,要求一次裝藥爆破成井達到設計高度,故要求掏槽可靠。研制了擴孔鉆頭后,均采用大空孔作自由面的平行炮孔掏槽形式,一般對8m以下的天井采用單大孔菱形掏槽,對8m以上的天井,考慮孔偏的影響,采用雙大孔菱形掏槽,如圖1所示。

222爆破參數的確定

(1)孔徑。根據使用的鉆孔、鉆具,裝藥孔徑定為ф5565mm,以ф120mm、ф150ram,2種孔徑組成不同形式的空孔。

(2)孔距。采用兩個大空孔時,其空孔間距應越小越好,但考慮鑿巖時,不至于相互貫穿,所以間距不能太小,試驗證明空孔間距取200250ram為宜。

第一響槽孔至大空孔(150ram)的距離L1,根據補償空間大小和自由面寬度來確定:

將相關數值代人上式,并取初始補償系數n=065,可算出L1=356mm,考慮鉆孔偏斜系數后,L1=228mm。在試驗中第一響炮孔與空孔之間的距離取200230ram。其余槽孔至空孔的距離,應在確保補償空間和自由面寬度的前提下,盡量增大槽腔面積,要考慮孔偏影響。第二響槽孔至孔間的距離,一般取L2=400500mm,同樣,第三響槽孔取L3=500600mm,第四響槽孔取L4=550650mm。按不同天井規格,要求最終形成槽腔面積達到0203m2以上。

(3)初始補償系數的確定。理論上,對松散系數為15的巖石,當補償系數為O5時,空孔或槽腔空間就能容納槽孔崩落的巖渣,但應考慮孔偏、巖礦的黏結性和裝藥量,否則會使實際的槽腔面積減小、甚至形成再生巖,把槽腔堵死。因此,應采用較大的補償系數。

(4)炸藥單耗q。單位體積炸藥消耗量與礦巖性質、天井斷面、分段高度、藥包直徑及裝藥結構等因素有關。通過現場試驗,在桃林鉛鋅礦礦巖條件下,天井的單耗為3542kgm3左右。

每米炮孔裝藥量:槽孔采用間隔裝藥,藥包ф47mm,長370mm;間隔為200mm,槽孔每米裝藥量為105kg。周邊孔采用連續柱狀裝藥結構時,每米裝藥量為16165kg。

223炮孔排列

(1)掏槽孔的排列。掏槽孔一般為6個,2個空孔和4個裝藥孔,各裝藥孔按有利于槽腔形成又不至于相互擠死和帶炮的原則,均勻地布置于空孔四周。

(2)輔助孔的排列。輔助孔為4個,按有效擴大槽腔面積的原則,其最小抵抗線控制在400450mm,布置在槽孔周圍。

(3)周邊孔的排列。為保證天井的設計斷面規格,周邊孔為8個,均勻排列在天井設計斷面四周。

224炮孔深度

炮孔深度取決于天井設計高度,設計時由于考慮炮孔利用率為90%,為了保證一次爆破達到設計高度,設計深孔時應考慮炮孔適當超深,對于高度為812m的天井,掏槽孔應超深152Om,輔助孔應超深115m,周邊孔應超深051Om。

225炸藥及裝藥結構

(1)炸藥。采用1號巖石炸藥、規格為ф47mm×370mm,藥包重量為O60kg/個,在炸藥受潮嚴重和變質時禁止使用。

(2)裝藥結構。掏槽孔裝藥結構,根據深孔掏槽爆破特點,為減少掏槽孔裝藥量,采用竹筒間隔裝藥,每裝一個藥包加一個200mm左右的竹筒,在炮孔全長敷設導爆索,輔助孔和周邊孔采用連續柱狀裝藥,也在炮孔的全長敷設導爆索。

(3)起爆藥包位置。起爆藥包裝于孔底有利于巖石破碎,裝于孔口對排渣有利,對天井槽腔爆破來說,主要應考慮排渣,故一般將起爆藥包裝于孔口3m左右位置,如遇到晶洞、裂隙,爆破時可能將鄰孔切斷,故采用兩個起爆藥包,一個位于孔底第三至第五個藥包、一個位于距孔口3m左右的位置。

226填塞

炮孔孔口不裝藥長度按近似每響炮孔的抵抗線,一般第一響為0102m,第二響為0203m,其余槽孔03O4m,輔助孔為0506m,周邊孔為081Om,填塞采用炮泥加木楔,填塞長度為O2O3m。

227起爆方法和起爆網路

起爆方法是否可靠直接影響到爆破效果。為提高可靠性,采用非電導爆管加導爆索起爆,每個炮孔采用雙雷管起爆。毫秒延時間隔時間,掏槽孔間隔時間取25100ms,輔助孔取150200ms。

 

3   技術經濟指標

19807月后,掘進天井10個,設計總進尺為996m,一次爆破成井總進尺為10262m(因實際炮孔利用率高于設計炮孔利用率)。一次成井高度穩定在12m,最高達14m,一次爆破成井達到設計要求的天井個數為100%,炮孔利用率為92%,創造了國內“盲天井深孔爆破一次成井”的新水平。根據集中試驗月實際成井速度為399m/月,掌子面工效為039m(工·班),如果按合理勞動組合9人臺鉆為895m(臺·月),按標定工時折算月成井速度可達1233m(臺·月),掌子面工效可達054m(工·班)。12m以下的井炮孔利用率為92%,15m的井炮孔利用率為825%。此方法大多用于掘進盲天井。   

該工藝的特點是允許三班連續作業,故月成井速度與勞動組織有關,采用4人臺鉆時,臺班利用率只有444%,19797人臺鉆時,臺班利用率為78%,實際月成井速度為895m(臺·月)。盲天井深孔爆破一次成井與普通法比較,月成井速度提高了1533倍,掌子面工效比普通法提高26%以上,掘進成本略低于普通法,其中材料費比普通法低47%。

摘自《中國典型爆破工程與技術》


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