云南省楚雄州大姚县六苴镇 云南 大姚 675401
【摘 要】深孔一次钻孔分次爆破成井是解决高天井掘进的困难，加快天井施工改善人工作业条件降低安全风险等。本文结合实施工程实例，探讨深孔一次钻孔分次爆破成井的实施条件、布孔参数、装药结构以及填塞结构希望得到业界专家关注，共同探讨进一步优化和改进的技术参数和技术措施，为推广应用深孔一次钻孔分次爆破成井工艺，提高矿山高井掘进的安全、经济、高效。
【关键词】 深孔凿岩 爆破 一次成井
引言
此项技术源于地下开采的VCR法，分段爆破是深孔爆破法掘进天井的主要模式，而深孔分段爆破成井实施过程中堵孔、深孔完整度，爆破段高等副作用一直困扰着深孔爆破法。六苴铜矿本着安全生产、大胆创新原则，从2014年开始研究并实施深孔一次钻孔分次爆破成井技术。历经4年的时间，共实施8只高天井，每只都在30m以上，总爆破超过350m，最高的天井达到了50m。本文主要介绍深孔一次钻孔分次爆破成井的技术参数，介绍了深孔一次钻孔分次爆破成井的工程案例。
一、爆破主要参数设计
1.掏槽孔的布置与相关参数的确定
考虑凿岩性质的限制以及孔深、孔偏斜率等因素，选择采用桶形直孔掏槽，其关键是利用空孔为首发爆破的基础自由面，形成初始的掏槽腔，掏槽腔的形成依次爆破顺序由小到大扩成，形成井筒。所以，首段爆破掏槽的好坏直接影响到下一段起爆扩槽，因此，掏槽方式和相关参数的确定是决定了掏槽质量，也决定了成井效果。根据成井高度、成井断面，选择3～4个空孔作为初始爆破的自由面和补偿空间。掏槽孔和空孔的布置如1图所示。
(1)空孔参数计算
空孔为首响槽孔提供自由面，形成应力集中， 产生卸压和容纳破碎岩石。因此，需要正确选择空孔参数，如空孔与首响槽孔直径的比值和空孔与首响槽孔的孔间距。
空孔直径 D 与首响槽孔直径 d 的比值如下：
式中： ?为岩石爆破破碎角，直孔掏槽时，要求≥30°。众所周知，岩石爆破破碎是应力波和爆生气体共同作用的结果，而岩石爆破所形成的新裂隙主要 由应力波产生；当空孔直径与首响槽孔直径相等或较小时，作用到空孔表面的应力波反射发散程度大， 自由面作用小，应力集中程度弱，较难或不能形成空孔与首响槽孔之间的破碎漏斗；当空孔大于首响槽孔，且满足式(1)时，不仅能使空孔与槽孔之间岩 石破碎，而且能形成破碎漏斗。
由式(1)，空孔大于首响槽孔，且空孔与首响槽孔直径的比值不小于 1.7。
（2）空孔与首响槽孔的孔间距
为了容纳破碎岩石，空孔与首响掏槽孔的孔间距 a 由下式[2]计算并按实际孔偏进行校核：
式中：a 为空孔为空孔与首响槽孔的孔间距，k 为岩石碎胀系数。
2.辅助孔、周边孔布置的确定
根据选择实施的井筒断面（4～6.25 m2）等，设计3个空孔、6个掏槽孔；均衡的布置辅助孔和周边孔，断面为4m2的选择布置2个辅助孔，8个周边孔；断面为6.25m2的选择布置2个辅助孔，10个周边孔。
3.炮孔施工与确定空孔参数要求
（1）设计采用浅孔钻机：型号为：SKZ-120A 从下向上施工炮孔，孔径90mm；或者采用：型号为：ZDY-600SG 液压小钻从上向下施工炮孔，孔径75mm。设计允许炮孔偏斜率在0.5～2%之间；或者，成孔偏斜大，但整体孔偏斜相对一致。
（2）根据成孔后的质量和偏斜率，在每次爆破水平面动态选择空孔、一次掏槽、二次掏槽及辅助孔；（如：在施工过程中，因地层、炮孔偏斜等因素，相邻较近的两个孔会在某一水平面窜通或者距离较近，此类孔，就作为空孔使用）。成孔质量和炮孔偏斜情况，也是确定掏槽、辅助、周边孔起爆顺序的关键。
二、爆破成井实施
1.分次爆破高度的确定
分段高度 H 由炮孔偏斜率和空孔大小决定，其关系满足下式：
式中：H 为分段高，? 为槽孔偏斜率。
2.装药结构的确定
掏槽孔、辅助孔以及周边孔的装药结构相同。炮孔装药涉及到装药量、布置形式、装药长度和上下口堵塞长度。一次钻孔分次爆破成井的炮孔均采用连续不偶和装药，药卷与孔壁10mm的空气间隔。
3.起爆顺序、填塞物及长度确定
（1）依据炮孔偏斜率及成孔质量，理论推算出炮孔在不同水平面炮孔排列布置呈现不同形状，鉴于每次爆破水平炮孔排列情况，动态选择空孔及首次掏槽孔。首响掏槽孔爆破形成槽腔，再二次掏槽为辅助爆破提供足够的爆破自由面。其过程经历了径向破碎、高压二相流形成和轴向排渣3个依次连续的过程，其中关键是高压二相流形成。槽孔装药量过大或过小，均影响高压二相流的形成，前者因为槽孔与空孔之间的岩石径向破碎过度，形成了“再生岩”，不能形成高压二相流；后者因为岩石径向破碎不完全，难以形成高压二相流，影响爆破效果。
（2）因炮孔直通上下，在每次装药爆破前后需要对其进行上下填塞。下口堵塞不宜过长，上口堵塞不宜过短；下孔口采用长250mm（≤首次掏槽的孔口的抵抗线）、直径与孔径相符的物料；装药后药面以上的填塞物为柔软的炮泥，填塞长度≥孔底的最大抵抗线。避免因，下口堵塞不宜过长，上口堵塞过短；造成，岩石炸不开，形成关门炮；或者造成超爆，破坏未装药的炮孔，影响下一循环装药爆破。
图2 为装药结构图
采用人工从上往下装药，起爆药包在装药高度的中下位置，孔内延时，导爆索传爆。
三、成功案例分享
根据六苴矿床实施一次钻孔分次爆破成井工艺以来，共实施8只井：硫化矿740-770中段回风井，直径3m，井高30m；硫化矿4210-12采充填回风井，直径2.5m，井高31m；硫化矿3705-06采充填回风井，直径2m，井高31m；900中段3905-06采下矿端井，井筒2×2m、井高37.5m，770中段4313-15采充填回风井，直径2m，井高40.5m；740中段4404-06采2只充填回风井，直径2m，井高40.5m；经过多次对一次成孔分次爆破成井施工高天井不断实践和摸索，在技术上取得创新与突破，本文以770中段4313-15采充填回风井工程实例作为分享。
1.成孔质量对比
根据上表实测数据，井高为40.2M，炮孔偏斜较大，最大补1#孔1.78M，最小15#孔0.101M；1#、2#孔在13M位置互窜通，3#、7#在29M位置互窜通，10#、补3#孔在18M位置互窜通。
2.爆破成井
依据炮孔偏斜率及成孔质量，理论推算出炮孔在不同水平面炮孔排列布置呈现不同形状，鉴于每次爆破水平炮孔排列情况，动态选择空孔及首次掏槽孔、二次掏槽孔、辅助孔以及周边孔。经过计算和多次实施得出经验，选定分次爆破高度控制在5M以内。主要依据，分次爆破高度过高药量过大会造成堵孔、孔壁破坏严重以及对上空口的反冲击多大破坏炮孔，过小侧影响施工效率。
四、结论
①六苴深部采矿采用深孔一次钻孔分次爆破成井的工艺，经过多次实践，考虑环境的因素、成孔质量等问题，分次爆破控制5m以内是一个较好爆破高度。
②就目前已成功实施50m的高井分次爆破，效果较好，施工人员安全可以大大确保，从设计上离本质安全又近一步。
③在今后实施中我们将优化炮孔孔径，降低炸药消耗进一步优化材料成本后，将大力推广深孔一次钻孔分次爆破成井工艺。
参考文献
[1].李启月，李夕兵，范作鹏，张瑞华《深孔爆破一次成井技术与应用实例分析》中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083
[2].罗勇，沈兆武.钻孔爆破中炮孔堵塞效果及堵塞长度的研究[J].
力学与实践，2006，28(2)：48–52
[3].李启月，徐敏，范作鹏，等. 直眼掏槽破岩过程模拟与空孔效 应分析[J]. 爆破，2011，28(4)：23–26.
论文作者:朱先春,,杨建敏
论文发表刊物:《科技新时代》2019年5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：钻孔论文; 直径论文; 岩石论文; 天井论文; 应力论文; 水平面论文; 孔径论文; 《科技新时代》2019年5期论文;