盲天井深孔爆破一次成井新工艺
完成时间：1976～1980年
工程地点：湖南桃林铅锌矿
完成单位：中南大学、湖南冶金研究所、湖南桃林铅锌矿
项目主持人及参加人员：陈寿如等
撰稿人：陈寿如、林大能
1 概况
桃林铅锌矿采用有底柱水平中深孔阶段强制崩落采矿法，每个矿块有凿岩天井15～27个，工程量为250～450m，占矿块总采准工程量的15％左右。凿岩天井多为垂直盲天井，均位于矿体之中。矿体为角砾绢绿石英岩，矿岩互相交错，性质不均，晶洞、裂隙发育，ƒ=7～9，松散系数为1．3～1．6。天井设计高度为6～20m，大多数为10m左右，断面规格为2．5m×2．5m。一直沿用普通法掘进，掘进速度慢，工效低，劳动强度大，木材消耗量大，粉尘浓度高，安全性差。
1977年湖南省冶金局下达了“盲天井深孔爆破一次成井”科研任务。由桃林铅锌矿、湖南省冶金研究所、中南大学(原中南矿冶学院)三单位共同完成。
2 一次成井掘进工艺
盲天井深孔爆破一次成井，即在天井设计范围内，采用中深孔凿岩设备，一次钻好天井内全部平行炮孔，一次装药爆破成井达到设计要求。
2．1凿岩工艺
2．1．1钻机
采用YZ-90型外回转钻机。实践表明，这种钻机结构合理，机械故障少，凿岩效率高，平均凿岩效率为33．8m／台班，平均纯凿岩速度205mm／min，比YG-80型钻机提高2倍以上，加之该钻机能满足掘进高度15～20m盲天井的要求，所以一直采用YZ-90型钻机。
2．1．2钻架
钻孔质量是盲天井深孔爆破的关键。为提高炮孔质量，减少辅助作业时间，提高爆破效果和成井速度，在试验中，对钻架进行了研制和改进。开始利用雪橇式圆盘钻架，这种钻架虽然轻便，但稳定性差，需多次移位立架，炮孔偏斜较大，特别是打掏槽孔时，易于相互贯穿，造成炮孔报废，不能满足工艺要求。自行设计了LG-1型钻架，实现了一次立架，可钻完天井全部炮孔，炮孔质量有所改善。
2．1．3钻具的改进
(1)开门钻头。钻孔开门时，岩面不平整，容易造成开孔时钻孔走位，影响炮孔质量。为了减少开门时所引起的偏斜，采用ф120mm的平钻头开门。
(2)钻头。采用ф5mm、的十字型合金片钻头，这种钻头磨损较快，后改用柱齿钻头，大大提高了钻头寿命，显著减少了换钻头的辅助作业时间。钻孔质量好，断面呈圆形，孔壁光滑，炮孔直径变化均匀，有利于装药。破碎岩石均匀，岩粉颗粒粗大，纯凿岩速度高，且减少了粉尘浓度。
(3)扩孔钻头。为增大掏槽自由面和初始补偿空间，提高爆破效果，研制了直径为ф120mm和ф150mm的柱齿扩孔钻头。钻孔时，先用加5mm的钻头钻一个小孔后，用ф120mm的扩孔钻头进行第一次扩孔，扩完后再用ф150mm的扩孔钻头进行第二次扩孔。平均纯扩孔速度为170mm／min，钻头寿命一般为20～30m／个，且能用YZ-90型钻机进行扩孔，是简便可行的扩孔措施，对提高爆破效果具有重要作用。
(4)稳钎器。在扩孔时，由于孔径较大，钎杆在孔内摆动大，造成钻杆与扩孔钻头连接处折断。为了防止断钎，采取每隔4～5根杆加一个稳钎器的办法。
2．1．4导向管的应用
钻架的改进，对减少钻架的安装偏斜起了一定作用，但钻孔偏斜仍然较大。为了减少钻孔的钻进偏斜，试验中采用了导向管，开始采用自制的花键形导向管，重量大，后改用上钢加工的梅花形导向管。导向管的使用显著减少了钻孔偏斜，是提高炮孔质量的有效措施。
2．2爆破工艺
2．2．1掏槽方式
盲天井深孔爆破，要求一次装药爆破成井达到设计高度，故要求掏槽可靠。研制了扩孔钻头后，均采用大空孔作自由面的平行炮孔掏槽形式，一般对8m以下的天井采用单大孔菱形掏槽，对8m以上的天井，考虑孔偏的影响，采用双大孔菱形掏槽，如图1所示。
2．2．2爆破参数的确定
(1)孔径。根据使用的钻孔、钻具，装药孔径定为ф55～65mm，以ф120mm、ф150ram，2种孔径组成不同形式的空孔。
(2)孔距。采用两个大空孔时，其空孔间距应越小越好，但考虑凿岩时，不至于相互贯穿，所以间距不能太小，试验证明空孔间距取200～250ram为宜。
第一响槽孔至大空孔(150ram)的距离L1，根据补偿空间大小和自由面宽度来确定：
将相关数值代人上式，并取初始补偿系数n=0．65，可算出L1′=356mm，考虑钻孔偏斜系数后，L1=228mm。在试验中第一响炮孔与空孔之间的距离取200—230ram。其余槽孔至空孔的距离，应在确保补偿空间和自由面宽度的前提下，尽量增大槽腔面积，要考虑孔偏影响。第二响槽孔至孔间的距离，一般取L2=400～500mm，同样，第三响槽孔取L3=500～600mm，第四响槽孔取L4=550～650mm。按不同天井规格，要求最终形成槽腔面积达到0．2～0．3m2以上。
(3)初始补偿系数的确定。理论上，对松散系数为1．5的岩石，当补偿系数为O．5时，空孔或槽腔空间就能容纳槽孔崩落的岩渣，但应考虑孔偏、岩矿的黏结性和装药量，否则会使实际的槽腔面积减小、甚至形成再生岩，把槽腔堵死。因此，应采用较大的补偿系数。
(4)炸药单耗q。单位体积炸药消耗量与矿岩性质、天井断面、分段高度、药包直径及装药结构等因素有关。通过现场试验，在桃林铅锌矿矿岩条件下，天井的单耗为3．5～4．2kg／m3左右。
每米炮孔装药量：槽孔采用间隔装药，药包ф47mm，长370mm；间隔为200mm，槽孔每米装药量为1．05kg。周边孔采用连续柱状装药结构时，每米装药量为1．6～1．65kg。
2．2．3炮孔排列
(1)掏槽孔的排列。掏槽孔一般为6个，2个空孔和4个装药孔，各装药孔按有利于槽腔形成又不至于相互挤死和带炮的原则，均匀地布置于空孔四周。
(2)辅助孔的排列。辅助孔为4个，按有效扩大槽腔面积的原则，其最小抵抗线控制在400～450mm，布置在槽孔周围。
(3)周边孔的排列。为保证天井的设计断面规格，周边孔为8个，均匀排列在天井设计断面四周。
2．2．4炮孔深度
炮孔深度取决于天井设计高度，设计时由于考虑炮孔利用率为90％，为了保证一次爆破达到设计高度，设计深孔时应考虑炮孔适当超深，对于高度为8～12m的天井，掏槽孔应超深1．5～2．Om，辅助孔应超深1～1．5m，周边孔应超深0．5～1．Om。
2．2．5炸药及装药结构
(1)炸药。采用1号岩石炸药、规格为ф47mm×370mm，药包重量为O．60kg／个，在炸药受潮严重和变质时禁止使用。
(2)装药结构。掏槽孔装药结构，根据深孔掏槽爆破特点，为减少掏槽孔装药量，采用竹筒间隔装药，每装一个药包加一个200mm左右的竹筒，在炮孔全长敷设导爆索，辅助孔和周边孔采用连续柱状装药，也在炮孔的全长敷设导爆索。
(3)起爆药包位置。起爆药包装于孔底有利于岩石破碎，装于孔口对排渣有利，对天井槽腔爆破来说，主要应考虑排渣，故一般将起爆药包装于孔口3m左右位置，如遇到晶洞、裂隙，爆破时可能将邻孔切断，故采用两个起爆药包，一个位于孔底第三至第五个药包、一个位于距孔口3m左右的位置。
2．2．6填塞
炮孔孔口不装药长度按近似每响炮孔的抵抗线，一般第一响为0．1～0．2m，第二响为0．2～0．3m，其余槽孔0．3～O．4m，辅助孔为0．5～0．6m，周边孔为0．8～1．Om，填塞采用炮泥加木楔，填塞长度为O．2～O．3m。
2．2．7起爆方法和起爆网路
起爆方法是否可靠直接影响到爆破效果。为提高可靠性，采用非电导爆管加导爆索起爆，每个炮孔采用双雷管起爆。毫秒延时间隔时间，掏槽孔间隔时间取25～100ms，辅助孔取150～200ms。
3 技术经济指标
1980年7月后，掘进天井10个，设计总进尺为99．6m，一次爆破成井总进尺为102．62m(因实际炮孔利用率高于设计炮孔利用率)。一次成井高度稳定在12m，最高达14m，一次爆破成井达到设计要求的天井个数为100％，炮孔利用率为92％，创造了国内“盲天井深孔爆破一次成井”的新水平。根据集中试验月实际成井速度为39．9m／月，掌子面工效为0．39m／(工·班)，如果按合理劳动组合9人台钻为89．5m／(台·月)，按标定工时折算月成井速度可达123．3m／(台·月)，掌子面工效可达0．54m／(工·班)。12m以下的井炮孔利用率为92％，15m的井炮孔利用率为82．5％。此方法大多用于掘进盲天井。 ‘
该工艺的特点是允许三班连续作业，故月成井速度与劳动组织有关，采用4人台钻时，台班利用率只有44．4％，1979年7人台钻时，台班利用率为78％，实际月成井速度为89．5m／(台·月)。盲天井深孔爆破一次成井与普通法比较，月成井速度提高了1．5～3．3倍，掌子面工效比普通法提高26％以上，掘进成本略低于普通法，其中材料费比普通法低4．7％。
摘自《中国典型365体育与技术》