优化型采矿中深炮孔微差爆破切割拉槽方法
技术领域
本发明涉及无底柱分段崩落法采矿的切割拉槽方法,具体地指一种优化型采矿中深炮孔微差爆破切割拉槽方法。
背景技术
切割拉槽是无底柱分段崩落法采矿中至关重要的一个环节,作为最初的崩矿自由面及补偿空间,直接影响后续爆破回采工作能否顺利进行。
一般矿山的切割拉槽施工方法是切割巷与切割井联合拉槽法、切割井与中深炮孔联合拉槽法或是对称倾斜炮孔楔形切割拉槽法,如中国专利公告号为CN102943673A的切割深孔与切割小井联合的切割方法,中国专利公告号为CN1635264A的一种大跨度炮孔拉槽工艺。以上施工方法均需先施工出切割巷或是切割井,再在此基础上进行中深炮孔施工。这些方法的施工工程量大,作业环境危险,并且在遇到巷道顶板松软破碎或者粉矿无法按照常规方法开掘切割巷及切割井时,上述传统的切割拉槽方法均难以进行,拉槽效果差,成功率较低。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足,提供一种优化型采矿中深炮孔微差爆破切割拉槽方法。
为实现上述目的,本发明所设计的优化型采矿中深炮孔微差爆破切割拉槽方法,包括以下步骤:
1)切割拉耳工序:在采矿巷道进路的端部左右两侧分别向外垂直掘进一至两排炮位,出渣后形成切割拉耳部位,该切割拉耳部位形成采矿巷道进路的初始补偿空间;
2)钻凿垂直炮孔:以采矿巷道进路的端部顶面切割井区域的纵向中心线和横向中心线分别作为纵、横中剖线,划定一块矩形垂直炮孔布置区,沿该矩形垂直炮孔布置区的周边、以及在纵向中心线和横向中心线上钻凿13~15个垂直炮孔;
3)钻凿扩帮炮孔:在矩形垂直炮孔布置区的两长边外侧对应于切割拉耳部位的顶面分别钻凿2~3组扇形排面的扩帮炮孔,每组扩帮炮孔所形成的扇形排面都垂直于纵向中心线或平行于横向中心线,每组扩帮炮孔的数量为3~6个;其中,最外侧扩帮炮孔相对水平面的倾角为45~55°,中间其他扩帮炮孔的倾角依次递增,最内侧扩帮炮孔相对水平面的倾角为90°;
4)切割拉槽工序:采用微差爆破程序,毫秒微差导爆管雷管分段起爆,爆破顺序首先起爆矩形垂直炮孔布置区的垂直炮孔,为后续爆破提供充分的自由面,然后从内往外依次起爆各组扇形排面的扩帮炮孔,从而形成切割槽自由面。
本发明步骤2)中,矩形垂直炮孔布置区的尺寸规格为长×宽=(1.8~2.2m)×(0.8~1.2m),总共钻凿有14个垂直炮孔;其中:
第一、第二垂直炮孔布置在纵向中心线上,并对称位于横向中心线两侧80~150mm处;
第三、第四垂直炮孔布置在横向中心线上,并对称位于纵向中心线两侧120~200mm处;
第五、第六垂直炮孔分别布置在第一、第二垂直炮孔外侧的纵向中心线上,并分别与第一、第二垂直炮孔保持200~300mm相等间距;
第七、第八、第九、第十垂直炮孔两两相对布置在矩形垂直炮孔布置区的两长边中段外侧,并分别与纵向中心线保持600~800mm相等间距;
第十一、第十二、第十三、第十四垂直炮孔分别布置在矩形垂直炮孔布置区的四个角部。
本发明步骤2)中,第一、第二垂直炮孔为不填装炸药的空孔。
本发明步骤3)中,矩形垂直炮孔布置区的两长边外侧分别对称钻凿有2组扇形排面的扩帮炮孔,每组扩帮炮孔的数量为4个;其中:
位于左侧切割拉耳部位顶面前部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第十五、第十六、第十七、第十八扩帮炮孔构成;
位于右侧切割拉耳部位顶面前部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第十九、第二十、第二十一、第二十二扩帮炮孔构成;
位于左侧切割拉耳部位顶面后部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第二十三、第二十四、第二十五、第二十六扩帮炮孔构成;
位于右侧切割拉耳部位顶面后部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第二十七、第二十八、第二十九、第三十扩帮炮孔构成。
本发明步骤3)中,对应于左侧切割拉耳部位的各组扇形排面的扩帮炮孔的共同起钻点与对应于右侧切割拉耳部位的各组扇形排面的扩帮炮孔的共同起钻点也呈对称布置,且两个共同起钻点与矩形垂直炮孔布置区长边的间距D=500~1500mm。
本发明步骤3)中,针对同一组扇形排面的扩帮炮孔而言,相邻扩帮炮孔的孔底间距d=2.0~2.8m。
本发明步骤2)和步骤3)中,所有垂直炮孔和扩帮炮孔的直径为75~105mm、孔深为11~14m。
本发明步骤4)中,采用微差爆破程序的具体步骤如下,毫秒微差导爆管雷管分八段从内向外依次起爆:
第一段起爆第三、第四垂直炮孔;
第二段起爆第五、第六垂直炮孔;
第三段起爆第七、第八、第九、第十垂直炮孔;
第四段起爆第十一、第十二、第十三、第十四垂直炮孔;
第五段起爆第十五、第十九、第二十三、第二十七扩帮炮孔;
第六段起爆第十六、第二十、第二十四、第二十八扩帮炮孔;
第七段起爆第十七、第二十一、第二十五、第二十九扩帮炮孔;
第八段起爆第十八、第二十二、第二十六、第三十扩帮炮孔,最终形成切割槽自由面。
本发明的有益效果在于:全部采用中深炮孔拉槽,施工安全简单,减少了切割巷及切割井的施工量,大幅降低了切割成本,也有利于尽快形成回采落矿条件。先爆的垂直炮孔为后爆的扩帮炮孔提供充分的自由面,大大提高了拉槽的效果。本发明解决了无底柱分段崩落法采矿在松软破碎矿体或粉矿地段中无法按照常规方法开掘切割巷及切割井时的切割拉槽问题,该方法具有很强的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明切割拉槽方法中炮孔的横向方位示意图。
图2为本发明切割拉槽方法中炮孔的仰视方位示意图。
图3为本发明切割拉槽方法中炮孔的爆破顺序图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明,以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明,但它们不对本发明构成限定。
以金山店铁矿对本发明的试验效果进行详细的说明。金山店铁矿地质条件复杂,矿岩松软破碎,含泥量高,夹层多,并穿插不等厚高岭土层和绿泥石化蚀变软岩,成巷极差。金山店铁矿采用无底柱分段崩落法,采矿结构参数为中段高度70m,分段高度14m,进路间距16m,巷道宽3.6m、高3.2m。
采用本发明进行的优化型采矿中深炮孔微差爆破切割拉槽方法,包括以下步骤:
1)切割拉耳工序:如图2所示,在采矿巷道进路10的端部左右两侧分别向外垂直掘进一至两排炮位,出渣后形成切割拉耳部位20,该切割拉耳部位20形成采矿巷道进路10的初始补偿空间;
2)钻凿垂直炮孔工序:如图2、3所示,以采矿巷道进路10的端部顶面切割井区域的纵向中心线40和横向中心线50分别作为纵、横中剖线,划定一块长×宽=2m×1m的矩形垂直炮孔布置区30,沿该矩形垂直炮孔布置区30的周边、以及在纵向中心线40和横向中心线50上钻凿14个垂直炮孔;其中:
第一、第二垂直炮孔1、2布置在纵向中心线40上,并对称位于横向中心线50两侧80~150mm处;第一、第二垂直炮孔1、2为不填装炸药的空孔;
第三、第四垂直炮孔3、4布置在横向中心线50上,并对称位于纵向中心线40两侧120~200mm处;
第五、第六垂直炮孔5、6分别布置在第一、第二垂直炮孔1、2外侧的纵向中心线40上,并分别与第一、第二垂直炮孔1、2保持200~300mm相等间距;
第七、第八、第九、第十垂直炮孔7、8、9、10两两相对布置在矩形垂直炮孔布置区30的两长边中段外侧,并分别与纵向中心线40保持600~800mm相等间距;
第十一、第十二、第十三、第十四垂直炮孔11、12、13、14分别布置在矩形垂直炮孔布置区30的四个角部。
3)钻凿扇形排面的扩帮炮孔:如图1、2所示,在矩形垂直炮孔布置区30的两长边外侧对应于切割拉耳部位20的顶面分别对称钻凿2组扇形排面的扩帮炮孔,每组扩帮炮孔所形成的扇形排面都垂直于纵向中心线40或平行于横向中心线50,每组扩帮炮孔的数量为4个;其中,最外侧扩帮炮孔相对水平面的倾角为45~55°,中间其他扩帮炮孔的倾角依次递增,最内侧扩帮炮孔相对水平面的倾角为90°;其中:
位于左侧切割拉耳部位20顶面前部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第十五、第十六、第十七、第十八扩帮炮孔15、16、17、18构成;
位于右侧切割拉耳部位20顶面前部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第十九、第二十、第二十一、第二十二扩帮炮孔19、20、21、22构成;
位于左侧切割拉耳部位20顶面后部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第二十三、第二十四、第二十五、第二十六扩帮炮孔23、24、25、26构成;
位于右侧切割拉耳部位20顶面后部的一组扇形排面的扩帮炮孔由依次从内向外布置的第二十七、第二十八、第二十九、第三十扩帮炮孔27、28、29、30构成。
对应于左侧切割拉耳部位20的各组扇形排面的扩帮炮孔的共同起钻点O与对应于右侧切割拉耳部位20的各组扇形排面的扩帮炮孔的共同起钻点O'也呈对称布置,且两个共同起钻点与矩形垂直炮孔布置区30长边的间距D=500~1500mm。
针对同一组扇形排面的扩帮炮孔而言,相邻扩帮炮孔的孔底间距d=2.0~2.8m。
4)切割拉槽工序:如图3所示,采用微差爆破程序,毫秒微差导爆管雷管分八段起爆,爆破顺序首先起爆矩形垂直炮孔布置区30的垂直炮孔,为后续爆破提供充分的自由面,然后从内往外依次起爆各组扇形排面的扩帮炮孔,从而形成切割槽自由面:
第一段起爆第三、第四垂直炮孔3、4;
第二段起爆第五、第六垂直炮孔5、6;
第三段起爆第七、第八、第九、第十垂直炮孔7、8、9、10;
第四段起爆第十一、第十二、第十三、第十四垂直炮孔11、12、13、14;
第五段起爆第十五、第十九、第二十三、第二十七扩帮炮孔15、19、23、27;
第六段起爆第十六、第二十、第二十四、第二十八扩帮炮孔16、20、24、28;
第七段起爆第十七、第二十一、第二十五、第二十九扩帮炮孔17、21、25、29;
第八段起爆第十八、第二十二、第二十六、第三十扩帮炮孔18、22、26、30。
本实施例中各炮孔装药情况:垂直炮孔爆破条件最差,装药及起爆顺序最重要。各炮孔装药情况如表1所示:
表1 各炮孔装药及起爆顺序
本实施例中,第一、第二垂直炮孔1、2为空炮孔,垂直炮孔3~14和扇形排面的扩帮炮孔15~30为装药孔。
本实施例中爆破补偿系数计算:第一段起爆的补偿空间由两个空炮孔来提供。
空炮孔的体积为:V空=h×πd2/4=12×π(0.075)2/4=0.053m3
则空炮孔提供补偿空间为:V补=2×V空=0.212m3
第一段爆破所崩落矿石体积为:V矿=h×s=12×0.2×0.15=0.36m3
则第一段爆破补偿系数为:γ1=V补/V矿=0.106/0.36=29.44%
本实施例中炸药单耗计算:炮孔装药密度ρ为0.9~1kg/m3,直径75mm的炮孔单位装药量为3.97~4.48kg/m,井下炮孔装药量一般按4.0kg/m计算。
28个装药孔全部起爆时,装药量为:Q=20×48+8×40=1280kg
装药孔全部起爆崩落的矿岩量为:V矿'=h×S=12×2×16=384m3
则切割拉槽爆破炸药单耗为:q=Q/V矿'=1280/384=3.33kg/m3。