[科普中国]-切割天井

简介

通钢集团板石矿业公司井下矿，是公司五大生产车间之一。矿山生产以磁铁矿为主，矿体以无底柱分段崩落法为主要开采方法，故此在切割平巷形成后，切割天井的形成将成为生产放矿的关键环节。在日常工作中，切割天井形成的主要方法是浅孔掘进形成天井。因这种方法影响面较大，主要体现在作业前准备时间占用比重较大，往往会使生产效率降低，并对掘进成本、经济效益有影响，同时安全隐患在无形中也暴露出很多问题，因此，成为矿山亟待解决的问题之一1。

采矿方法及构造板石矿业公司井下矿的采矿工艺主要是无底柱分段崩落法，中断高度60m，分段高度10m。巷道的规格为3m×3．5m，切割井高度平均10m，通常布置在上盘矿体（岩石）内，设计规格3m×2m，属于矩形切割井。

爆破体为磁铁矿，节理裂隙较发育，普氏硬度系数f=12～18。

特点适用于开采顶板不够稳固，厚度不大的缓倾斜层状矿床。它的特点是一次开采矿体全厚。根据工作面的布置形式，切割天井为：长壁崩落法切割天井、短壁崩落法切割天井和进路崩落法切割天井。①长壁崩落法工作面，布置与壁式采煤法近似。因矿石坚硬，多用凿岩爆破法落矿、电扒出矿。工作面长度一般不超过50～60m。近年在中硬以下矿体中，开始试验使用液压支架和采矿机的综合机械化长壁采矿法。②短壁崩落法，顶板稳固性差时将长壁面划分为短壁面以利顶板管理。③进路崩落法，顶板稳定性很差且矿体赋存不规则时,用宽2～2.5m的进路回采矿石，根据地压大小，每采1～2条进路崩落一次顶板。长壁崩落法采准和工作面布置简单，在缓倾斜薄矿层回采中是一种生产能力较大、效率较高、通风条件较好的采矿法。短壁和进路崩落法的工作面短小,灵活性大,适用于开采地压较大、赋存条件复杂的矿层。中国龙烟铁矿应用长壁崩落法。大部分粘土矿和锰矿应用短壁崩落法和进路崩落法。

新的爆破方法改变以往的浅孔爆破，采用掘进中深孔进行爆破形成切割井。所采用的深孔爆破成井，就是在设计切割井的位置沿切割井高度钻凿几组平行的深孔，在采用技术参数合理布置深孔的条件下进行分次爆破，从而完成符合设计要求的掘井工艺。

采用该方法与平巷掘进有相似之处。平巷掘进时利用掏槽孔为补偿空间，使辅助孔、周边孔起到了很好的爆破效果。该方法则采用掘进施工过程中的掏槽法形成自由面。以空孔为自由面和补偿空间，利用大孔径的掏槽孔将爆破空间扩大，1段爆破后将加大自由面的形成，为辅助孔、周边孔的爆破创造有利条件。同时利用辅助孔和周边孔的爆破效应最终形成切割天井。

该方法在进行中深孔布置过程中，要求各参数的确定位置非常严格，其中垂直深孔要求绝对垂直，1段中掏槽孔的倾斜角度在±1°，由于炮孔数目较多，要求巷道的质量必须通过验收标准，顶板宽度达到3m。装药结构和起爆顺序相对比较简单、操作性强，易于掌握，通常本水平切割井是布置在上水平中断有工程并已经形成矿石回采处，将切割井与上水平巷道拉透有利于采矿爆破，因此，切割井的高度通常布置为6～6．5m，同时在分段高度不大时易实现一次成井。

中深孔凿岩爆破参数的确定炮孔直径。中心孔作为自由面和补偿空间，其直径采用大孔径取75mm，其余孔径与井下矿常规中深孔落矿凿岩钎头相同，取45～50mm。

炮孔排列方式。为获得较好的爆破效果，在炮孔排列时要严格控制。在3m井壁处，各布置两排扇型孔，每排3个孔。切割井高度为10m时，3个孔的角度分别为左孔82°，中间孔90°，右孔82°（当切割井高度为6m时，角度分别为左孔79°，中间孔90°，右孔79°）。其中形成掏槽的5个孔采用“角柱型布孔方式”进行布置。中间孔不装药，为形成掏槽效应，其余4孔分别向中心孔倾斜85°，且先起爆，以形成一个补偿空间（具体位置：其中两孔在纵向中心距帮0．5m处，另外两孔在横向中心1．0m处）。2段的4个孔分别作成90°垂直巷道的一组平行深孔。

炮孔参数掏槽孔孔距，中心孔距其它各装药孔的距离为500mm。各装药孔之间的距离为600mm。

辅助孔布置在距中心700mm对角线上。周边孔距辅助孔应取700mm。

炸药的选取及装药方式采用两种炸药：1）药卷，规格为200mm（长）×45mm （直径）；2）袋装粉药（硝铵炸药）。在对炮孔进行装药时，掏槽的形成至关重要，因此，对掏槽孔的装药不能减少，同时也不可过大。首先考虑它与相临炮孔之间的距离，防止在爆破过程中代孔的现象发生，采用药粉爆破时，装药量要选适当。采用药卷进行掏槽时，以粉药为辅助孔装药，最终爆破成型。

炮孔填塞方式的选取当利用药卷进行爆破时，将采用和好的黄泥作为填塞材料。在填塞过程中，为确保爆破效果，需要将填塞物填塞均匀，减少空隙度。填塞长度控制在400～500mm。

当采用硝铵炸药进行爆破时，由于它的爆炸威力大，将选用适度的炸药量进行爆破，同时装药量控制在距孔口600～700mm处2。

起爆方法及爆破机理起爆方式仍采用井下矿通用的爆破方法。根据布孔和装药形式以及爆破机理，采用导爆管与导爆索联合起爆方式。采用药卷或药粉爆破时，导爆管根据装药的长度装入孔内，导爆管主要起到分段的效果，同时利用这一特性对全部炮孔进行微差爆破，导爆索与导爆管进行相互连接，利用导爆索起爆。

爆破完成后，切割井的形状与规格基本与设计要求相符：

1）切割井一次爆破深度与设计深度误差控在±500mm；

2）爆破冲击波对周围岩石破坏程度较小，不会影响中深孔的正常掘进；

3）井壁相对平整、无大块产生、安全性强，对周围中深孔掘进不会产生影响。

总结该方法的应用将简化了切割井的形成工艺，降低了安全事故的发生频率，减少了人力、物力消耗，大幅降低了现场工作难度，从而使生产效率与经济效益得到了双赢，由于这种简单快捷的方式，也将为采矿形成自由面而做准备3。