冬瓜山铜矿切割槽硐室替代切割天井扩槽的应用

潘 敏

（铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿）

冬瓜山铜矿是铜陵有色金属集团股份有限公司下属的一座超千米井深的采选联合矿山，年处理矿石量达420 万t，现主要回采新区的冬瓜山矿床和老区的大团山、花树坡矿床，主要采用阶段空场嗣后充填采矿法回采，V型堑沟采场底部结构出矿。切割天井用于为V 型堑沟采场底部结构和分段凿岩硐室扩槽爆破提供补偿空间，是采矿切割工序中不可或缺的一部分。新区冬瓜山矿段引进了切割天井钻机解决切割天井施工难题，老区大团山、花树坡矿段因巷道断面较小，不能满足切割天井钻机施工要求，仍采用传统工艺施工切割天井。传统工艺采用的普通法、吊罐法等施工切割天井，存在劳动强度大、效率低、安全性差等问题，不能满足矿山生产和安全管理需要［1-7］。切割天井一系列施工难题的根本原因是其竖直向上的空间属性，本文通过将竖直向上的切割天井改为水平方向的切割槽硐室，补偿空间从槽区中部转移至槽区一侧，并经现场试验进一步优化设计方案，以期解决切割槽硐室爆破扩槽夹制性大的技术难题，为矿山提供一种全新的爆破扩槽解决方案。

1 矿山概括

1.1 老区地质概况

大团山矿床为层控式矽卡岩型矿床，由1个主矿体和多个小矿体组成。主矿体产状与围岩基本一致，走向北东30°～35°，倾向南东，倾角中等，在不同地段倾角略有变化，最大70°，最小10°，一般35°～50°。主矿体走向长830 m，斜深最大652 m，工程见矿厚度最大69.47 m，最小1.35 m，平均29.65 m；矿体形态较简单，呈似层状，赋存标高-316～-788 m。矿床矿石致密坚硬、节理裂隙不发育、矿心完整性好，顶底板岩为矽卡岩夹角岩、大理岩夹角岩及石英闪长岩，岩性单一、层位稳定、完整性好，属坚硬岩石。矿床水文地质简单。

花树坡矿床为层控式矽卡岩型矿床，由1个主矿体和4个次要矿体组成。主矿体形态较简单，呈似层状产出，平面长度为420 m，最大延深385 m，赋存标高-370～-722 m。主矿体倾角20°～30°，平均27°，厚度1.40～36.31 m，平均12.11 m。岩性单一、层位稳定、完整性好，属坚硬岩石，矿床水文地质简单。

1.2 老区回采工艺简介

老区大团山、花树坡矿床主矿体端边部较薄、倾斜或缓倾斜，主要采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，如图1 所示。分段高度通常为12 m，分段凿岩硐室采用Rocket Boomer281 凿岩台车或气腿式凿岩机施工，在凿岩硐室内设计扇形上向中孔，钻孔凿岩采用SIMBA H1354 凿岩台车或YGZ90 钻机施工，孔径60 mm，排距1.4～1.6 m，孔底距1.4～1.8 m，采场底部设计V 型堑沟结构，采用6 m3电动铲运机出矿，切割天井用于为扩槽爆破提供补偿空间。

1.3 切割天井扩槽存在的困难

切割天井用于为扩槽爆破提供补偿空间，其断面通常为2 m×2 m，高度超出侧崩排孔1～1.5 m。矿山切割天井施工常采用的施工方法主要有普通法、吊罐法、切割天井钻机扩刷法等，普通法施工切割天井，作业人员在天井内架设工作平台上操作气腿式凿岩机施工上向掘进炮孔分次爆破成井，存在工作条件差、劳动强度大、材料消耗多、施工效率低、安全性差等问题；吊罐法施工切割天井，在上水平施工吊罐孔和信号孔，存在辅助工作量大、成本较高、安全性差等问题；切割天井钻机扩刷法，切割天井钻机外形尺寸较大，要求巷道断面大，主要用于新区切割天井施工，老区巷道断面小，切割天井钻机无法进入老区切割天井施工作业面。另外，采用切割天井爆破扩槽，爆破作业人员需在天井下方进行爆破作业，防护工作量大、安全性较差。

2 优化设计方案及现场试验

将竖直向上的切割天井改为水平方向的切割槽硐室，切割槽硐室上方施工上向扇形压顶扩槽孔，利用切割槽硐室为扩槽爆破提供补偿空间，完成爆破扩槽（图2）。切割槽硐室替代切割天井的本质是将施工难度大、安全性差的竖直向上的天井改进为施工方便、安全性好的硐室，两者主要区别在于切割天井位于扩槽孔中部，而切割槽硐室位于扩槽孔一侧，其爆破夹制性更大。针对切割槽硐室爆破扩槽夹制性大、扩槽孔底易衰减等难题，进行了关键技术攻关，经现场试验进一步优化了设计方案。

2.1 设计方案

2.1.1 切割槽硐室设计方案

顺利完成爆破扩槽的核心是扩槽孔具有足够的爆破补偿空间，切割槽硐室的作用就是为爆破提供补偿空间，因此，切割槽硐室设计至关重要。为确保矿岩爆破碎胀发生一次松散后有足够补偿空间，爆破补偿系数应大于矿岩一次松散系数。切割槽硐室位于扩槽孔一侧，其爆破夹制性较大，导致孔底衰减，造成扩槽高度不够。攻关目标为扩槽高度12 m、宽度3 m，为减小夹制作用，按补偿系数不小于1.3 进行设计，切割槽硐室宽度超出扩槽边孔50 cm，长度超出扩槽孔底1～1.5 m，切割槽硐室倾角根据掘进凿岩台车设备性能尽可能增大，以减小扩槽面积增大补偿系数。

因此，设计切割槽硐室宽度为4 m，高度根据钻孔凿岩台车作业参数确定为4 m，长度为13.5 m，方位角为与凿岩硐室方位呈90°，倾角为掘进凿岩台车可施工的最大倾角。

2.1.2 布孔设计方案

以切割槽硐室为爆破自由面，设计上向扇形中孔作为扩槽孔进行爆破压顶，采用双机心布置，扩槽孔排距1 m，扩槽宽度3 m，炮孔直径60 mm，孔底距1～1.3 m，孔深根据扩槽高度12 m 界线确定，如图3 所示。

2.1.3 爆破设计方案

炮孔内装入多孔粒状铵油炸药，孔底和孔口分别装入起爆弹和毫秒延期导爆管雷管，堵塞长度30～40 cm，每两排为1 个段次，通常3 个段次后进行1 次跳段以增加延期时间。经验算，爆破补偿系数为1.35＞1.3，炮孔装药系数约70%，炸药单耗约1.35 kg/t。

2.2 现场试验

在冬瓜山铜矿大团山矿床-640 m 中段和花树坡矿床-690 m 中段分别进行了设计扩槽高度8 m 和12 m 的现场爆破试验，试验主要数据如表1 所示。试验表明，三角柱的处理对扩槽孔底衰减有很大影响，施工掘进炮孔进行爆破预处理，能有效避免扩槽孔底衰减；采取的切割槽硐室宽度超出扩槽边孔50 cm、长度超出扩槽孔底1～1.5 m，每3个段次后进行1次跳段，减小夹制性的措施取得良好效果。

2.3 优化设计

（1）在扩槽处施工切割槽硐室，方位与凿岩硐室垂直，宽度超出扩槽边孔50 cm，断面4 m×4 m，长度超出扩槽孔底1～1.5 m。

（2）在切割槽硐室上方施工上向扇形压顶扩槽孔，扩槽孔排距1 m，扩槽宽度3 m，炮孔直径60 mm，孔底距1～1.3 m，在切割槽硐室与扩槽底孔形成的三角柱内施工掘进炮孔，进行爆破预处理。

（3）炮孔内装入多孔粒状铵油炸药，孔底和孔口分别装入起爆弹和毫秒延期导爆管雷管，堵塞长度30～40 cm，每两排为1 个段次，每3 个段次后进行1 次跳段以增加延期时间，为后续爆破提供更充足的补偿空间。

（4）经验算，补偿系数随着扩槽高度增大而减小，当扩槽高度12 m 时，计算补偿系数约1.35，因此上述设计方案适用于扩槽高度不大于12 m 情形。采取双侧切割槽硐室设计以增大补偿系数，实现更高要求的爆破扩槽，因钻孔随深度增加偏斜增大，且爆破夹制性增大，扩槽高度不宜超过15 m，设计方案如图4所示。

3 实施效果

切割槽硐室替代切割天井爆破扩槽技术已成功在冬瓜山铜矿应用。在采用上向中孔回采老区端部薄矿体过程中，针对端部薄矿体特征变化较大，为减少损失、贫化率，常需在1层硐室中设计多个槽区，在矿体转折较大处、厚度变大处等均可以施工1个切割槽硐室，方便、快速完成多个槽区布置，较好适应了端部薄矿体回采要求。

切割槽硐室采用掘进凿岩台车施工，机械化程度高、施工效率高、安全性好。采用上向扇形压顶孔扩槽，爆破作业人员不需要在天井下方装药，防护工作量小、成本低、安全性好；切割槽硐室长度、倾角及断面尺寸可根据布孔方案确定，也可根据实际情况选择布置单侧或双侧切割槽硐室巷道，灵活多变，适用性强。

切割槽硐室替代切割天井爆破扩槽技术，将传统的手工作业方式转变为机械化作业方式，解决了普通法、吊罐法施工切割天井安全性差的难题，提供了一种适用范围广、机械化程度高、安全性好、全新的爆破扩槽解决方案，取得了很大的经济和社会效益，具有较大的推广应用价值。

4 结论

（1）切割槽硐室替代切割天井爆破扩槽的核心是攻克夹制性大、扩槽孔底易衰减等技术难题，切割槽硐室宽度超出扩槽边孔50 cm，长度超出扩槽孔底1～1.5 m，倾角根据掘进凿岩台车设备性能尽可能增大，以减小扩槽面积增大补偿系数，是达到扩槽要求的重要保障。

（2）在切割槽硐室与扩槽底孔形成的三角柱内，施工掘进炮孔进行爆破预处理，是减少扩槽压顶孔底衰减的关键。

（3）采用毫秒延期雷管实现一次爆破扩槽，每两排为1 个段次，通常3 个段次后进行1 次跳段以增加延期时间，为后续爆破提供更充足的补偿空间。