井下凿岩台车掘进切割槽替代切割天井扩槽的施工方法与流程

1.本发明涉及矿石开采方法技术领域，尤其涉及井下凿岩台车掘进切割槽替代切割天井扩槽的施工方法。


背景技术：

2.切割天井是为井下采矿爆破扩槽提供补偿空间的最重要手段，广泛应用在分段空场采矿法、无底柱分段崩落采矿法及“v型”堑沟拉底等上向扇形中孔爆破中。切割天井施工常采用的施工方法有普通法、吊罐法、一次爆破成井法、切割天井钻机扩刷法。普通法施工切割天井，工作条件差，劳动强度大，安全性低；吊罐法施工切割天井，需上水平具备施工吊罐孔条件，辅助工作量大，安全性低；一次爆破成井法，钻孔工作量大，孔间距小，相邻钻孔易串通，要求钻孔精度高，施工成本高，不适用于矿岩较破碎矿山；切割天井钻机扩刷法，施工准备工作量大，切割天井钻机体型大，要求巷道断面大，不适用于小断面巷道的矿山。无论用上述哪一种方法，切割天井由于是竖直向上的天井，施工难度大、安全性差。
3.例如中国发明专利授权公告号cn105178961b公开了一种宽大采场深孔凿岩阶段空场嗣后充填采矿法，包括2）采准：采准工程主要有通风天井、矿石溜井、受矿巷道、出矿进路、出矿巷道、凿岩硐室联络道和深孔凿岩硐室；（3）切割：切割天井、堑沟拉底巷道（即受矿巷道），该专利就是需要切割天井来爆破扩槽。


技术实现要素：

4.基于切割天井的弊端，申请人尝试用一种新的方法来实现爆破扩槽，替代切割天井，这是之前人们没有想过的，是一种新的技术路线，申请人为此做出了尝试，最终得到本发明的技术方案。
5.本发明要解决的技术问题是现有的利用切割天井来爆破扩槽施工难度大、安全性差，为此提供一种施工效率高、安全性好、准备工作量小、成本低、适用性强的利用井下凿岩台车施工切割槽替代切割天井来爆破扩槽的施工方法。
6.为了规避切割天井竖直向上带来的缺陷，申请人另辟蹊径，尝试在凿岩硐室完成后，在凿岩硐室的一侧施工切割槽硐室，在扩槽处施工与凿岩硐室垂直的切割槽硐室，切割槽硐室上方施工上向扇形压顶扩槽孔，扩槽炮孔内装入多孔粒状铵油炸药，采用毫秒延期导爆管雷管起爆，利用切割槽硐室替代切割天井完成爆破扩槽，爆破人员不需要在天井下方作业，掘进及钻孔均采用机械化设备施工，机械化程度高、劳动强度小、施工效率高、安全性好、经济及社会效益显著。
7.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、安全性好的坑道，利用切割天井进行爆破扩槽的设计方案如图1所示，切割天井1位于凿岩硐室2中间，在切割天井内形成上向扇形中孔3，侧崩排孔4位于上向扇形中孔两侧，利用切割槽硐室进行爆破扩槽的设计方案如图2所示，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，其主要步骤有：确定攻关目标，制定设计方案，将设计方案进行现场试验，根据实验效果优化设计并形成示范工艺。
8.一是确定攻关目标：分段空场采矿法、无底柱分段崩落采矿法及“v型”堑沟拉底等广泛应用的切割天井爆破扩槽，其扩槽高度通常在8～12米之间，宽度通常在3米左右，因此将扩槽高度达12米、宽度达3米作为切割槽硐室爆破扩槽攻关目标。
9.二是制定设计方案：（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。根据冶金工业出版社的《放矿理论基础》，崩落矿岩产生的碎胀称为一次松散，一次松散系数为1.15～1.25，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。利用切割天井提供扩槽爆破补偿空间已得到广泛应用，充分验证了补偿系数不小于1.25时，可达到良好的爆破扩槽效果。切割槽硐室位于扩槽孔一侧，其爆破夹制性更大，夹制性增大或导致孔底衰减，孔底衰减将造成扩槽高度不够，攻关目标为扩槽高度达12米、宽度达3米，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厘米，长度超出扩槽孔底1米～1.5米，切割槽硐室与水平面的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米（3 0.5
×
2），高度根据钻孔凿岩台车作业参数确定为4米，长度为13.5米（12 1.5），方位角为与凿岩硐室方位呈90度，倾角为掘进凿岩台车可施工的最大倾角，如图2所示。
10.（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米，扩槽宽度3米，炮孔直径60毫米，孔底距1米～1.3米，孔深根据扩槽高度12米界线确定，如图2所示。
11.（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，起爆弹内装入毫秒延期导爆管雷管，堵塞长度30～40厘米，每两排为一个段次，通常三个段次后进行一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，爆破设计方案如图3所示。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1.35kg/t。
12.三是进行现场试验在某矿-640m中段和-690m中段分别进行了设计扩槽高度8米和12米的现场爆破试验，在钻凿扩槽孔过程中，凿岩钻机因无法施工切割槽硐室处小倾角扇形底孔而形成三角柱，扩槽高度8米试验未对该三角柱进行特殊处理，扩槽高度12米试验采用掘进凿岩台车在三角柱内钻凿若干掘进炮孔，并进行爆破预处理，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；采取的切割槽宽度超出扩槽边孔50厘米、长度超出扩槽孔底1米～1.5米、每三个段次后进行一次跳段等减小夹制性的措施取得良好效果。
13.由此得到本发明的技术方案是：井下凿岩台车掘进切割槽替代切割天井扩槽的施工方法，包括以下步骤：（1）、施工切割槽硐室：以凿岩硐室至少一侧为扩槽处，在扩槽处采用凿岩台车施工与凿岩硐室垂直的切割槽硐室，所述切割槽硐室的宽度超出扩槽处50厘米，长度超出扩槽处1米～1.5米，高度4米，与水平面具有夹角；（2）、布孔：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米，扩槽宽度3米，炮孔直径60毫米，孔底距1米～1.3米，孔深根据扩槽高度界线确定；（3）、爆破：所述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，所述起爆弹内装入毫秒延期导爆管雷管，所述毫秒延期导爆管雷管堵塞长度30～40厘米，每两排炮孔为一个段次，多个段次后进行一次跳段以增加延期时间。
14.上述方案的改进是在步骤（2）中，在所述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。
15.上述方案中所述切割槽硐室有一个，扩槽高度不大于12米。
16.上述方案中所述切割槽硐室有两个，分别位于凿岩硐室的两侧，扩槽高度不大于15米。
17.上述方案中所述切割槽硐室的断面4米
×
4米。
18.上述方案中所述炮孔的装药系数是70%。
19.上述方案中所述多个段次为三个段次。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、与切割天井爆破扩槽相比，爆破作业人员不需要在天井下方进行装药，爆破作业防护量更少，作业更安全。
21.2、切割槽硐室采用凿岩台车施工，机械化程度高，安全性好。
22.3、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，灵活多变，适用性强。
23.4、在凿岩台车施工凿岩硐室时便可一同施工切割槽硐室，准备工作少，施工成本低。
24.5、凿岩台车施工效率高，施工成本降低，经济效益明显。
附图说明
25.图1a为切割天井的爆破扩槽i-i剖面图；图1b为图1a的
ⅱ‑ⅱ
剖面图；图1c是图1a的
ⅲ‑ⅲ
剖面图；图2a是本发明的切割槽硐室爆破扩槽i-i剖面图；
图2b是图2a的
ⅱ‑ⅱ
剖面图；图2c是图2a的
ⅲ‑ⅲ
剖面图；图3是本发明的单侧切割槽硐室爆破扩槽爆破设计示意图；图4是本发明的炮孔装药示意图；图5a是本发明的双侧切割槽硐室爆破扩槽爆破设计示意图；图5b是图5a的i-i剖面图；图中：1、切割天井，2、凿岩硐室，3、上向扇形中孔，4、侧崩排孔，5、切割槽硐室，6、三角柱；7、掘进炮孔，8、炮泥，9、多孔粒状铵油炸药，10、毫秒延期导爆管雷管，11、导爆管，12、起爆弹，ms1、1段毫秒延期导爆管雷管， ms3、3段毫秒延期导爆管雷管，ms6、6段毫秒延期导爆管雷管，ms8、8段毫秒延期导爆管雷管，ms12、12段毫秒延期导爆管雷管，ms14、14段毫秒延期导爆管雷管。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在扩槽处施工切割槽硐室5，方位为与凿岩硐室垂直，宽度超出扩槽边孔50厘米，断面4米
×
4米，长度超出扩槽孔底1米～1.5米；
⑵
在切割槽硐室上方施工上向扇形压顶扩槽孔即上向扇形中孔3，扩槽孔排距1米，扩槽宽度3米，炮孔直径60毫米，孔底距1米～1.3米，在切割槽硐室与扩槽底孔形成的三角柱6内施工掘进炮孔7进行爆破预处理，如图2a、2b、2c所示；（3）炮孔内装入多孔粒状铵油炸药9，孔底和孔口分别装入起爆弹12，起爆弹内装入毫秒延期导爆管雷管10，堵塞长度30～40厘米，导爆管11是毫秒延期导爆管雷管的脚线，每两排为一个段次，每三个段次后进行一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，如图3、4所示，其中ms1表示1段毫秒延期导爆管雷管，ms3表示3段毫秒延期导爆管雷管，ms6表示6段毫秒延期导爆管雷管，ms8表示8段毫秒延期导爆管雷管，ms12表示12段毫秒延期导爆管雷管，ms14表示14段毫秒延期导爆管雷管，；
⑷
经验算，补偿系数随着扩槽高度增大而减小，当扩槽高度12米时计算补偿系数约1.35，因此上述设计方案适用于扩槽高度不大于12米情形。可采取双侧切割槽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米，设计方案如图5a、5b所示。
28.本发明的关键点1、切割槽硐室与凿岩硐室垂直，宽度超出扩槽边孔50厘米，长度超出扩槽孔底1米～1.5米。
29.2、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，有效避免扩槽孔底衰减。
30.3、根据掘进凿岩台车设备性能，尽可能增大切割槽硐室倾角以减小扩槽面积增大补偿系数，并验算设计方案补偿系数，确保不小于1.3。
31.4、上向扇形扩槽（中）孔采用双机心布孔设计，孔径60毫米，排距1米，孔底距1～
1.3米，扩槽宽度3米，孔深一般超侧崩排孔0.5米。
32.5、采用毫秒延期雷管实现一次爆破扩槽，每两排为一个段次，通常三个段次后进行一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。
33.6、采用单侧切割槽进行爆破扩槽，扩槽高度不大于12米；采用双侧切割槽进行爆破扩槽，扩槽高度不大于15米。