硬岩快速开掘天井爆破设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种硬岩快速开掘天井爆破设计方法，其方法步骤为：（1）在拟开掘天井工作面的中心位置下向钻爆破中心孔，再以爆破中心孔为中心的圆周上钻若干空孔；（2）爆破中心孔采用VCR法实施中心单孔分次爆破，形成中心导硐；（3）以中心导硐为自由空间，利用侧向崩落炮孔实施分段同次侧向爆破快速掘井；所述侧向崩落炮孔布置的圈径按照式（I）计算，孔数按照式（II）计算。本发明先用VCR法钻设以爆破炮孔，利用下部空间自由面和周围孔的补偿空间快速形成天井中心导硐，然后利用中心导硐外侧炮孔实施侧向爆破一次成井；可实现快速开掘切割天井、充填天井及措施井等简易竖井工程；为井下矿石大规模协同开采创造基础条件，保障矿石供给速度。
【专利说明】
硬岩快速开掘天井爆破设计方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种矿山开掘技术，尤其是一种硬岩快速开掘天井爆破设计方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，冶金矿山经济环境整体下滑，铁精粉价格断崖式下跌，国际巨头逆势增 产。为摆脱对外矿体资源的依赖，我国正加快步伐推进大规模高效开采技术的研究。然而， 为了超大能力开采所需采矿方法中的切割天井、充填天井及措施井等工程的爆破开掘技术 还没有明显的改进。尤其是对硬岩、夹制性较大的矿岩条件，爆破技术在一些矿山的应用仍 沿用传统的单一爬罐法、VCR法、下向短掘法等，阻碍了施工速度。
[0003] 常规深孔掘天井的方法有两类，一是空孔掏槽法，二是漏斗爆破法。空孔掏槽需要 钻凿很多空孔提供侧向自由爆破空间，深孔钻凿效率低，而且偏心率很难掌控;漏斗爆破法 工艺复杂，需要对装药、填砂等工序反复测量，易造成堵孔现象，分层炮孔多、爆破连线要求 高，最后一次爆破安全性差，分层分次爆破次数多。常规潜孔掘天井的爆破方法有吊罐法、 爬罐法、下向掘进法，开掘速度比照深孔掘井法慢、且安全性差。
[0004] 因此，需要一种适应于硬岩条件下的快速爆破开掘天井技术来满足未来矿山大规 模开采的协同要求。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种硬岩快速开掘天井爆破设计方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：（1)在拟开掘天井工作面的中 心位置下向钻爆破中心孔，再以爆破中心孔为中心的圆周上钻若干空孔； (2) 爆破中心孔采用VCR法实施中心单孔分次爆破，形成中心导硐； (3) 以中心导硐为自由空间，利用侧向崩落炮孔实施分段同次侧向爆破快速掘井;所述 侧向崩落炮孔布置的圈径按照式(I)计算，孔数按照式(II)计算；
式中：i=l、2、3. . .η; k为矿岩松散系数； Di侧向崩落炮孔的第i圈圈径，m; Do表示与爆破中心孔平行的空孔的圈径，为0.8m~1.2m; &为各圈侧向崩落炮孔的个数； m为密集系数，取1~2。
[0007] 本发明所述步骤（1)中，爆破中心孔的直径为120mm~150mm，在400mm~600mm的圆 周上钻4~6个与爆破中心孔竖向平行且同孔径的。
[0008] 本发明所述步骤（2)中，爆破时的单次装药长度700mm~900mm，药包埋置深度 800mm~1500mm，单次爆破层高为1.5m~2m。
[0009] 本发明所述步骤(2)中，经过10~15次爆破可形成20m~30m深的导硐。
[0010] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明根据拟施工开掘天井轮廓尺 寸，先在天井中心钻设爆破炮孔(爆破中心孔及空孔），利用下部空间自由面和周围孔的补 偿空间采用VCR法爆破中心孔快速形成天井中心导硐，然后利用中心导硐外侧炮孔实施侧 向爆破一次成井;可实现快速开掘切割天井、充填天井及措施井等简易竖井工程;本方法开 掘的切割天井可为井下矿石大规模协同开采创造基础条件，保障矿石供给速度。
[0011] 本发明综合了深孔法中空孔掏槽和漏斗爆破法的优点，以中心孔爆破快速在天井 中心处形成导硐，然后利用外圈侧向深孔一次侧向爆破崩落成井，有效地缩短了成井时间， 安全性和高效性均较常规方法好。
【附图说明】
[0012] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0013]图1是本发明爆破炮孔布设不意图； 图2是本发明侧向炮孔布设圈示意图。
[0014]图中：1 一爆破中心孔;2-空孔;3-侧向崩落炮孔;〇 -与爆破中心孔平行的空 孔的圈径一第一圈侧向崩落炮孔的圈径;-第二圈侧向崩落炮孔的圈径;-第 三圈侧向崩落炮孔的圈径。
【具体实施方式】
[0015] 本硬岩快速开掘天井爆破设计方法适用于硬岩简易天井（长度20m~30m)的爆破 掘进工程；图1、2所示，本方法步骤为：（1)在拟开掘天井工作面的中心位置下向钻120mm~ 150mm直径的爆破中心孔1;再以爆破中心孔1为中心，在半径400mm~600mm的圆周上钻4~6 个与爆破中心孔1竖向平行的空孔2,空孔2与爆破中心孔1孔径相同。
[0016] (2)待掘天井正下方的巷道为自由空间，以4~6个空孔2为侧向补偿空间，运用VCR 法（大直径深孔球状药包由下而上爆破）实施中心单孔分次爆破，单次装药长度700mm~ 900mm，药包埋置深度800mm~1500mm，单次爆破层高为1.5m~2m;经过10~15次爆破可形成 20m~30m深的中心导硐，中心导硐的半径为400mm~600mm。所述巷道为天井开掘前施工完 成的切割巷道。
[0017] (3)用侧向崩落炮孔以导硐和下部巷道为自由空间进行爆破，侧向崩落炮孔3布置 的圈径由式(I)计算：
其中：i=l、2、3. . .η; 女为矿岩松散系数； Pi侧向崩落炮孔的第i圈圈径，m; P 〇表示与爆破中心孔平行的空孔圈径，为0.8m~1.2m。
[0018] (4)根据式（I)计算出侧向崩落炮孔3的圈径值，依此设计侧向崩落炮孔3-次爆 破，若第一圈侧向崩落炮孔的圈径不能达到天井尺寸规格，则按照公式迭代计算第二圈 、第三圈...第η圈侧向崩落炮孔的圈径/η，直到满足天井尺寸规格，圈内炮孔同 段，不同圈分段同次爆破。各圈侧向崩落炮孔3的孔间距按照式(II)计算：
其中： Λ^·为各圈侧向崩落炮孔的个数； 汐i意义同上； ?为密集系数，取1~2。
[0019] 实施例：某黄金矿山在空区上部开掘一条通向地表的充填井，井径2m，采用地质钻 进行钻孔，孔径150mm。该金矿岩石较硬，松散系数1.3~1.5,充填井爆破采用乳化炸药，炸 药密度1007kg/m 3,药包直径120mm。
[0020] 取松散系数k=l .4,天井中心利用地质钻钻一 150mm直径VCR法炮孔(爆破中心孔）， 在周围距离中心500mm(D〇的二分之一，取D〇=lm)的圆周上均匀布置5个空孔。实施VCR法爆 破，单次装药长度700mm~900mm，药包埋置深度800mm~1500mm，单次爆破层高为1.5m~2m。
[0021] 利用公式（I)计算出D1=l.87m，即布设一圈侧向崩落炮孔可基本满足2m直径充填 井尺寸规格的要求。
[0022]侧向炮孔圈布孔密集系数取1.5,利用公式（II)计算出第一圈炮孔数量为9个;将9 个炮孔均匀布置在第一圈。
[0023]最终利用本方法所设计的爆破参数，快速开掘了地表充填井，有效及时的对空区 进行了充填，避免空区灾害事故的发生。
【主权项】
1. 一种硬岩快速开掘天井爆破设计方法，其特征在于，其方法步骤为：（1)在拟开掘天 井工作面的中屯、位置下向钻爆破中屯、孔（1)，再W爆破中屯、孔（1)为中屯、的圆周上钻若干空 孔U); (2 )爆破中屯、孔（1)采用VCR法实施中屯、单孔分次爆破，形成中屯、导砸； (3) W中屯、导砸为自由空间，利用侧向崩落炮孔(3)实施分段同次侧向爆破快速掘井； 所述侧向崩落炮孔(3)的圈径按照式(I)计算，孔数按照式(II)计算；式中：i=l、2、3. . .η; k为矿岩松散系数； 化侧向崩落炮孔的第i圈圈径，m; D质示与爆破中屯、孔平行的空孔的圈径，为0.8m~1.2m; Ni为各圈侧向崩落炮孔的个数； m为密集系数，取1~2。2. 根据权利要求1所述的硬岩快速开掘天井爆破设计方法，其特征在于:所述步骤（1) 中，爆破中屯、孔（1)的直径为120mm~150mm，在400mm~600mm的圆周上钻4~6个与爆破中屯、 孔竖向平行且同孔径的空孔(2)。3. 根据权利要求1所述的硬岩快速开掘天井爆破设计方法，其特征在于:所述步骤(2) 中，爆破时的单次装药长度700mm~900mm，药包埋置深度800mm~1500mm，单次爆破层高为 1.5m~2m〇4. 根据权利要求1、2或3所述的硬岩快速开掘天井爆破设计方法，其特征在于:所述步 骤(2)中，经过10~15次爆破可形成20m~30m深的导砸。
【文档编号】E21D1/00GK106089212SQ201610568150
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】翟会超, 南世卿, 胡巍巍
【申请人】河北钢铁集团矿业有限公司