一种超高度无切割井斜线对称强制拉槽方法与流程

本发明涉及地下采矿领域，更具体地说，涉及一种超高度无切割井斜线对称强制拉槽方法。

背景技术：

国内传统的采场高度在＞20米时，一般采用有切割井拉槽，但有井拉槽需满足采场顶部有切割井硐室、联络道等工程，具备天井钻机施工等必要条件。当矿体连续厚度介于20～35米时，分为2个分层回采采切比较大；如采用普通法施工切割井，高度不大大于15米，且安全性差。当矿体分支复合现象频繁时，可采用无切割井强制拉槽工艺技术，各层盲矿体可以只设出矿拉底水平、共用顶部充填水平，相比之下，有井拉槽采切比、废石混入率等较大。

无切割井强制拉槽有两种方式。第一种是楔形对称平行深孔拉槽技术，楔形对称平行深孔拉槽技术主要以切割巷作为爆破自由面，利用对称倾斜平行炮孔进行多重楔形掏槽，逐次将切槽抬至设计高度，如图1、图2所示。楔型掏槽采用对称式倾斜平行炮孔，炮孔直径65～80mm，排面前倾角度从40°左右开始，逐渐抬高到90°，炮孔排面间距1.5～1.8m，同一排面角度的炮孔左右相互对称，每排4个炮孔，孔与孔相互平行，孔间距一般根据切割槽宽度而定，宽度越大越利于切割槽爆破。左右对称的排面爆破要同步，根据切割巷道补偿空间大小计算出第一次爆破的排数，第一次爆破后，应在对应的进路或切巷内进行松动出矿，以补充后续爆破所需空间，逐次爆破形成切割槽。随着凿岩和装药设备的技术提升，该方法拉槽高度有提升空间。

第二种是平行扇形深孔爆破成槽技术。平行扇形深孔爆破成槽技术是在切割平巷中布置扇形排孔，以切割平巷为爆破自由面和补偿空间，逐排炮孔按角度分段微差一次爆破成槽的拉割方法，如图3、图4所示。扇形孔排面垂直于进路，根据切割平巷宽度，在切割平巷内布置3～4排小排距扇形炮孔，从边孔开始分段起爆，逐孔抬高一次切割成槽。炮孔直径65～80mm，根据切割巷宽度调整排距，一般为1.0～1.3m；根据拉槽高度确定每排炮孔数目，切割炮孔中各排相同角度的炮孔应在一个平面内。拉槽炮孔施工与回采落矿炮孔施工相同，每排孔只需移机1次，拉槽炮孔施工方便。该方法属一次爆破成槽，不能分次爆破，拉槽高度受切割平巷断面补偿空间限制，高度很难提高。

随着凿岩设备越来越先进，分段凿岩高度越来越大，采场分段高度已经可以提高至30m以上，使切割井施工成本越来越高，安全风险也随着增加，现在缺少可靠的高分段无切割井拉槽技术，很难将拉槽高度提高到30m。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的采场分段高度低、成本高、安全风险高问题，本发明提供了一种超高度无切割井斜线对称强制拉槽方法。它具有采场分段高度高、成本低、安全风险低的优点。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种超高度无切割井斜线对称强制拉槽方法，步骤如下：

1)根据采场条件，对进行施工，完成出矿进路、切割巷、联巷、集矿堑沟的施工，形成采场；

2)在切割巷中间施工形成挑顶区，挑顶区为三角区；

3)使用钻孔台车在切割巷挑顶区左右对称位置确定钻孔施工点，钻孔施工点根据炮孔排面前倾角度钻孔，前倾角度相对于水平面为40°～88°，中间至两边炮孔排面水平倾角递增；

4)在钻孔完成后，进行填塞，形成炮孔填塞区，根据炮孔排面依次爆破，每次爆破2个对称孔位的排面炮孔，在进行爆破，爆破出矿。

更进一步的，步骤2中挑顶区顶部高度为2-2.5m，使钻机在挑顶区向两侧施工。保证了初期角度大的钻孔时候施工顺利进行。

更进一步的，步骤3中挑顶区左右两侧的钻孔施工点为9～13个，每个对应钻孔设置2～3个炮孔排面。多排面设置保证了在岩深的部分爆破完全。

更进一步的，炮孔孔径设置为80mm，最小抵抗线根据单孔装药量计算最小抵抗线值，最小抵抗线和孔径的比值计算最小抵抗线值，两者取小值，为炮孔排面排距；根据单孔装药量计算最小抵抗线值：W＝d(7.85△·k/mq)0.5，其中W为最小抵抗线，单位为米，d为孔径，单位为分米，△为炸药密度，单位为克/毫升，k为装药系数，k＝0.65～0.85，m为深孔孔底密集系数，m＝1～1.25，单位炸药消耗量，单位千克/立方米；最小抵抗线和孔径的比值计算最小抵抗线值：W＝(25～30)d。保证了在不同硬度的矿石中选择合适的炮孔孔径和炮孔排面排距，炮孔排距需小于、等于最小抵抗线爆破更加经济。

更进一步的，每个钻孔施工点构成的间距为1.9～2.4m，每一个钻孔施工点的炮孔排面间距，孔口距a＝0.2m，孔底距a1＝mW，m为深孔密集系数，深孔密集系数m＝1.0～1.25。保证了最终爆破的高度，使得爆破可以达到超高度。

更进一步的，每一炮孔排面设置有自左至右4个炮孔1、2、3、4，炮孔1、2与炮孔3、4沿联巷中心竖直对称，中间两个炮孔2、3与联巷水平面夹角α＝90°，1、4孔与联巷水平面夹角β＝87°～89°。保证了爆破面的方向性，爆破区域更大。

更进一步的，每一炮孔排面2、3孔间距b，炮孔排面1、2孔间距和2、3孔间距c，各炮孔排面1、4孔与巷面间距d相同，b、c、d依次减小。保证了与附近面爆破的更完全。

更进一步的，爆破后的拉槽区夹制性大，拉槽区抵抗线为排孔最小抵抗线的0.6～0.8倍，拉槽区抵抗线从中间至两边炮孔排面逐渐增大。孔距略大于抵抗线时，拉槽效果较好。

更进一步的，步骤3钻孔深度为从从中间至两边炮孔排面逐渐增大后减小，炮孔填塞区深度为1.2～2m，相应的炮孔填塞区深度增大后减小。填塞的目的在于使炸药爆炸的能量得到很好利用，改善岩石爆破破碎效果。

更进一步的，步骤4过程中，每一次爆破后采用全站仪或三维激光扫描仪对爆破效果进行检查，发现与爆破设计偏斜较大时，停止爆破，从出矿进路或者集矿堑沟通过补孔处理悬顶，补孔处理后接着爆破炮孔，直至拉槽爆破全部完成。保证了包括过程中的顺利完成，保证偏斜时候的后续稳定爆破。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明的方案，将采矿采场高度增加至33米的超高度，工艺过程中提高采场生产强度，降低采切比，节省采矿成本；

(2)在不施工切割井的情况下，直接采用上向深孔强制拉槽，为后续采场大规模落矿创造条件，降低施工切割井的成本和安全风险，减少现场施工的工序，降低管理成本；

(3)挑顶区左右两侧设置多个钻孔施工点，多排面设置保证了在岩深的部分爆破完全；

(4)最小抵抗线的计算，最小抵抗线根据单孔装药量计算最小抵抗线值，最小抵抗线和孔径的比值计算最小抵抗线值，两者取小值，综合计算，保证了在不同硬度的矿石中选择合适的炮孔孔径和炮孔排面排距，炮孔排距需小于、等于最小抵抗线爆破更加经济；

(5)每个钻孔施工点构成的间距，保证了最终爆破的高度，使得爆破可以达到超高度；

(6)每一炮孔排面设置有自左至右4个炮孔1、2、3、4，保证了爆破面的方向性，爆破区域更大；

(7)爆破后的拉槽区夹制性大，拉槽区抵抗线为排孔最小抵抗线的0.6～0.8倍，拉槽区抵抗线从中间至两边炮孔排面逐渐增大。孔距略大于抵抗线时，拉槽效果较好。

(8)每一次爆破后采用全站仪或三维激光扫描仪对爆破效果进行检查，通过补孔处理悬顶，保证了包括过程中的顺利完成，保证偏斜时候的后续稳定爆破；

(9)本发明依托国产穿爆设备进行施工，工艺简单，安全可靠；该发明可应用于高分段空场嗣后充填采矿法、高分段崩落采矿法或深孔留矿法等采矿方法，应用前景广阔；成本降低，每吨矿制造成本可节省1～3元。

附图说明

图1为楔形对称平行深孔拉槽方法进路方向示意图；

图2为楔形对称平行深孔拉槽方法切割巷方向示意图；

图3为平行扇形深孔爆破成槽方法进路方向示意图；

图4为平行扇形深孔爆破成槽方法切割巷方向示意图；

图5为矿区整体结构示意图；

图6为出矿进路方向强制拉槽纵剖面图；

图7为钻孔施工点放大结构示意图；

图8为切割巷拉槽束状前倾炮孔A面和A’面排布示意图；

图9为采场爆破落矿采空区扫描纵剖面图；

图10为采场爆破落矿采空区扫描横剖面图。

图中标号说明：

1、挑顶区；2、采场一；3、采场二；4、切割巷；5、联巷一；6、联巷二；7、出矿进路；8、采场横剖面；9、采场纵剖面；10、炮孔排面；11、钻孔施工点；12、炮孔填塞区；

a、同次爆破排面间距；b、各炮孔排面2、3孔间距；c、各炮孔排面1、2孔间距和2、3孔间距；d、各炮孔排面1、4孔与巷面间距；α、各炮孔排面2、3孔与联巷水平面夹角；β、各炮孔排面1、4孔与联巷水平面夹角。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

一种超高度无切割井斜线对称强制拉槽方法，步骤如下：

1)根据采场条件，

对进行施工，如图5，完成出矿进路7、切割巷4、联巷一5、联巷二6、集矿堑沟的施工，形成采场一2和采场二3；挑顶区1顶部高度为2-2.5m，使钻机在挑顶区1向两侧施工。

2)在切割巷4中间施工形成挑顶区1，挑顶区1为三角区；

3)使用钻孔台车在切割巷4挑顶区1左右对称位置确定钻孔施工点11，挑顶区1左右两侧的钻孔施工点为9～13个，钻孔施工点11根据炮孔排面10前倾角度钻孔，每个对应钻孔设置2～3个炮孔排面10，前倾角度相对于水平面为40°～88°，中间至两边炮孔排面10水平倾角递增；

炮孔孔径设置为80mm，最小抵抗线根据单孔装药量计算最小抵抗线值，最小抵抗线和孔径的比值计算最小抵抗线值，两者取小值，为炮孔排面排距；根据单孔装药量计算最小抵抗线值：W＝d(7.85△·k/mq)0.5，其中W为最小抵抗线，单位为米，d为孔径，单位为分米，△为炸药密度，单位为克/毫升，k为装药系数，k＝0.65～0.85，m为深孔孔底密集系数，m＝1～1.25，单位炸药消耗量，单位千克/立方米；最小抵抗线和孔径的比值计算最小抵抗线值：W＝(25～30)d。

每个钻孔施工点11构成的间距为1.9～2.4m，每一个钻孔施工点11的炮孔排面10间距，孔口距a＝0.2m，孔底距a1＝mW，m为深孔密集系数，深孔密集系数m＝1.0～1.25，每一炮孔排面10设置有自左至右4个炮孔1、2、3、4，炮孔1、2与炮孔3、4沿联巷中心竖直对称，中间两个炮孔2、3与联巷水平面夹角α＝90°，1、4孔与联巷水平面夹角β＝87°～89°，每一炮孔排面102、3孔间距b，炮孔排面10的1、2孔间距和2、3孔间距c，各炮孔排面10的1、4孔与巷面间距d相同，b、c、d依次减小，钻孔深度为从中间至两边炮孔排面10逐渐增大后减小，炮孔填塞区12深度为1.2～2m，相应的炮孔填塞区12深度增大后减小。爆破后的拉槽区夹制性大，拉槽区抵抗线为排孔最小抵抗线的0.6～0.8倍，拉槽区抵抗线从中间至两边炮孔排面10逐渐增大。

4)在钻孔完成后，进行填塞，形成炮孔填塞区12，根据炮孔排面10依次爆破，每次爆破2个对称孔位的排面炮孔，在进行爆破，爆破出矿，每一次爆破后采用全站仪或三维激光扫描仪对爆破效果进行检查，发现与爆破设计偏斜较大时，停止爆破，从出矿进路7或者集矿堑沟通过补孔处理悬顶，补孔处理后接着爆破炮孔，直至拉槽爆破全部完成。

实施例2

如图5-8所示，分析本矿区矿特性，一种适合采场高度在33米条件下，不需施工上部切割巷的无切割井强制拉槽的方案，设计方案如下：

需要采高33米、盘区切割巷长58m：

①盘区切割巷宽度5.0～6.0m；

②上向(前倾)束状中深孔凿岩台车有效凿岩深度≮36.0m；

③上向中深孔装药器或台车有效装药深度≮36.0m；

④炸药密度0.95～1.25t/m3；

⑤补偿空间系数≮1.25倍；

⑥沿盘区切割巷轴线两翼镜像对称布置强制拉槽孔；

⑦穿爆技V术参数：穿孔总进尺5300m，孔径Φ75～80㎜。细分为11个序列孔，计48排，每排4个孔；首排对称中心距15～17m，排间距1.9～2.4m，孔口距1.6～1.8m，孔底距1.2～1.6m；最大孔深35.8m；

⑧爆破设计参数：总装药深度5015m，总装药量26.5t；爆破序列分为9个，序列最大装药量4277kg，孔底毫秒微差控制爆破；

详细分析如下：

矿岩物理力学性质

矿石比重：3.69t/m3；

岩石比重：2.89t/m3。

矿岩松散系数：1.5；

普氏硬度系数：矿石：f＝12～16

岩石：f＝8～14，局部18；

深孔布置

(一)、深孔参数设计

1、孔径：d＝80mm；

2、最小抵抗线的确定；

(1)根据单孔装药量计算最小抵抗线；

W＝d(7.85△·k/mq)0.5

＝0.8×(7.85×1.05×0.8÷1.1÷0.95)0.5

＝2.01米

W——最小抵抗线，米；

d——孔径，d＝0.8分米；

△——炸药密度，△＝1.05克/毫升；

k——装药系数，0.65～0.85；k取0.8；

m——深孔孔底密集系数，1～1.25；设计时取1.1；

q——单位炸药消耗量，f＝12～16时，q＝0.8～1.1千克/米3，设计时取0.95。

(2)根据最小抵抗线和孔径的比值选取

根据经验公式：

坚硬矿岩:W＝(25～30)d＝2000～2400mm；

根据以上(1)、(2)计算成果，设计考虑矿石中硬至坚硬，在孔径80mm时，炮孔排距需小于、等于最小抵抗线，取2m比较经济合理。

3、孔间距

(1)孔底距a：用最小抵抗线和深孔密集系数来确定。

a＝mW＝1.0～1.25×2.0＝2.0～2.5m，设计取2.4m左右。

(2)孔口距a1：上向扇形孔孔口距根据钻机施工要求确定，a1≥0.2m。

由于拉槽区夹制性很大，按照罗河铁矿经验，拉槽区抵抗线为排孔抵抗线的0.6～0.8倍，拉槽抵抗线为1.5m，孔距略大于抵抗线时，拉槽效果较好。

在33m高分段对称拉槽设计中，抵抗线在前几排时取小值，为1.5～1.6m，在拉槽逐步抬高，爆破夹制性有所改善后，抵抗线放大至1.8m，孔距由于切割巷道宽度限制，孔距为1.7m。拉槽平面、剖面、炮孔排面图，以及各排孔钻孔参数，采用对称拉槽的方式，对称中间处由于钻机施工困难，需人工挑顶2.5m高。

设计方案确定后进行爆破进行强制拉槽爆破。

实施例3

实际爆破方案如下：

拉槽中心设计为出矿进路与联道南切割巷中心线十字交叉点。

拉槽中心线处小机炮掘，确保第一序列爆破效果。

中深孔凿岩机位共22个，两侧对称各布置11个。如钻孔角度较小，开孔困难时，放样后用小机炮掘反契形，提高开孔精度。

爆破采取对称爆破，松动出矿采区四面松动出矿，以露出眉线口为原则。

本拉槽设计2米，设计拉槽孔总进尺5296.4米，成槽体积为9048立方米，折算矿石量33025吨；设计炸药量26448.6kg，切割爆破单耗炸药0.8009kg/t。

切割巷拉槽穿爆设计一览表

各炮孔排面10参数如下：

第一次爆破：

第二次爆破：

第三次爆破：

第四次爆破：

第五次爆破：

第六次爆破：

第七次爆破：

第八次爆破：

第九次爆破：

通过9次爆破后，空区采用三维激光扫描仪测量结果，沿着采场横剖面8和采场纵剖面9进行扫描测量，如图9、图10所示，横纵剖面显示采场高度为31.6m，宽度为17.9m，远超过了30m的高度。爆破效果基本达到设计要求。

本方案可以不施工切割井的情况下，直接采用上向深孔强制拉槽，为后续采场大规模落矿创造条件。降低施工切割井的成本和安全风险，，可以获得超高度的采区，减少现场施工的工序，降低管理成本。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。