1.本發(fā)明涉及礦石開采方法技術領域，尤其涉及井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法。

背景技術：

2.切割天井是為井下采礦爆破擴槽提供補償空間的最重要手段，廣泛應用在分段空場采礦法、無底柱分段崩落采礦法及“v型”塹溝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、切割天井鉆機擴刷法。普通法施工切割天井，工作條件差，勞動強度大，安全性低；吊罐法施工切割天井，需上水平具備施工吊罐孔條件，輔助工作量大，安全性低；一次爆破成井法，鉆孔工作量大，孔間距小，相鄰鉆孔易串通，要求鉆孔精度高，施工成本高，不適用于礦巖較破碎礦山；切割天井鉆機擴刷法，施工準備工作量大，切割天井鉆機體型大，要求巷道斷面大，不適用于小斷面巷道的礦山。無論用上述哪一種方法，切割天井由于是豎直向上的天井，施工難度大、安全性差。

3.例如中國發(fā)明專利授權公告號cn105178961b公開了一種寬大采場深孔鑿巖階段空場嗣后充填采礦法，包括2）采準：采準工程主要有通風天井、礦石溜井、受礦巷道、出礦進路、出礦巷道、鑿巖硐室聯(lián)絡道和深孔鑿巖硐室；（3）切割：切割天井、塹溝拉底巷道（即受礦巷道），該專利就是需要切割天井來爆破擴槽。

技術實現(xiàn)要素：

4.基于切割天井的弊端，申請人嘗試用一種新的方法來實現(xiàn)爆破擴槽，替代切割天井，這是之前人們沒有想過的，是一種新的技術路線，申請人為此做出了嘗試，最終得到本發(fā)明的技術方案。

5.本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有的利用切割天井來爆破擴槽施工難度大、安全性差，為此提供一種施工效率高、安全性好、準備工作量小、成本低、適用性強的利用井下鑿巖臺車施工切割槽替代切割天井來爆破擴槽的施工方法。

6.為了規(guī)避切割天井豎直向上帶來的缺陷，申請人另辟蹊徑，嘗試在鑿巖硐室完成后，在鑿巖硐室的一側施工切割槽硐室，在擴槽處施工與鑿巖硐室垂直的切割槽硐室，切割槽硐室上方施工上向扇形壓頂擴槽孔，擴槽炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥，采用毫秒延期導爆管雷管起爆，利用切割槽硐室替代切割天井完成爆破擴槽，爆破人員不需要在天井下方作業(yè)，掘進及鉆孔均采用機械化設備施工，機械化程度高、勞動強度小、施工效率高、安全性好、經(jīng)濟及社會效益顯著。

7.切割槽硐室替代切割天井的本質(zhì)是將施工難度大、安全性差的豎直向上的天井改進為施工方便、安全性好的坑道，利用切割天井進行爆破擴槽的設計方案如圖1所示，切割天井1位于鑿巖硐室2中間，在切割天井內(nèi)形成上向扇形中孔3，側崩排孔4位于上向扇形中孔兩側，利用切割槽硐室進行爆破擴槽的設計方案如圖2所示，兩者主要區(qū)別在于切割天井位于擴槽孔中部，而切割槽硐室位于擴槽孔一側，其爆破夾制性更大。針對切割槽硐室爆破

擴槽夾制性大、擴槽孔底易衰減等難題，進行了關鍵技術攻關，其主要步驟有：確定攻關目標，制定設計方案，將設計方案進行現(xiàn)場試驗，根據(jù)實驗效果優(yōu)化設計并形成示范工藝。

8.一是確定攻關目標：分段空場采礦法、無底柱分段崩落采礦法及“v型”塹溝拉底等廣泛應用的切割天井爆破擴槽，其擴槽高度通常在8～12米之間，寬度通常在3米左右，因此將擴槽高度達12米、寬度達3米作為切割槽硐室爆破擴槽攻關目標。

9.二是制定設計方案：（1）切割槽硐室設計方案：順利完成爆破擴槽的核心是擴槽孔具有足夠的爆破補償空間，切割槽硐室的作用就是為爆破提供補償空間，因此切割槽硐室設計至關重要。根據(jù)冶金工業(yè)出版社的《放礦理論基礎》，崩落礦巖產(chǎn)生的碎脹稱為一次松散，一次松散系數(shù)為1.15～1.25，為確保礦巖爆破碎脹發(fā)生一次松散后有足夠補償空間，爆破補償系數(shù)應大于礦巖一次松散系數(shù)。利用切割天井提供擴槽爆破補償空間已得到廣泛應用，充分驗證了補償系數(shù)不小于1.25時，可達到良好的爆破擴槽效果。切割槽硐室位于擴槽孔一側，其爆破夾制性更大，夾制性增大或?qū)е驴椎姿p，孔底衰減將造成擴槽高度不夠，攻關目標為擴槽高度達12米、寬度達3米，為減小夾制作用，按補償系數(shù)不小于1.3進行設計，切割槽硐室寬度超出擴槽邊孔50厘米，長度超出擴槽孔底1米～1.5米，切割槽硐室與水平面的傾角根據(jù)掘進鑿巖臺車設備性能盡可能增大，以減小擴槽面積增大補償系數(shù)。因此，設計切割槽硐室寬度為4米（3+0.5

×

2），高度根據(jù)鉆孔鑿巖臺車作業(yè)參數(shù)確定為4米，長度為13.5米（12+1.5），方位角為與鑿巖硐室方位呈90度，傾角為掘進鑿巖臺車可施工的最大傾角，如圖2所示。

10.（2）布孔設計方案：以切割槽硐室為爆破自由面，設計上向扇形中孔作為擴槽孔進行爆破壓頂，采用雙機心布置，擴槽孔排距1米，擴槽寬度3米，炮孔直徑60毫米，孔底距1米～1.3米，孔深根據(jù)擴槽高度12米界線確定，如圖2所示。

11.（3）爆破設計方案：炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥，孔底和孔口分別裝入起爆彈，起爆彈內(nèi)裝入毫秒延期導爆管雷管，堵塞長度30～40厘米，每兩排為一個段次，通常三個段次后進行一次跳段以增加延期時間，為后續(xù)爆破提供更充足的補償空間，爆破設計方案如圖3所示。經(jīng)驗算，爆破補償系數(shù)為1.35》1.3，炮孔裝藥系數(shù)約70%，炸藥單耗約1.35kg/t。

12.三是進行現(xiàn)場試驗在某礦-640m中段和-690m中段分別進行了設計擴槽高度8米和12米的現(xiàn)場爆破試驗，在鉆鑿擴槽孔過程中，鑿巖鉆機因無法施工切割槽硐室處小傾角扇形底孔而形成三角柱，擴槽高度8米試驗未對該三角柱進行特殊處理，擴槽高度12米試驗采用掘進鑿巖臺車在三角柱內(nèi)鉆鑿若干掘進炮孔，并進行爆破預處理，試驗主要數(shù)據(jù)如表1所示。試驗表明，三角柱的處理對擴槽孔底衰減有很大影響，施工掘進炮孔進行爆破預處理能有效避免擴槽孔底衰減；采取的切割槽寬度超出擴槽邊孔50厘米、長度超出擴槽孔底1米～1.5米、每三個段次后進行一次跳段等減小夾制性的措施取得良好效果。

13.由此得到本發(fā)明的技術方案是：井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，包括以下步驟：（1）、施工切割槽硐室：以鑿巖硐室至少一側為擴槽處，在擴槽處采用鑿巖臺車施工與鑿巖硐室垂直的切割槽硐室，所述切割槽硐室的寬度超出擴槽處50厘米，長度超出擴槽處1米～1.5米，高度4米，與水平面具有夾角；（2）、布孔：以切割槽硐室為爆破自由面，設計上向扇形中孔作為擴槽孔進行爆破壓頂，采用雙機心布置，擴槽孔排距1米，擴槽寬度3米，炮孔直徑60毫米，孔底距1米～1.3米，孔深根據(jù)擴槽高度界線確定；（3）、爆破：所述炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥，孔底和孔口分別裝入起爆彈，所述起爆彈內(nèi)裝入毫秒延期導爆管雷管，所述毫秒延期導爆管雷管堵塞長度30～40厘米，每兩排炮孔為一個段次，多個段次后進行一次跳段以增加延期時間。

14.上述方案的改進是在步驟（2）中，在所述切割槽硐室與擴槽底孔形成的三角柱內(nèi)施工掘進炮孔進行爆破預處理。

15.上述方案中所述切割槽硐室有一個，擴槽高度不大于12米。

16.上述方案中所述切割槽硐室有兩個，分別位于鑿巖硐室的兩側，擴槽高度不大于15米。

17.上述方案中所述切割槽硐室的斷面4米

×

4米。

18.上述方案中所述炮孔的裝藥系數(shù)是70%。

19.上述方案中所述多個段次為三個段次。

20.與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：1、與切割天井爆破擴槽相比，爆破作業(yè)人員不需要在天井下方進行裝藥，爆破作業(yè)防護量更少，作業(yè)更安全。

21.2、切割槽硐室采用鑿巖臺車施工，機械化程度高，安全性好。

22.3、切割槽硐室長度、傾角及斷面尺寸可根據(jù)布孔方案確定，也可根據(jù)實際情況選擇布置單側或雙側切割槽硐室，靈活多變，適用性強。

23.4、在鑿巖臺車施工鑿巖硐室時便可一同施工切割槽硐室，準備工作少，施工成本低。

24.5、鑿巖臺車施工效率高，施工成本降低，經(jīng)濟效益明顯。

附圖說明

25.圖1a為切割天井的爆破擴槽i-i剖面圖；圖1b為圖1a的

ⅱ?ⅱ

剖面圖；圖1c是圖1a的

ⅲ?ⅲ

剖面圖；圖2a是本發(fā)明的切割槽硐室爆破擴槽i-i剖面圖；

圖2b是圖2a的

ⅱ?ⅱ

剖面圖；圖2c是圖2a的

ⅲ?ⅲ

剖面圖；圖3是本發(fā)明的單側切割槽硐室爆破擴槽爆破設計示意圖；圖4是本發(fā)明的炮孔裝藥示意圖；圖5a是本發(fā)明的雙側切割槽硐室爆破擴槽爆破設計示意圖；圖5b是圖5a的i-i剖面圖；圖中：1、切割天井，2、鑿巖硐室，3、上向扇形中孔，4、側崩排孔，5、切割槽硐室，6、三角柱；7、掘進炮孔，8、炮泥，9、多孔粒狀銨油炸藥，10、毫秒延期導爆管雷管，11、導爆管，12、起爆彈，ms1、1段毫秒延期導爆管雷管， ms3、3段毫秒延期導爆管雷管，ms6、6段毫秒延期導爆管雷管，ms8、8段毫秒延期導爆管雷管，ms12、12段毫秒延期導爆管雷管，ms14、14段毫秒延期導爆管雷管。

具體實施方式

26.下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

27.在擴槽處施工切割槽硐室5，方位為與鑿巖硐室垂直，寬度超出擴槽邊孔50厘米，斷面4米

×

4米，長度超出擴槽孔底1米～1.5米；

⑵

在切割槽硐室上方施工上向扇形壓頂擴槽孔即上向扇形中孔3，擴槽孔排距1米，擴槽寬度3米，炮孔直徑60毫米，孔底距1米～1.3米，在切割槽硐室與擴槽底孔形成的三角柱6內(nèi)施工掘進炮孔7進行爆破預處理，如圖2a、2b、2c所示；（3）炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥9，孔底和孔口分別裝入起爆彈12，起爆彈內(nèi)裝入毫秒延期導爆管雷管10，堵塞長度30～40厘米，導爆管11是毫秒延期導爆管雷管的腳線，每兩排為一個段次，每三個段次后進行一次跳段以增加延期時間，為后續(xù)爆破提供更充足的補償空間，如圖3、4所示，其中ms1表示1段毫秒延期導爆管雷管，ms3表示3段毫秒延期導爆管雷管，ms6表示6段毫秒延期導爆管雷管，ms8表示8段毫秒延期導爆管雷管，ms12表示12段毫秒延期導爆管雷管，ms14表示14段毫秒延期導爆管雷管，；

⑷

經(jīng)驗算，補償系數(shù)隨著擴槽高度增大而減小，當擴槽高度12米時計算補償系數(shù)約1.35，因此上述設計方案適用于擴槽高度不大于12米情形?？刹扇‰p側切割槽設計以增大補償系數(shù)，實現(xiàn)更高要求的爆破擴槽，因鉆孔隨深度增加偏斜增大，且爆破夾制性增大，擴槽高度不宜超過15米，設計方案如圖5a、5b所示。

28.本發(fā)明的關鍵點1、切割槽硐室與鑿巖硐室垂直，寬度超出擴槽邊孔50厘米，長度超出擴槽孔底1米～1.5米。

29.2、在切割槽硐室與擴槽底孔形成的三角柱內(nèi)，施工掘進炮孔進行爆破預處理，有效避免擴槽孔底衰減。

30.3、根據(jù)掘進鑿巖臺車設備性能，盡可能增大切割槽硐室傾角以減小擴槽面積增大補償系數(shù)，并驗算設計方案補償系數(shù)，確保不小于1.3。

31.4、上向扇形擴槽（中）孔采用雙機心布孔設計，孔徑60毫米，排距1米，孔底距1～

1.3米，擴槽寬度3米，孔深一般超側崩排孔0.5米。

32.5、采用毫秒延期雷管實現(xiàn)一次爆破擴槽，每兩排為一個段次，通常三個段次后進行一次跳段以增加延期時間，為后續(xù)爆破提供更充足的補償空間。

33.6、采用單側切割槽進行爆破擴槽，擴槽高度不大于12米；采用雙側切割槽進行爆破擴槽，擴槽高度不大于15米。技術特征：

1.井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，其特征是，包括以下步驟：（1）、施工切割槽硐室：以鑿巖硐室至少一側為擴槽處，在擴槽處采用鑿巖臺車施工與鑿巖硐室垂直的切割槽硐室，所述切割槽硐室的寬度超出擴槽處50厘米，長度超出擴槽處1米～1.5米，高度4米，與水平面具有夾角；（2）、布孔：以切割槽硐室為爆破自由面，設計上向扇形中孔作為擴槽孔進行爆破壓頂，采用雙機心布置，擴槽孔排距1米，擴槽寬度3米，炮孔直徑60毫米，孔底距1米～1.3米，孔深根據(jù)擴槽高度界線確定；（3）、爆破：所述炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥，孔底和孔口分別裝入起爆彈，所述起爆彈內(nèi)裝入毫秒延期導爆管雷管，所述毫秒延期導爆管雷管堵塞長度30～40厘米，每兩排炮孔為一個段次，多個段次后進行一次跳段以增加延期時間。2.如權利要求1所述的井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，其特征是，在步驟（2）中，在所述切割槽硐室與擴槽底孔形成的三角柱內(nèi)施工掘進炮孔進行爆破預處理。3.如權利要求1所述的井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，其特征是，所述切割槽硐室有一個，擴槽高度不大于12米。4.如權利要求1所述的井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，其特征是，所述切割槽硐室有兩個，分別位于鑿巖硐室的兩側，擴槽高度不大于15米。5.如權利要求1所述的井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，其特征是，所述切割槽硐室的斷面4米

×

4米。6.如權利要求1所述的井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，其特征是，所述炮孔的裝藥系數(shù)是70%。7.如權利要求1所述的井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，其特征是，所述多個段次為三個段次。

技術總結

本發(fā)明公開了井下鑿巖臺車掘進切割槽替代切割天井擴槽的施工方法，包括以下步驟：以鑿巖硐室至少一側為擴槽處，在擴槽處采用鑿巖臺車施工與鑿巖硐室垂直的切割槽硐室；以切割槽硐室為爆破自由面，設計上向扇形中孔作為擴槽孔進行爆破壓頂；所述炮孔內(nèi)裝入多孔粒狀銨油炸藥，孔底和孔口分別裝入起爆彈，所述起爆彈內(nèi)裝入毫秒延期導爆管雷管，所述毫秒延期導爆管雷管堵塞長度30～40厘米，每兩排炮孔為一個段次，多個段次后進行一次跳段以增加延期時間。本發(fā)明的有益效果是與切割天井爆破擴槽相比，爆破作業(yè)人員不需要在天井下方進行裝藥，爆破作業(yè)防護量更少，作業(yè)更安全；采用鑿巖臺車完成切割槽硐室施工，機械化程度高、成本低、安全性好。安全性好。安全性好。

技術研發(fā)人員：潘敏 蘇衛(wèi)宏 董世華 古緒球 楊金謀 劉形林 盛歡 謝經(jīng)鵬

受保護的技術使用者：銅陵有色金屬集團股份有限公司

技術研發(fā)日：2022.03.26

技術公布日：2022/7/1