摘要
近年来，随着经济的快速发展，各大矿山在提产能、降成本上寻求新的突破。传统的成井技术被淘汰，深孔爆破成井技术(平行空孔掏槽及群孔球状药包爆破成井)应运而生，但是受地质条件、凿岩设备等的影响，在实际施工中仍存在问题。本文以“马坑铁矿大直径深孔采场切割天井”为研究背景，通过现场实地调研、爆破理论分析、爆破漏斗试验、数值仿真及现场爆破试验等研究方式，系统的研究了两大技术：①纯VCR掏槽爆破技术解决天井掏槽，②侧向崩落技术解决天井成型。开展的工作及具体成果如下： (1)对矿区地质概况及当前爆破成井存在的效率低、单耗高等问题进行深入调研，较为全面的总结了影响爆破成井效率的因素，为后续研究思路的凝练奠定基础。 (2)基于利文斯顿爆破漏斗理论，设计并开展100mm孔径的爆破漏斗实验，将矿业软件3dmine应用于数据处理中，分析数据得到2.1kg球状药包最佳药包埋深1.26m，最佳比例埋深0.98kg/m3；基于此，理论计算确定天井球状药包爆破参数。 (3)根据爆轰理论、岩石爆破理论和应力波衰减规律推导计算了炮孔直径为150mm，装药直径为150mm的耦合球状药包在岩体中爆炸形成的粉碎圈和裂隙圈半径。计算结果为：粉碎圈半径278mm，裂隙圈半径832mm。 (4)在爆破漏斗实验基础上，根据爆破破岩机理、VCR掏槽爆破机理和侧向崩落机理对爆破成井参数进行了理论计算，确定了分层高度，炮孔间距、微差时间、装药参数，为爆破成井试验方案参数的选取提供了针对性的依据。 (5)根据理论设计的球状药包掏槽方案，运用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元分析软件，采用弹性力学模型对深孔爆破成井中的一字形、三角形和菱形三种纯VCR法掏槽方式进行数值仿真研究，得到了三种掏槽方式中爆破应力波叠加的时间、相邻炮孔应力波叠加的最大值、单元最大运动速度等相关参数，仿真结果的优化研究表明：菱形掏槽形成有效掏槽空腔的成功率更好，在生产过程中具有更大的优势。 (6)在马坑铁矿大直径深孔试验采场进行VCR掏槽+侧崩成井试验，经三次爆破试验，成功形成3m×3m×14.3m的切割天井，与原成井方案对比，火工材料消耗降低了43.68元/m3，单耗降低了3.278kg/m3。掘进效率提高了1.3～1.5米/班。
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