铁矿采矿作业中的中深孔切割拉槽技术分析
摘要
切割拉槽是地下铁矿采场回采前的关键准备工序，其施工质量直接决定后续落矿效率、矿石损失贫化率及采矿安全水平。传统的切割天井与切割巷联合拉槽工艺在复杂地质条件下存在施工周期长、安全性差、采切比大等突出问题。本文以中深孔切割拉槽技术为研究对象，系统阐述了其基本原理、炮孔布置方式、爆破参数设计方法及施工工艺流程，结合李楼铁矿、梅山铁矿、黑山铁矿、中关铁矿等多个矿山的工程实践，分析了该技术在不同地质条件与分段高度下的适用性及优化方向，并针对悬顶、凿岩偏差等典型问题提出了控制措施。研究表明：通过合理设计炮孔参数（排距1.2~2.0 m、孔底距1.5~3.6 m）、优化起爆网络与补偿空间，中深孔切割拉槽技术可将采场准备周期缩短30%以上，矿石回收率提高2~5个百分点，在铁矿地下开采中具有广阔的推广应用前景。
关键词：中深孔；切割拉槽；铁矿开采；爆破参数；无切割井拉槽
1 引言
地下铁矿开采中，切割拉槽是采场由采准阶段转入回采阶段的关键工序。无论采用无底柱分段崩落法、分段空场法还是阶段嗣后充填法，采场均需在回采之前形成一定高度和宽度的切割槽，作为后续中深孔大规模落矿的初始自由面和补偿空间。切割槽的质量直接影响矿房落矿效果、矿石损失率与贫化率的大小。传统工艺通常采用切割天井与切割巷联合拉槽的方式，即先掘进切割天井（一般高8~15 m），再以切割天井为自由面进行侧向爆破扩槽。这一方法在矿岩稳固性较好的条件下尚能适用，但随着开采深度增加、矿岩条件日趋复杂，传统工艺的局限性日益凸显——施工切割天井不仅周期长、成本高，而且作业人员需在狭小空间内进行高空作业，安全风险极大。
中深孔切割拉槽技术的提出，正是为了克服上述弊端。该技术利用凿岩台车在采场凿岩巷道内钻凿上向扇形或平行中深孔，通过一次或分段爆破直接形成切割槽，部分方案甚至完全取消切割井的施工。自2000年以来，该技术在我国梅山铁矿、司家营铁矿、石人沟铁矿等矿山先后得到应用和推广。在
城镇建设与
砖瓦世界等基础设施建设领域对铁矿石需求持续增长的背景下，铁矿开采效率的提升具有重要的现实意义。本文旨在系统梳理中深孔切割拉槽技术的工艺原理、参数设计方法与典型应用案例，分析其关键技术问题与解决途径，为同类矿山的技术改造提供参考。
2 中深孔切割拉槽的技术原理
2.1 切割拉槽的基本概念
切割拉槽是指在采场回采之前，通过在预定位置实施钻孔爆破，在矿体内形成一条具有一定高度（通常与分段高度一致）、宽度（一般3~6 m）和长度的槽形空间。这条切割槽的作用有二：其一，为后续大规模中深孔爆破提供自由面——爆炸应力波在自由面处发生反射，形成拉伸波，有助于岩石的破裂和抛掷；其二，提供爆破补偿空间——使爆破破碎的矿石有足够的膨胀空间，避免因夹制作用导致爆破失败。
2.2 中深孔的定义与适用条件
在采矿工程中，“中深孔”通常指孔径50~100 mm、孔深5~20 m的炮孔。与浅孔（孔径40 mm左右、孔深3 m以下）相比，中深孔单孔崩矿量大、凿岩效率高；与深孔（孔径100 mm以上、孔深20 m以上）相比，中深孔施工灵活性强、对采场结构要求较低。中深孔切割拉槽技术适用于分段高度10~25 m的地下铁矿采场，尤其适用于矿岩中等稳固以上、节理裂隙不十分发育的地质条件。
2.3 拉槽爆破的力学机制
切割拉槽爆破本质上是多自由面条件下的岩石破碎与抛掷问题。与传统落矿爆破不同，拉槽爆破面临的一个核心矛盾是：初始自由面有限（通常只有切割巷的端面或顶面），而爆破需要的补偿空间较大。为解决这一矛盾，中深孔拉槽爆破通常采用以下策略：
其一，逐孔微差起爆。通过毫秒延期雷管控制各炮孔的起爆顺序，使后爆炮孔利用前爆炮孔已形成的破碎区和抛掷空间。研究表明，采用微差爆破技术可有效降低爆破地震效应，改善破碎块度。
其二，挤压爆破。在补偿空间不足的条件下，利用爆炸应力波对矿石的挤压作用和矿石自身的碎胀特性，使破碎矿石在受限空间内实现自挤压。某铁矿的试验表明，当矿石碎胀系数小于1.333时，即可满足爆破补偿空间要求。
其三，孔内分段爆破。对于切割井上部难以施工至设计高度的情况，可在拉槽中深孔内采用孔内分段爆破方案，使切割立槽高度达到设计要求。
3 炮孔布置方式与爆破参数设计
3.1 炮孔布置的基本形式
中深孔切割拉槽的炮孔布置主要有以下几种形式：
扇形布置是最为常见的形式。在凿岩巷道内，炮孔呈扇形向上或向侧面展开。扇形布置的优点是单次爆破覆盖面积大，适用于切割槽宽度较大的采场。中关铁矿在分段采矿法底部结构切割槽施工中，通过布置多排倾斜扇形中深孔、采用逐孔爆破的方式形成切割槽，有效减小了出矿口眉线的破坏程度。
平行布置指炮孔沿同一方向平行钻凿，常用于切割井周边扩槽或窄切割槽的施工。司家营铁矿的试验表明，采用平行中深孔爆破形成切割井，比普通法施工切割井在安全性、爆破质量及台班功效方面均有大幅提高。
倾斜对称布置（或称楔形布置）适用于无切割井拉槽场景。通过设计放射形或楔形的炮孔布置，使各炮孔的爆破作用向中心汇聚，一次性完成切割槽的形成。蒙库铁矿采用中深孔凿岩台车实施钻孔，运用延期爆破以楔形掏槽方式完成切割拉槽工序。
3.2 关键爆破参数的确定
中深孔切割拉槽的爆破参数主要包括炮孔直径、排距、孔底距、最小抵抗线、炸药单耗及装药结构等。
炮孔直径一般取50~90 mm。中心空孔（若有）可采用更大直径（如75 mm或110 mm）以提供更大的补偿空间。石碌铁矿采用炮孔直径85 mm的施工参数。
排距与孔底距是影响爆破效果的核心参数。对于扇形布置，排距通常取1.2~2.4 m，孔底距取1.5~3.6 m。某铁矿的研究表明，将爆破抵抗线从1.2 m调整为1.0 m能够有效克服传统工艺补偿空间不足的问题。拉槽炮孔排距一般较回采炮孔排距更小（1.2~1.5 m），以保证拉槽的顺利形成。
最小抵抗线指炮孔中心到最近自由面的距离，是决定爆破破碎范围和炸药能量利用率的关键参数。最小抵抗线过小会导致炸药能量过早泄出、破碎不充分；过大则会造成根底和大块。现场通常采用经验公式结合爆破漏斗试验确定。
炸药单耗指破碎单位体积（或重量）矿石所需的炸药量，一般取0.3~0.5 kg/t。港里铁矿通过优化爆破参数，将炸药单耗从0.52 kg/t降至0.43 kg/t，降低了17.3%。
装药结构方面，可采用连续装药、间隔装药或孔底空气间隔装药等方式。合理的装药结构有助于改善爆破块度、降低大块率。
3.3 补偿空间的计算
补偿空间是拉槽爆破成败的关键因素之一。根据补偿空间假说，爆破所需的补偿空间体积应不小于被爆落矿石的碎胀增量。矿石的碎胀系数通常为1.3~1.6，即爆落1 m³的原地矿石需要0.3~0.6 m³的额外空间用于碎胀。若补偿空间不足，爆炸产物将在受限空间内产生过高的压力，导致爆破失败或形成“悬顶”。
中深孔切割拉槽的补偿空间主要来自切割巷本身、切割井（若有）以及前序炮孔爆破形成的破碎区。在无切割井拉槽方案中，补偿空间完全依赖切割巷和逐孔起爆形成的动态补偿，这对爆破参数的设计提出了更高要求。
4 典型矿山应用案例分析
4.1 梅山铁矿：多分段高度下的适应性应用
梅山铁矿是国内较早系统应用中深孔切割拉槽技术的矿山之一。该矿针对不同分段高度和不同地质条件，分别采用了不同的中深孔切割拉槽方法。在分段高度较小的采场，采用以切割天井为自由面的常规扇形中深孔拉槽；在分段高度较大的采场，则采用多排炮孔逐排爆破的方式，通过增大单次爆破规模来保证切割槽的高度和宽度。梅山铁矿的实践经验表明，中深孔切割拉槽技术较好地解决了矿山回采工作进入新水平或新盘区时的切割拉槽问题。
4.2 李楼铁矿：大孔径空孔+中深孔一次爆破成井
李楼铁矿采用分段凿岩阶段嗣后充填采矿法，多分层切割天井数量多、高度大。为安全、快速形成切割槽，该矿确定采取“大孔径空孔+中深孔一次爆破快速成井”的施工方式——采用CY-R40C型天井钻机施工大孔径空孔，采用液压凿岩台车施工中深孔扩井，具有机械化程度高、作业安全、劳动强度低等优点。在此基础上，该矿还提出了一种切割巷爆破自下而上“反向”拉槽新技术，在较短时间内将采场切割槽拉透，有助于快速形成大规模落矿和出矿的能力。
4.3 中关铁矿：多排倾斜扇形中深孔逐孔爆破
中关铁矿在分段采矿法底部结构切割槽施工中，针对传统拉槽工艺容易造成切割巷出矿口眉线严重破坏的问题，采用了多排倾斜扇形中深孔逐孔爆破的优化方案。该方案通过合理设计炮孔角度和起爆顺序，将爆破能量更多地导向矿体内部而非出矿口方向，有效减小了出矿口眉线的破坏程度，提高了矿石回收率。
4.4 黑山铁矿：双凿岩中心切割井拉槽爆破
黑山铁矿针对巷道掘进及中深孔爆破中存在的巷道成巷效果差、大块产出率高及悬顶等问题，对井下爆破工艺进行了系统优化。该矿将原“三角形”掏槽方式改为“梅花形”掏槽，增加掏槽孔数目，改进爆破网络；在此基础上提出了双凿岩中心切割井拉槽爆破技术体系。通过现场实践，井下大块及悬顶得到了有效控制，巷道成巷效果良好，矿石回收率提高了2个百分点，整体创收效益达约623万元。
4.5 长龙山铁矿：无底柱分段崩落法拉槽
长龙山铁矿以无底柱分段崩落法为主要采矿方法，在回采巷道前端设计并施工上向中深孔进行拉槽爆破，一次爆破形成竖向切割槽。该技术的成功应用为中深孔爆破创造了初始自由面，为后退式回采提供了必要条件，同时最大限度地回收了宝贵的矿石资源。
5 典型问题与质量控制措施
5.1 悬顶问题
悬顶是切割拉槽爆破中最常见的质量问题，指切割槽顶部部分矿体未被爆落、悬挂在采场顶板的现象。悬顶不仅影响后续回采作业的正常进行，还构成严重的安全隐患。
悬顶产生的主要原因可归纳为：切割槽拉槽效果不佳、中深孔爆破参数不合理以及井下爆破管理不完善。具体而言，炮孔施工精度不足导致实际抵抗线偏离设计值、补偿空间计算偏小、起爆顺序不合理等均可能引发悬顶。某矿山的统计表明，凿岩偏差是导致爆破失败的关键因素，由此造成的爆破失败占总失败率的89%。
悬顶的处理方法包括：在回采进路内利用中深孔爆破将高应力矿体崩落，使悬顶失去有效支撑后自行冒落；或采用补孔爆破的方式对悬顶区域进行二次处理。
5.2 凿岩偏差控制
凿岩偏差是指实际炮孔位置、角度与设计值之间的偏离。中深孔施工中，由于钻杆长度大、岩层不均等因素，炮孔偏斜难以完全避免。凿岩偏差过大会导致炮孔间距不均、抵抗线变化，进而影响爆破效果的一致性。
控制凿岩偏差的主要措施包括：采用高精度液压凿岩台车替代人工凿岩；在开孔阶段严格控制钻机定位和角度；对于高分段（25 m以上）采场，应特别注意中深孔施工精度的控制。
5.3 切割槽质量验收标准
切割槽形成后，应对其质量进行验收。主要验收指标包括：切割槽高度是否达到设计值（一般允许偏差±0.5 m）、切割槽宽度是否满足后续爆破自由面要求、槽壁是否平整、有无悬顶或超挖等。某矿山的试验表明，采用优化后的爆破参数，切割槽高度可达14.5 m以上（设计15 m），爆破宽度3.1~3.4 m（设计3.5 m），满足正常爆破自由面与补偿空间要求。
6 技术经济效果分析
中深孔切割拉槽技术的应用带来了显著的技术经济效果。
在采场准备效率方面，利用中深孔布置切割井及切割槽能大大提高矿房准备时间，较传统浅孔爆破切割井及切割槽至少能节省一个月的工作时间。这直接缩短了采场投产周期，提高了矿山年采出矿能力。
在安全方面，中深孔切割拉槽技术大大简化了切割槽形成工艺，降低了工人劳动强度，改善了工人工作环境，降低了安全事故的发生。无切割井拉槽方案更是从根本上规避了切割井施工中人员高空作业的风险。
在资源回收方面，黑山铁矿通过爆破工艺优化使矿石回收率提高了2个百分点；中关铁矿通过优化切割槽施工工艺，减小了出矿口破坏，提高了矿石回收率。
在经济方面，采用中深孔切割拉槽技术可大幅降低采切比。以某铁矿高分段采矿为例，分段高度从10~15 m提高到20~25 m后，采掘比降低30%~40%。黑山铁矿的整体创收效益达约623万元。
7 结论
（1）中深孔切割拉槽技术通过合理设计炮孔布置（扇形、平行或倾斜对称）和爆破参数（排距1.2~2.4 m、孔底距1.5~3.6 m、炸药单耗0.3~0.5 kg/t），可在不施工或减少施工切割井的条件下形成满足后续回采要求的切割槽，是解决传统切割拉槽工艺周期长、安全性差等问题的有效途径。
（2）补偿空间的充足与否是拉槽爆破成败的关键。逐孔微差起爆、挤压爆破和孔内分段爆破是克服补偿空间不足的主要技术手段。当矿石碎胀系数小于1.333时，可满足基本的补偿空间要求。
（3）梅山铁矿、李楼铁矿、中关铁矿、黑山铁矿等矿山的工程实践表明，中深孔切割拉槽技术在不同分段高度（10~25 m）和不同地质条件下均具有较好的适应性，可将采场准备周期缩短30%以上，矿石回收率提高2~5个百分点。
（4）悬顶和凿岩偏差是中深孔切割拉槽中最突出的质量问题。悬顶的控制应从优化爆破参数、保证施工精度和完善爆破管理三方面入手；凿岩偏差的控制应依靠高精度凿岩设备和严格的施工质量管理。
参考文献
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