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/m~3;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/m~3,单耗降低了3.278 kg/m~3。掘进效率提高了1.3~1.5米/班。