盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法爆破方案優(yōu)化分析

趙雄文，熊國雄，戴宏輝，周科禮，史秀志，邱賢陽

(1.大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司， 湖北黃石市 435500；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長沙 410083)

盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法爆破方案優(yōu)化分析

趙雄文1，熊國雄1，戴宏輝1，周科禮1，史秀志2，邱賢陽2

(1.大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司， 湖北黃石市 435500；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南長沙 410083)

針對(duì)銅綠山銅鐵礦在用盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法回采過程中出現(xiàn)的爆破塊度不均、松石處理量大、分層高度不夠、崩礦效率不高等問題，對(duì)該方法的爆破孔網(wǎng)參數(shù)、拉槽爆破、側(cè)崩爆破起爆順序等進(jìn)行優(yōu)化研究，進(jìn)一步完善了該采礦工藝。

銅綠山銅鐵礦；上向中深孔；盤區(qū)機(jī)械化；爆破方案優(yōu)化

0 引 言

目前，銅綠山已全面進(jìn)入深部開采，不僅面臨深井“三高一擾動(dòng)”的惡劣環(huán)境，而且深部礦體和上部中段相比有較大的變化，厚大礦體所占比例縮小很多，礦體傾角變化大，分支復(fù)合現(xiàn)象普遍，礦巖穩(wěn)固性變差。為確保深部資源安全高效回采，保持礦山生產(chǎn)的連續(xù)性，銅綠山礦成功試驗(yàn)盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法。該采礦方法的鑿巖、裝藥爆破、出礦等工藝均采用機(jī)械化配套設(shè)備，大大提高了采礦采場生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。然而由于銅綠山礦深部礦巖破碎，該工藝在應(yīng)用過程中尚存在爆破塊度不均、松石處理量大、分層高度不夠、崩礦效率不高等問題。為進(jìn)一步完善回采工藝、提高回采效率，對(duì)其孔網(wǎng)參數(shù)、拉槽爆破、側(cè)崩爆破起爆順序等爆破技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 深部礦體開采技術(shù)條件

根據(jù)銅綠山礦目前的開采情況，深部礦體開采主要位于勘探線6～39線之間[1]，礦體總長約1000m，主礦體為Ⅲ、Ⅳ號(hào)礦體，約占總礦量的80%。其中，Ⅲ號(hào)礦體位于0～13線之間，長約350～400m，傾角50°～80°，一般厚度為5～25m，最大厚度達(dá)120m；Ⅳ礦體主要為銅鐵礦石，還有少量單銅礦石及鐵礦石，礦體形狀長條狀，剖面上呈似層狀。礦產(chǎn)水文地質(zhì)屬于以溶洞為主，頂?shù)装逯苯舆M(jìn)水、水文地質(zhì)條件中等至復(fù)雜的巖溶充水礦床。礦體項(xiàng)板圍巖在15線為矽卡巖及大理巖，19～29線為大理巖或白云質(zhì)大理巖，底板為花崗閃長斑巖，均屬堅(jiān)固巖石，Ⅳ號(hào)礦體圍巖穩(wěn)定性強(qiáng)于Ⅲ號(hào)礦體。

2 采礦方法簡介

采用盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法，礦體厚度較大時(shí)采場垂直走向布置，階段高度60m，采場長度為礦體厚度，寬度為8～12m，底柱高度12m，分段高度12～13m，每個(gè)分段分成2個(gè)分層回采，第一分層回采高度3.0～5.0m，第二分層回采高度5.0～7.0m，回采由下往上進(jìn)行，分礦房、間柱兩步驟回采，見圖1。

采用Boomer K41X型鑿巖臺(tái)車鉆鑿上向平行炮孔，孔徑51mm，炮孔按梅花狀排列，掏槽區(qū)孔網(wǎng)一般為1.0m×1.2m，孔距為1.3～1.5m，孔排距為1.4～1.6m。一個(gè)分層采場鑿巖后一次裝藥爆破，裝藥臺(tái)車裝填銨油炸藥，采用1～30段高精度毫秒雷管起爆炸藥，邊孔滯后一段起爆，整個(gè)爆破網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索與毫秒雷管非電復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)起爆。一個(gè)分層采場爆破后，人工在爆堆上從采場口由外向里處理頂板和邊幫松石，第二分層爆破后由上一分段的聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場處理松石，必要時(shí)進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)。采用EST－31/2型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)鏟裝礦石，運(yùn)往礦石溜井卸載。

分層采場出礦后進(jìn)行充填作業(yè)。礦房采場采用細(xì)砂膠結(jié)或尾砂膠結(jié)充填，間柱采場采用非膠結(jié)或尾砂膠結(jié)充填。充填高度為分層爆破高度，保留3.0m左右高度為下分層爆破的補(bǔ)償空間和設(shè)備作業(yè)空間。待充填體達(dá)到強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一分層的回采作業(yè)。

3 存在的問題

銅綠山銅鐵礦深部與淺部相比，礦體地質(zhì)情況和巖石力學(xué)參數(shù)變化較大，對(duì)中深孔爆破效果提出了新的要求。目前該采礦工藝在深部應(yīng)用過程中主要存在以下問題:

(1)部分采場第二分層高度達(dá)7m，采用與第一分層一樣的掏槽方式，崩礦后拉槽高度達(dá)不到預(yù)期，導(dǎo)致需要在炮堆上進(jìn)行人工補(bǔ)炮，不僅降低了回采效率，也增加了安全隱患；

(2)前期試驗(yàn)研究確定的側(cè)崩孔網(wǎng)參數(shù)為1.6m×1.6m，應(yīng)用到深部采場存在爆破塊度不均的情況，部分采場大塊較多，而另外一些采場則塊度破碎、粉礦較多，因此有必要根據(jù)礦巖情況進(jìn)行孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化；

圖1 盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法示意

(3)最后一次側(cè)崩爆破后礦石向前拋擲，導(dǎo)致采場口位置沒有礦堆，第二分層空?qǐng)龈哌_(dá)10m，無法進(jìn)行頂板松石處理作業(yè)，極大增加了出礦作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；

(4)邊孔與中間孔孔網(wǎng)參數(shù)一致，由于礦巖極其破碎，爆破后邊幫控制不齊，加大了邊幫片幫和松石處理量，降低了回采效率。

4 爆破方案優(yōu)化

4.1 高分層拉槽技術(shù)優(yōu)化

針對(duì)高分層拉槽高度不夠、效率不高的問題，對(duì)其拉槽方式進(jìn)行優(yōu)化，采用直孔與斜孔相結(jié)合的拉槽方式，如圖2所示。

圖2 高分段直孔與斜孔組合拉槽方式

4.2 側(cè)崩爆破孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化

針對(duì)不同采場爆破塊度不均的問題，根據(jù)礦巖性質(zhì)和巖石力學(xué)參數(shù)的不同，對(duì)不同采場的孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和采場礦巖破碎程度調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)，礦巖堅(jiān)硬的采場應(yīng)采用孔排距為1.5m的孔網(wǎng)參數(shù)，而破碎采場應(yīng)采用孔排距為1.8m左右的孔網(wǎng)參數(shù)。

4.3 側(cè)崩爆破起爆順序優(yōu)化

側(cè)崩爆破通常的起爆順序?yàn)橐岳蹍^(qū)為自由面逐排側(cè)崩爆破，礦石往往向拉槽區(qū)拋擲，采場口沒有礦石堆積，不利于頂板松石處理。為克服這一難題，需通過改變起爆順序解決礦堆高度不均的問題。改變爆破拋擲方向最根本的方法是改變炮孔爆破自由面方向。經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗(yàn)，最終采用圖3所示的起爆順序。圖3(a)中，采場中間2排孔先響，邊上4排孔隨后以中間已爆空間為自由面向中間拋擲，減少向拉槽區(qū)方向的拋擲。圖3(b)中，采場中間2排孔以V型同段起爆，，隨后邊孔向中間拋擲，增加采場中間位置爆堆高度。

4.4 邊孔光面爆破技術(shù)

邊幫控制是本采礦工藝最為關(guān)鍵的作業(yè)。如果邊幫控制不佳，容易引起高陡邊幫的片幫，影響出礦、充填和下一分層的鑿巖作業(yè)，甚至可能出現(xiàn)大面積垮塌。因此，必須采取措施確保爆破后邊幫齊整。

圖3 側(cè)崩區(qū)起爆順序優(yōu)化

針對(duì)這一情況，采場爆破時(shí)邊孔采用光面爆破，邊孔孔距設(shè)計(jì)為0.5m，同時(shí)采用竹筒間隔裝藥，為施工方便，也可采取孔內(nèi)放置PVC管的不耦合裝藥，PVC管放置在邊幫一側(cè)，同時(shí)，邊孔滯后于中間孔起爆，確保邊孔自由面朝向采場中間，降低炸藥爆破對(duì)邊幫巖石的沖擊破壞。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，邊幫控制效果很好，未出現(xiàn)過垮塌現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

針對(duì)盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔高分層充填法應(yīng)用過程中存在的問題，對(duì)其孔網(wǎng)參數(shù)、拉槽爆破、側(cè)崩爆破起爆順序等爆破方案進(jìn)行優(yōu)化研究，確定了直孔與斜孔組合拉槽、根據(jù)采場礦巖破碎程度調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)、改變側(cè)崩爆破自由面方向和邊孔光面爆破等技術(shù)措施，極大地提升了崩礦效率，保障了采場作業(yè)安全，達(dá)到了完善高分段回采工藝的目的。

[1]岑佑華，余 琳.銅綠山礦深部開采開拓方案[J].中國礦山工程，2004，33(6):1-4.

[2]張 剛.淺談銅綠山銅鐵礦深部開采的地壓問題[J].采礦技術(shù)，2005，5(2):14-15.

[3]陳 剛.凡口鉛鋅礦盤區(qū)機(jī)械化上向中深孔充填采礦法的爆破網(wǎng)絡(luò)及爆破參數(shù)優(yōu)化分析[J].采礦技術(shù)，2012，12(4):80-83.

[4]張木毅.凡口鉛鋅礦盤區(qū)機(jī)械化中深孔留礦法的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2002，2(3):24-26

[5]劉穎歆.空氣間隔裝藥在銅綠山礦深孔爆破中的應(yīng)用[J].爆破，1998(2):55-58.

[6]張 剛.銅綠山礦地下采礦技術(shù)的發(fā)展[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2000(12):8-9.

[7]趙金三.中深孔機(jī)械化采礦法在凡口礦的應(yīng)用[J].世界采礦快報(bào)，2000，16(7):229-230.

[8]冷復(fù)生.銅錄山礦上向分層水平充填法的特點(diǎn)及發(fā)展[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2000，20(6):10-12.

[9]王海軍，任 萌.高分段空?qǐng)霾傻V法的應(yīng)用與施工優(yōu)化[J].有色金屬，2013，65(5):15-19.

[10]盧 霞.盤區(qū)上向中深孔配套機(jī)械化采礦法實(shí)踐[J].采礦技術(shù)，2001，1(3):22-24.

2015-09-01)

趙雄文(1978－)，男，湖北黃石人，工程師，主要從事地下礦山采礦技術(shù)與安全管理方面的工作，Email:qiuxianyang_csu＠163.com。