盤區機械化上向中深孔高分層充填法爆破方案優化分析

趙雄文，熊國雄，戴宏輝，周科禮，史秀志，邱賢陽

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

盤區機械化上向中深孔高分層充填法爆破方案優化分析

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

針對銅綠山銅鐵礦在用盤區機械化上向中深孔高分層充填法回采過程中出現的爆破塊度不均、松石處理量大、分層高度不夠、崩礦效率不高等問題，對該方法的爆破孔網參數、拉槽爆破、側崩爆破起爆順序等進行優化研究，進一步完善了該采礦工藝。

銅綠山銅鐵礦；上向中深孔；盤區機械化；爆破方案優化

0 引 言

目前，銅綠山已全面進入深部開采，不僅面臨深井“三高一擾動”的惡劣環境，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，分支復合現象普遍，礦巖穩固性變差。為確保深部資源安全高效回采，保持礦山生產的連續性，銅綠山礦成功試驗盤區機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械化配套設備，大大提高了采礦采場生產效率和作業安全。然而由于銅綠山礦深部礦巖破碎，該工藝在應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。為進一步完善回采工藝、提高回采效率，對其孔網參數、拉槽爆破、側崩爆破起爆順序等爆破技術進行優化研究。

1 深部礦體開采技術條件

根據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號礦體，約占總礦量的80%。其中，Ⅲ號礦體位于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。礦產水文地質屬于以溶洞為主，頂底板直接進水、水文地質條件中等至復雜的巖溶充水礦床。礦體項板圍巖在15線為矽卡巖及大理巖，19～29線為大理巖或白云質大理巖，底板為花崗閃長斑巖，均屬堅固巖石，Ⅳ號礦體圍巖穩定性強于Ⅲ號礦體。

2 采礦方法簡介

采用盤區機械化上向中深孔高分層充填法，礦體厚度較大時采場垂直走向布置，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，每個分段分成2個分層回采，第一分層回采高度3.0～5.0m，第二分層回采高度5.0～7.0m，回采由下往上進行，分礦房、間柱兩步驟回采，見圖1。

采用Boomer K41X型鑿巖臺車鉆鑿上向平行炮孔，孔徑51mm，炮孔按梅花狀排列，掏槽區孔網一般為1.0m×1.2m，孔距為1.3～1.5m，孔排距為1.4～1.6m。一個分層采場鑿巖后一次裝藥爆破，裝藥臺車裝填銨油炸藥，采用1～30段高精度毫秒雷管起爆炸藥，邊孔滯后一段起爆，整個爆破網絡采用導爆索與毫秒雷管非電復式起爆網絡起爆。一個分層采場爆破后，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絡道進入采場處理松石，必要時進行錨網支護。采用EST－31/2型電動鏟運機鏟裝礦石，運往礦石溜井卸載。

分層采場出礦后進行充填作業。礦房采場采用細砂膠結或尾砂膠結充填，間柱采場采用非膠結或尾砂膠結充填。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償空間和設備作業空間。待充填體達到強度后方可進行下一分層的回采作業。

3 存在的問題

銅綠山銅鐵礦深部與淺部相比，礦體地質情況和巖石力學參數變化較大，對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用過程中主要存在以下問題:

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

(2)前期試驗研究確定的側崩孔網參數為1.6m×1.6m，應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，因此有必要根據礦巖情況進行孔網參數優化；

圖1 盤區機械化上向中深孔高分層充填法示意

(3)最后一次側崩爆破后礦石向前拋擲，導致采場口位置沒有礦堆，第二分層空場高達10m，無法進行頂板松石處理作業，極大增加了出礦作業風險；

(4)邊孔與中間孔孔網參數一致，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 爆破方案優化

4.1 高分層拉槽技術優化

針對高分層拉槽高度不夠、效率不高的問題，對其拉槽方式進行優化，采用直孔與斜孔相結合的拉槽方式，如圖2所示。

圖2 高分段直孔與斜孔組合拉槽方式

4.2 側崩爆破孔網參數優化

針對不同采場爆破塊度不均的問題，根據礦巖性質和巖石力學參數的不同，對不同采場的孔網參數進行試驗研究，根據試驗結果和采場礦巖破碎程度調整孔網參數，礦巖堅硬的采場應采用孔排距為1.5m的孔網參數，而破碎采場應采用孔排距為1.8m左右的孔網參數。

4.3 側崩爆破起爆順序優化

側崩爆破通常的起爆順序為以拉槽區為自由面逐排側崩爆破，礦石往往向拉槽區拋擲，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。經過現場多次試驗，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

邊幫控制是本采礦工藝最為關鍵的作業。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，甚至可能出現大面積垮塌。因此，必須采取措施確保爆破后邊幫齊整。

圖3 側崩區起爆順序優化

針對這一情況，采場爆破時邊孔采用光面爆破，邊孔孔距設計為0.5m，同時采用竹筒間隔裝藥，為施工方便，也可采取孔內放置PVC管的不耦合裝藥，PVC管放置在邊幫一側，同時，邊孔滯后于中間孔起爆，確保邊孔自由面朝向采場中間，降低炸藥爆破對邊幫巖石的沖擊破壞。經過現場試驗，邊幫控制效果很好，未出現過垮塌現象。

5 結 論

針對盤區機械化上向中深孔高分層充填法應用過程中存在的問題，對其孔網參數、拉槽爆破、側崩爆破起爆順序等爆破方案進行優化研究，確定了直孔與斜孔組合拉槽、根據采場礦巖破碎程度調整孔網參數、改變側崩爆破自由面方向和邊孔光面爆破等技術措施，極大地提升了崩礦效率，保障了采場作業安全，達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，2005，5(2):14-15.

[3]陳 剛.凡口鉛鋅礦盤區機械化上向中深孔充填采礦法的爆破網絡及爆破參數優化分析[J].采礦技術，2012，12(4):80-83.

[4]張木毅.凡口鉛鋅礦盤區機械化中深孔留礦法的應用[J].采礦技術，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用[J].爆破，1998(2):55-58.

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

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

[8]冷復生.銅錄山礦上向分層水平充填法的特點及發展[J].礦業研究與開發，2000，20(6):10-12.

[9]王海軍，任 萌.高分段空場采礦法的應用與施工優化[J].有色金屬，2013，65(5):15-19.

[10]盧 霞.盤區上向中深孔配套機械化采礦法實踐[J].采礦技術，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與安全管理方面的工作，Email:qiuxianyang_csu＠163.com。