眼前山鐵礦堅硬礦石掘進技術

穆曉紅　楚長青

(1.鞍鋼礦業集團技工學校；2.鞍鋼礦業集團眼前山鐵礦)

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眼前山鐵礦堅硬礦石掘進技術

穆曉紅1楚長青2

(1.鞍鋼礦業集團技工學校；2.鞍鋼礦業集團眼前山鐵礦)

摘要眼前山鐵礦東端幫作業區為該礦掛幫礦生產的主要作業區，針對掘進過程中出現的掘進布孔設計不合理、爆破效率低、掘進成本高等問題，對堅硬礦石巷道掘進技術進行了研究。分別通過礦石力學分析、可爆性分級、理論分析、工業試驗，優化確定了眼前山鐵礦堅硬礦石掘進布孔參數和爆破工藝技術參數。在實踐過程中，通過加強掘進工序管理，有效改善了掘進爆破效果，提高了爆破作業效率，降低了作業成本，為該礦今后轉入深井開采奠定了良好基礎。

關鍵詞堅硬礦石掘進技術布孔參數爆破參數掘進工序深井開采

眼前山鐵礦掛幫礦生產的主要作業部位為采場東、西端幫，東端幫負責東部掛幫礦的掘進、采礦穿孔和鏟運機出礦等工作。東幫生產初期掘進采用直筒型掏槽，每區穿孔100個，孔深3 m，平均進尺1.5 m，掘進進尺少；爆破后槽心破碎，造成下次槽心穿孔時易發生塌孔、堵孔；炮孔利用率為50%，低于全國炮孔利用率的平均水平(70%～80%)；炸藥單耗高，接近全國平均水平的2倍，爆破后作業面剩余大量殘眼，造成下次穿孔難度大。上述問題的存在，導致爆破穿孔數量多，爆破效率較低，爆破成本較高。為此，本研究對眼前山鐵礦東幫堅硬礦石掘進技術進行研究。

1礦山地質概況

眼前山鐵礦東端幫主要掘進條帶狀磁鐵石英巖夾片巖巖組，主要由磁鐵石英巖、閃石磁鐵石英巖、石榴石陽起石英巖等組成，結構主要為塊狀結構和層狀結構，硬度系數為12～17，區內鐵礦石物理力學參數見表1。眼前山鐵礦巖石可爆性分級標準見表2，礦區主要巖(礦)石可爆性分級標準見表3。由表3可知：眼前山鐵礦東端幫礦石可爆性差，為V級，為較難爆破的巖種。

表1　鐵礦石的物理力學參數

表2　眼前山鐵礦巖石可爆性分級標準

表3　眼前山鐵礦主要巖(礦)石的可爆性分級

注：λ為依經驗選取的分級指標權重系數。

2堅硬礦石掘進技術

2.1掏槽方案

平巷掘進爆破時，掏槽孔的作用是在工作面上首先創造1個槽腔作為自由面，為其他炮孔爆破創造有利條件，因此掏槽孔的布置極為重要。根據巷道斷面、巖石性質和地質構造等條件，掏槽孔的排列形式有傾斜空掏槽、平行空孔直線掏槽、混合式掏槽3種[1-3]。

2.1.1平行空孔直線掏槽

平行空孔直線掏槽法的掏槽孔垂直于工作面，特點是孔深不受限制，炮孔平行，抵抗線均勻，通常分為龜裂掏槽、桶形掏槽、螺旋形掏槽。本研究采用五星掏槽的布眼方式。中間掏槽孔作為首發起爆孔，周邊4個空孔均能為其提供自由面和補償空間，該4個空孔圍繞中間掏槽孔對稱布置，首發掏槽孔起爆后，將中間4個空孔貫通，為后段爆破孔提供補償空間和自由面。炮孔參數：空孔孔徑102 mm、孔深3 200 mm，掏槽孔孔徑45 mm、孔深3 200 mm，均垂直于掌子面方向布置。炮孔布置及爆破試驗效果分別見圖1、圖2。由圖1、圖2可知：掏槽爆破后掏槽腔空間小，掏槽腔拋擲效果不理想，無法為輔助孔爆破提供足夠的補償空間，易導致爆破進尺少、殘孔多，因此平行空孔直線掏槽不適合眼前山鐵礦東端幫掘進作業。

圖1　炮孔布置

圖2　爆破試驗效果

2.1.2傾斜孔掏槽

傾斜孔掏槽法的特點是掏槽孔與工作面斜交，通常分為楔形掏槽、錐形掏槽、單向掏槽。在東幫作業區現場進行楔形掏槽試驗，發現穿孔過程中炮孔角度較難掌握，打孔不方便。炮孔施工精度要求較高，須嚴格控制施工角度，較難保證施工質量，易造成炮孔之間相互打穿，影響爆破效果。此外，該礦使用進口鑿巖臺車鉆臂，鉆桿較長操作不靈活，施工難度較大。由此可見，傾斜孔掏槽不適合在該礦東幫作業區使用。

2.1.3桶形與傾斜孔混合掏槽

通過分析眼前山鐵礦東端幫巖石的性質并結合生產實踐經驗，認為理想的掏槽布置應滿足形式簡單、易操作，爆破后形成足夠的空腔。本研究通過現場試爆和分析，提出一種桶形與傾斜孔混合掏槽方式。該掏槽方式穿7個10°平行傾斜孔，中間掏槽孔作為首發起爆孔，采用6個空孔均勻分布于中心孔四周，為其提供補償空間，首發掏槽孔起爆后，將中間6個空孔貫通，為后段掏槽孔提供補償空間和自由面。炮孔參數和炮孔布置形式：掏槽孔孔徑45 mm、孔深3 200 mm；掏槽中心孔與輔助空孔與掘進掌子面巷道中心線呈10°；中心孔裝藥， 6個輔助孔不裝藥；4個二段起爆孔距一段孔200 mm，呈菱形均勻分布于輔助孔四周。炮孔布置及爆破試驗效果分別見圖2、圖3。

經多次爆破試驗，發現該方式的掏槽效果較好，首先傾斜掏槽有助于礦石拋擲，掏槽眼平均深度3.0 m；其次，形成槽腔空間大，為后段掏槽孔提供足夠大的補償空間和自由面；最后，掏槽孔為傾斜孔，孔口位置與孔底位置不重合，解決了掏槽爆破后槽心破碎，下區爆破槽心穿孔困難的問題。為此，本研究眼前山鐵礦東幫作業區采用桶形與傾斜孔混合掏槽方式。

圖3　炮孔布置

圖4　爆破試驗效果

2.2輔助孔和周邊孔布置

輔助孔和周邊孔的布置原則：①布孔均勻，既充分利用炸藥能量，又確保按設計輪廓線崩落；②底孔布置應確保克服大抵抗線，減少孔內積水。影響炮孔數目確定的因素為巖石性質、炸藥威力、巷道斷面規格、自由面情況、炮孔深度、裝藥系數、裝藥方式以及填塞方式等。現場爆破試驗發現，優化掏槽方式后原有的穿孔數量過多，需重新優化輔助孔和周邊孔布置，逐步減少炮孔數量。經多次試驗，將穿孔數目縮減至55個，周邊孔孔口距內側200 mm，距孔底輪廓線外100 mm，外傾角5°，孔深3 m，邊墻距頂眼500 mm，距底眼660 mm。掏槽孔和周邊孔布設完畢后，布置輔助孔，輔助孔以槽腔為自由面層層布置，均勻分布于被爆巖體表面。首先布置三段起爆孔(6#～9#)孔，距二段孔300 mm；其次布置四段起爆孔(10#～13#孔)，距三段孔500 mm；再次布置五段起爆孔(14#～17#孔)，距四段孔500 mm；然后布置六段起爆孔(18#～25#孔)；最后布置3個七段起爆孔，距六段孔640 mm。炮孔布置如圖5所示。

2.3規范穿孔作業

固化掘進穿孔設計，并開展作業區內部培訓，使施工人員充分掌握掘進穿孔技術。制定掘進穿孔規范，在穿孔過程中及時跟蹤監督管理，及時糾正、考核，確保打眼質量。掘進施工前用噴繪掏槽孔、邊墻和頂弧，保證巷道方向和尺寸。首先確定槽心位置，然后將281或282鑿巖臺車一臂的鑿巖機向上放平，大臂與小臂夾角保持不變，最后按預先設計位置開始穿槽心孔，穿孔過程中僅上下左右平行移動，大臂與小臂夾角始終保持不變，保證槽心孔與巷道中心方向一致。槽心孔和輔助孔施工時須用低沖擊完成，保證穿孔角度和位置精準。其他孔開始穿孔時，孔深應小于500 mm，須低速沖擊，除底孔外，其余孔均由孔底至孔口具有1%～2%流水坡度，保證炮孔內巖渣涮凈、無積水。

圖5　炮孔布置示意(單位：mm)

2.4優化爆破設計與加強爆破管理2.4.1優化爆破設計

由于掏槽孔夾制作用大，本研究進行了爆破優化設計，鑒于底板眼需克服底板抵抗線和上部壓渣，故其裝藥量較大，輔助孔由內向外裝藥量逐漸減少，優化后的爆破參數見表4。

表4　優化后的爆破參數

首先起爆掏槽孔，然后逐圈起爆輔助孔，輔助孔爆破完畢后起爆邊墻孔、頂眼，最后起爆底眼。所有炮孔均采用反向起爆，孔外采用1MS雷管連接，每發雷管最多連接10根導爆管，安全地點用起爆器起爆(圖6)。

圖6　起爆流程

2.4.2加強爆破管理

①火藥進入爆破現場前，爆破人員應用炮棍對掘進炮孔進行檢驗，若發現堵孔，應及時透孔；②為確保安全起爆和準爆，嚴格按設計順序(掏槽孔→輔助孔→周邊孔)起爆；③炮孔均按設計藥量進行裝藥。

3爆破效果

(1)掘進成本。穿孔數量由100個減至55個，節省鑿材費用3 001元/m。本研究掘進技術實施前巷道掘進鑿材成本4 478元/m，實施后巷道掘進鑿材成本降至1 477元/m。炸藥單耗由3.18 kg/t降至1.36 kg/t。由于穿孔數量的大幅降低，設備作業臺時大量減少，從而降低了設備作業損耗，節省了設備的保養、維護、維修成本。

(2)掘進效率。巷道掘進進尺由1.5 m/d提高至平均2.5 m/d，炮孔利用率由50%提高至83%，掘進月產量由平均60 m/月提高至130 m/月。

(3)作業安全性。作業面殘孔較少，降低了穿孔作業的安全隱患；火藥單耗降低，對圍巖的破壞減輕，提高了圍巖穩定性；穿孔數量減少了1/2，作業時間縮短了1倍，縮短了危險區域的作業時間，降低了作業風險。

(4)掘進質量。爆破后巷道成型規整，符合設計輪廓，光面爆破后通常可在新形成的壁面上殘留清晰可見的半邊孔壁痕跡，大大減少了巷道的超挖量，提高了施工質量。

(5)職工勞動強度。有效縮減了各區掘進穿孔和爆破裝藥的作業時間，降低了職工的勞動強度。

4結語

為有效解決眼前山鐵礦東端幫作業區巷道掘進過程中出現的問題，研究了堅硬礦石巷道掘進技術，經過大量理論分析與試驗驗證，優化了掘進布孔參數以及爆破工藝技術參數，取得了較好的實踐效果，可供類似礦山工程參考。

參考文獻

[1]顧毅成.爆破工程施工與安全[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[2]王青，史維祥.采礦學[M].北京：冶金工業出版社，2001.

[3]陶松霖.鑿巖爆破[M].北京：冶金工業出版社，1986.

(收稿日期2015-10-09)

The Excavation Technology of Hard Ores of Yanqianshan Iron Mine

Mu Xiaohong1Chu Changqing2

(1.Vestibule School,Ansteel Mining Group;2.Yanqianshan Iron Mine,Ansteel Mining Group)

AbstractThe east end assignments section is the main assignment section of hanging wall ore production of Yanqianshan iron mine,in view of the problems of unreasonable of the design of excavation holes,low blasting efficiency and high excavation cost existed in the roadway excavation process,the excavation technology of hard ores of Yanqianshan iron mine is studied.The excavation hole parameters and technical parameters of blasting technology of hard ores of Yanqianshan iron mine are determined by ore mechanics analysis,blastability classification,theoretical analysis and industrial tests.In the process of practice,the excavation process management is strengthened,the excavation blasting effects is improved,the blasting efficiency is lowered,the blasting cost is reduced,the research results can provide the basis for the deep mining of Yanqianshan iron mine in the future.

KeywordsHard ores， Excavation technology， Hole parameters， Blasting parameters， Excavation process， Deep Mining

穆曉紅(1970—)，女，講師，114031 遼寧省鞍山市立山區深溝路249號。

·采礦工程·