扇形中深孔擴槽降低礦石損失貧化率的應用

李 勝 ，任慶偉，郭子林，杜英男，劉 偉

(1.華北理工大學 礦業(yè)工程學院， 河北 唐山市 063009；2.河鋼集團礦業(yè)公司石人溝鐵礦， 河北 遵化市 064200；3.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全工程實驗室， 河北 唐山市 063009)

0 引 言

河鋼礦業(yè)石人溝鐵礦是我國大型露天轉地下開采的礦山。目前主要為地下開采。該礦屬于鐵硅質沉積建造變質鐵礦床，礦石自然類型為石英巖型磁鐵礦，礦體厚10～50 m，傾角為65°～75°，平均70°；圍巖為黑云角閃斜長片麻巖、含鐵斜長片麻巖、磁鐵石英巖及中基性巖脈，礦巖巖堅硬、穩(wěn)固性好。根據(jù)礦體的開采技術條件，礦山采用的采礦方法為分段鑿巖階段礦房嗣后充填采礦法[1]。該方法的分段高度15 m，巷道規(guī)格為4.5 m×3.8 m，鑿巖設備為阿特拉斯 1354，1254采礦臺車，并在靠近上盤形成切割天井，通過切割平巷向上鉆鑿垂直炮孔進行擴槽，形成礦體開采的自由面和補償空間，最后采用中深孔落礦進行采礦。然而，該方法的穿脈礦房切割平巷一般布置在上盤礦巖交界處，為了避免因在做直立切割槽過程中，產(chǎn)生上盤礦石的損失貧化，進而導致增加了采礦生產(chǎn)經(jīng)營成本，降低了經(jīng)濟效益。

因此，針對分段鑿巖階段礦房嗣后充填采礦法中切割槽的形成技術開展研究，提出扇形中深孔擴槽方法，詳細論述該方法的實施方案，并在-120 m中段12-1#穿M 1礦房開展工業(yè)試驗，對礦石的損傷貧化、經(jīng)濟效益、采場爆破質量進行評價。

1 扇形中深孔擴槽

1.1 切割平巷位置的確定

石人溝鐵礦采礦過程中，切割平巷一般布置在上盤礦巖各半處，拉槽孔布置在切割平巷內(nèi)，孔網(wǎng)參數(shù)為孔距1.5 m，排距1.5 m。爆破采用半秒延期導爆管進行同排同段位，排間分段起爆方式進行拉直立切割槽，該位置的切割平巷造成上盤礦石的損失貧化嚴重。為了降低上盤礦石的損失貧化，礦山開展技術攻關，提出將切割平巷布置在上盤礦體內(nèi)，將拉槽布置在切割井以西的穿脈巷內(nèi)，切割平巷內(nèi)布置扇形中深孔進行擴槽，如圖1所示。

圖1 切割平巷位置的確定

1.2 拉槽孔孔網(wǎng)參數(shù)的確定

1.2.1 石人溝鐵礦工程地質條件

礦、巖物理力學性質：礦石硬度：f=10～12；礦石體重：3.4 t/m3；巖石體重：2.8 t/m3；巖石硬度：f=6～10；礦石平均松散密度r=2.27 t/m3；巖石平均松散密度r=1.87 t/m3；碎漲系數(shù)為1.5。

1.2.2 垂直拉槽孔最小抵抗線的確定[2-3]

中深孔落礦的最小抵抗線W，一般為釬頭直徑d的23～30倍，孔底距為(0.85～1.2)W。因此，60 mm孔徑：W=1.38～1.8，孔底距a=1.173～2.16；64 mm孔徑：W=1.472～1.920，孔底距 a=1.25～2.3；76 mm孔徑：W=1.748～2.280，孔底距a=1.486～2.7。

石人溝鐵礦切割井爆破后規(guī)格為2.4 m×2.4 m，為確保拉槽孔爆破效果良好，并根據(jù)補償空間理論，拉槽孔最小抵抗線取1.5 m。2.4×2.4(切割井空間)+1.5×3(首排拉槽孔空間)＞1.5×3×1.5(礦石碎漲所需補償空間)，根據(jù)驗算，滿足補償空間理論要求。

1.2.3 密集系數(shù)[3-5]

密集系數(shù)的選取是根據(jù)經(jīng)驗來確定。通常，平行孔的密集系數(shù)為0.8～1.1，以0.9～1.1較多。扇形孔時，孔底密集系數(shù)為0.9～1.5，以1～1.3較多；孔口密集系數(shù)為 0.4～0.7。選取密集系數(shù)時，當?shù)V石越堅固，要求的塊度越小，應取小值；否則應取大值。為保證拉槽孔爆破效果，降低拉槽孔爆破后塊度，減少礦石碎漲所占用的爆破空間，根據(jù)石人溝鐵礦工程地質情況可知，該礦房選取密集系數(shù)為：

1.2.4 裝藥系數(shù)

一般取0.7～0.85，其依據(jù)為：

1.2.5 炸藥單耗

巖石堅固性系數(shù)=8～12，一次爆破單位巖石炸藥消耗量=0.5～0.8 kg/m3，二次爆破單位巖石炸藥消耗量所占比例=25～35，線裝藥密度為3.5 kg/m。

1.2.6 填塞長度

扇形深孔填塞長度一般在0.4～0.8W范圍內(nèi)，相鄰孔深采用交錯不同的填塞長度，以免孔口附近炸藥過分集中的狀況。

1.2.7 垂直拉槽孔布置

拉槽布置在切割井以西的穿脈巷內(nèi)，炮孔為垂直向上，各炮孔長度均以上盤為邊界，鉆鑿完之后對各炮孔的長度和偏斜度進行測試，炮孔布置如圖2所示。

1.2.8 爆破效果

按照上述論述計算拉槽孔形成的爆破參數(shù)，按照設計參數(shù)實施爆破，拉槽孔壁面較好，其成孔形狀完整，為下一步擴槽提供了良好的作業(yè)條件。

圖2 垂直拉槽孔布置圖

1.3 扇形中深孔擴槽

1.3.1 扇形擴槽孔最小抵抗線的確定

為確保扇形擴槽孔爆破效果良好，按式（1）并根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，扇形擴槽孔最小抵抗線取1.6 m。

1.3.2 扇形擴槽孔孔底距的確定

扇形孔時，孔底密集系數(shù)為 0.9～1.5，以 1～1.3較多。為保證扇形擴槽孔爆破效果，降低爆破塊度，減少礦石碎漲所占用的爆破空間，該礦房扇形擴槽孔密集系數(shù)選取1.17。經(jīng)計算，扇形擴槽孔孔底距a=1.6 m。

1.3.3 扇形擴槽孔布置

扇形擴槽孔布置方式如圖3所示。

圖3 扇形擴槽孔布置方式圖

1.3.4 扇形中深孔擴槽施工

（1）鉆鑿炮孔。采用鑿巖臺車按設計的擴槽孔布置圖進行炮孔鉆鑿，鑿巖時，上下頂尖必須支穩(wěn)，立鉆必須嚴格校正，避免初始誤差；要切實做到開孔準確，慢慢將開孔處的巖面鑿平，以防剛開孔就使鉆桿產(chǎn)生偏斜；采用導向以減小鉆桿擺動及巖層發(fā)生變化時引起的鉆進偏斜，為保證首爆裝藥孔與空孔之間的平行度，各機臺在切割井施工過程中掏槽孔必須由指定人員單班完成，其余孔由下個班完成。

（2）測孔。鉆孔清理要求鉆進達到設計孔深后，鉆頭停止鉆進穩(wěn)鉆1～2 m in，然后方可推出鉆桿、鉆頭。并用高壓空氣(風壓 0.2～0.4 MPa)將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外，以免影響裝藥質量。清理結束后，對炮孔進行檢驗，確保孔深及鉆孔角度、方位符合設計要求。

（3）裝藥爆破。該次爆破單排負擔面積為

237.7 m2，單排進尺為272.2 m；單排崩礦量為1455 t。以目前孔口留2 m不裝藥、線裝藥密度3.5 kg/m進行計算：裝藥量為847.7 kg；單耗：為0.58 kg/t；以裝藥系數(shù)0.7、線裝藥密度3.5 kg/m進行計算。所有炮孔裝散裝銨油炸藥，孔內(nèi)全長鋪設導爆索。裝藥前必須先檢查好所有爆破地點有關通路或出入口，并在所有的通道口懸掛爆破警戒標志和指派專人警戒，但在回風口只許使用警戒標志，不得派人警戒；爆破中必須發(fā)出明顯的信號(聲響和視覺信號)使危險區(qū)內(nèi)人員都能清楚的聽到和看到。第一次信號—預告信號，所有與爆破無關的人員應立即撤到危險區(qū)以外，或指定的安全地帶。同時向危險區(qū)邊界派出警戒人員。第二次信號—爆破信號。確認人員設備全部撤離危險區(qū)，具備安全起爆條件時，方準發(fā)出起爆信號，根據(jù)這個信號準許爆破員起爆。第三次信號—解除警戒信號。

2 應用評價

在-120 m中段12-1#穿M 1礦房開展工業(yè)試驗，通過爆破試驗及現(xiàn)場出礦過程跟蹤表明，-120 m中段12-1#穿M 2基本實現(xiàn)了對上盤礦石的回收工作。按礦體傾角平均60°計，單一分層可以減少約1000 t礦石的損失，降低約1000 t巖石的混入。

根據(jù)石人溝鐵礦年度生產(chǎn)計劃安排，全年可減少3萬t礦石的損失和3萬t巖石的排巖費用，直接經(jīng)濟效益約40萬元。

3 結 論

方案設計和工業(yè)試驗證明，將切割平巷布置在上盤礦體內(nèi)，拉槽布置在切割井以西的穿脈巷內(nèi)，切割平巷內(nèi)布置扇形中深孔進行擴槽，有效避免了穿脈礦房上盤巖石的混入，最大程度的回收了上盤礦石，降低了礦石損失提高了礦石質量，降低了生產(chǎn)經(jīng)營成本。