新技術在天湖鐵礦的實踐與應用

趙宗義，汪 磊

新技術在天湖鐵礦的實踐與應用

趙宗義，汪 磊

(新疆大明礦業集團股份有限公司天湖鐵礦，新疆 哈密市 839000)

天湖鐵礦在生產工藝變革過程中，應用新的采礦方法、新的掘進技術、新的采礦設計軟件進行采礦作用活動，從根本上解決了礦山成本高，勞動強度大的問題。簡要介紹了3種新技術在礦山中的應用，經過大量的現場實驗與應用，取得了較好的效果。

無底柱分段崩落法;混合掏槽;surpac軟件

0 引 言

天湖鐵礦是新疆大明礦業集團股份有限公司下屬的一座中型礦山，礦區位于新疆維吾爾自治區哈密市境內。礦區總范圍（包括淺部礦體）東西長11000 m，南北寬5000 m，總面積55 km2。礦體開采區為Ⅰ號礦體1120～1060水平，西起38線，東至62線。采用地下開采方式，設計年產鐵精粉30萬t。礦體呈東西走向，以勘探線劃分礦體厚度，48線～54線礦體較為厚大，且礦體傾角大于等于70°，次區間礦體采用無底柱分段崩落法回采，礦山采用豎井開拓，斜坡道輔助運輸的開拓方式。

1 無底柱分段崩落法的應用

天湖鐵礦前期開采方法為淺孔留礦法，此方法由于施工人員要在礦房內作業，員工生命安全受到極大的威脅，作業環境極差，先進設備不能使用，導致工作人員勞動強度大，設備使用效率低，百萬噸死亡率比其他采礦方法較高，給礦山造成了極大的損失。針對以上生產問題，公司于2010年進行采礦方法變革，將淺孔留礦法改為無底柱分段崩落法，大大提高了設備效率和人員的勞動效率，保障了員工作業環境的安全性，使其人身安全得到實質性地保障。

無底柱分段崩落法首先應用于1060中段至1120中段的5個分段水平（見圖1），正常分段高度為12 m（第一分段高度達到15 m），進路垂直礦體走向布置，進路間距12 m，進路寬4 m、高3.6 m、切巷寬度3 m，在進路鑿巖中深孔，進行一次后退式回采。采用boomer281掘進臺車進行平巷掘進，一次循環進尺3.2 m；采用simbaH1254采礦臺車進行中深孔鑿巖，鉆孔直徑80 mm，從進路切割巷下幫開始，每2 m排距鑿巖一排中深孔。第一分段垂直鑿巖高度為15～20 m。

第一分段開采的重要目的是為下分段形成安全的覆蓋層。所以一分段的礦石回采較低，大部分松散礦石進入空區，滿足擠壓爆破條件，利用擠壓爆破，使崩落的礦塊易于搬運。

其余4個分段回采高度均為12 m，崩礦步距為1.5～3 m，上下分段回采順序為下分段滯后上分段一個礦塊（一般為4條進路）的距離，各分段在回采過程中實行“鉆、爆、出”單循環作業模式。

圖1 無底柱分段崩落法

2 混合掏槽在平巷掘進中的應用

天湖鐵礦平巷掘進主要使用boomer281掘進臺車，前期在施工過程中由于操作工的技能較差與掘進參數的不合理，導致作業效率低，生產成本大。后對操作工進行定崗培訓和對參數進行調整，采用混合式掏槽進行試驗與探索。

2.1 掏槽孔的大小及布置方式

混合式掏槽結合了大孔徑桶形掏槽和在掘進面中部形成錐形的兩種掏槽方式，主要用于斷面較大、巖石較堅硬的平巷掘進中。在井巷掘進爆破中掏槽尤為重要，它直接影響爆破質量和循環進尺長度。炮孔大小選擇用直徑38 mm的鉆頭，初始爆破自由面鉆孔用擴孔裝置將孔擴大使之增大爆破自由面，擴大后的炮孔直徑為87 mm，稱之為大孔徑空孔，大孔徑掏槽孔的輔助孔均布置為錐形用來進行二次擴槽，保證爆破質量。

2.2 炮孔數與炸藥消耗量計

（1）炸藥單耗計算公式為：

式中，為炸藥單耗，kg/m3；為系數，0.25～0.35；為巖石堅固性系數；S為斷面影響系數，S=S/5（為巷道掘進斷面m2）；d為藥徑影響系數；d=d/32（為藥卷直徑）。

公式（1）主要用于計算單次爆破進尺在1~2.5 m以內的井巷，由于臺車鉆孔深度在3 m以上，炸藥單耗隨著單次爆破深度而變大，往往一次掘進深度超過3 m以上的巷道需要實際驗證炸藥單耗。為保證爆破效果，炸藥單耗值根據爆破斷面大小、炮孔長度確定合理數值。在首次實驗過程中，為保證爆破效果，炸藥單耗設定在2.8 kg/m3。通過反復施工尋求最佳經濟爆破參數，計算得到實際炸藥單耗在2.6 kg/m3，比以往節約15%～20%的炸藥。

（2）炮孔布置數目與炸藥單耗、巷道斷面積、藥卷質量和長度、及炮孔利用率有關，根據公式（2）計算：

式中，為每個藥卷長度，m；為裝藥系數，掏槽孔取0.6~0.8；輔助孔和周邊孔取0.5~0.65；為每個藥卷質量，kg；為炮孔利用率（一般為0.8~0.95）。

以巷道斷面積為13.6 m2計算的總孔數為51個，實際施工孔數要根據已成型的巷道齲面確定。鉆孔數目的減少最直接的反應出鑿巖時間縮短，為每個循環作業節約了時間。

（3）炸藥量取決于巖石性質、爆破巖石體積和炸藥單耗，在實際作業中遇到不同地質構造的巖體時，炸藥消耗量需要實驗驗證，取得合理經濟的爆破指標。每循環炸藥量計算公式為：

式中，為每循環裝藥量，kg；為爆破巖石體積，m3；為工作面炮孔平均深度。

（4）掏槽孔布置方式。掏槽孔布置見圖2，圖2中1號孔為掏心孔，3號擴槽孔布置成錐形，2號孔為大孔徑空孔，為掏槽做初始自由面。為合理控制鉆孔間距，經過實驗得到掏心孔與大孔徑空孔的間距控制：軟巖時，間距為小鉆孔直徑的3倍；硬巖時，間距為小鉆孔直徑的2倍。擴槽孔向著掏心孔偏移，平面角度3°；擴槽孔與大孔徑空孔的間距為300 mm，隨著巖石軟硬做出調整。布孔間距在上述值以外，難以保證掏槽質量，導致掏槽失敗。以上的掏槽孔布置間距與角度經過實際驗證，是保證掏槽質量的重要參數。

圖2 掏槽孔布置

（5）炮孔的裝藥方式、起爆方式和堵塞方式與普通方法一樣，采用不耦合裝藥，且掏心眼裝藥系數不低于80%～90%。

掏槽方法的合理應用能夠提高爆破質量和進尺長度，同時在生產效率和開采成本上取得一定的效果。應用有效鉆進深度在3 m以上的鑿巖設備，使用該方法會大幅提升作業效率。實際應用總結出，爆破進尺在2.5 m以上的大斷面掘進工程，巷道成形質量更高。

3 surpac礦業軟件的應用

新疆大明礦業運用surpac礦山軟件來指導和服務一線生產。surpac軟件能直觀的反映礦山井下的實際生產狀況，并針對實際生產情況編制符合當前生產的掘進計劃和采礦計劃，從而指導生產作業。

3.1 地質數據庫的建立

建立地質數據庫，包括建立collar表、survey表、translation表和style表。其中collar表和survey表中的所有數據都來源于實際的鉆孔數據。將這4種表格建好以后，全部導入軟件之中，檢查數據庫結構是否符合工作需求，如需修正，再次對數據庫進行更新。

3.2 建立實體模型

執行surpac軟件的剖面操作功能制作鉆孔坑道剖面。通過由勘探線和坑道線對鉆孔數據庫剖面的確定，利用地質專業礦體形態推算法，將礦體進行解譯，形態線必須是閉合線。通過surpac軟件把樣長、品位及所需要的信息進行樣品組合，為后期的礦體模型賦值做好數據準備工作。利用解譯的線文件剖面將其一一連接形成礦體模型，再利用各自線文件的邊界線推算出夾石邊界，形成夾石模型。

3.3 采礦設計

3.3.1 采準工程設計

利用建立的礦體實體模型，運用采礦專業知識在surpac軟件中設計出采準工程的線文件，最后形成實體模型，直觀反映礦山井下采準工程的相對位置和施工位置，以更好地指導作業生產，便于調度。

3.3.2 中深孔設計

中深孔設計是采礦設計中最為繁重的設計工作之一，而利用CAD軟件設計中深孔工作量大又費時，而且設計的中深孔合理性和可操作性相對較低，大塊產生率較高。surpac軟件可解決CAD的設計難題，其不但設計時間少，設計效率高而且設計的中深孔可以在三維實體模型中直觀的展示出來，在施工前可以檢查設計孔的合理性和可操作性，大大地提高了炮孔的設計質量，降低了大塊率，從根本上降低了生產成本。

surpac軟件是利用實際巷道模型和巷道中線切割出的剖面進行炮孔設計，設計炮孔時先選擇鉆機進行設置然后再進行炮孔設計，炮孔設計后可形成炮孔數據報告。

3.4 生產計劃的編制

傳統的計劃編制一般采用excel表格來完成，而這種片面性計劃的人為因素很大，影響生產的各環節考慮不全面，計劃可行性較低。surpac軟件中MineSched是專門進行計劃編制的一種工具，它采用先進的數據處理功能，運用地質模型，設定工程順序、采礦設備能力以及采礦范圍等，通過設定這些約束條件，使生產計劃具有可操作性和科學性，在施工前期就可以清晰地反映出施工地點、施工班組和工程類別，有利于安全管理和生產調度。

4 結 論

天湖鐵礦通過對新技術的探索與應用，從根本上解決了束縛礦山井下生產高成本的問題，將原本繁重、勞動強度大的井下生產勞動變成便于操作、科學性強，安全程度高的采礦活動，從而使井下生產作業更加標準化、規范化、可視化和信息化。

[1] 趙宗義.無底柱分段崩落采礦法在天湖鐵礦的應用[C]//中國高效采礦技術與裝備論壇論文集,2012.

[2] 王 超.天湖鐵礦混合式掏槽法在平巷掘進中的應用[C]//中國高效采礦技術與裝備論壇論文集,2012.

[3] 閆好軍.三維數字化礦山軟件SURPAC在天湖鐵礦的應用[C]//中國高效采礦技術與裝備論壇論文集,2012.

(2018-05-15)

趙宗義(1991—),男,甘肅天水人,主要從事礦山開采設計與地勘及礦山安全生產管理工作,Email：605317344@qq.com。