長安金礦1201-1205采場中深孔落礦工藝及參數優化試驗

許敏捷 周宗紅 高旭輝 劉永文 周曉軍

（1.云南黃金集團金平長安礦業有限公司；2.昆明理工大學國土資源工程學院；3.云南黃金集團云南地礦建設工程有限責任公司）

無底柱分段崩落法采用上向扇形中深孔落礦，每次爆破1～2 排，爆破工作較為頻繁，爆破質量的好壞對下一步出礦、爆破等影響很大。許多專家學者對中深孔落礦進行了研究優化。劉猛［1］結合首云鐵礦礦巖特性及開采現狀，對中深孔爆破參數進行優化，確定了各參數的取值范圍，并進行了工業試驗。尹海峰［2］對峨口鐵礦2 020 m 中段中深孔爆破參數做了優化，進行了炮孔和回采爆破優化設計。繆國衛［3］通過理論分析和現場實踐，采用虛擬孔底距確定孔口預留最大不裝藥長度的方法，設計了2種預留長度的孔口間隔裝藥方案，并進行了現場工業試驗。涂旭東等［4］分析了四方金礦巷道眉線破壞的原因，提出了加強巷道掘進及中深孔施工管理，優化回采順序，優化爆破參數及爆破網絡，改善支護形式等措施。李智慧等［5］采用相似模擬的方法，對不同眉線破壞程度條件下，礦石回收指標的變化規律進行了實驗研究，并提出了眉線綜合保護措施。眼前山鐵礦進行了采場爆破試驗，以崩礦步距和孔底距為試驗參數，采用控制變量法，研究不同結構參數組合對礦石爆破效果和生產成本的影響［6］。姜永恒等［7］以云南鎮沅金礦為工程背景，運用ANSYS/LS-DYNA 數值模擬軟件，分析有效應力云圖及Von Mises有效應力峰值，優選了孔底距和最小抵抗線。

云南黃金礦業集團股份有限公司金平長安礦業有限公司長安礦段（簡稱長安金礦）露天轉入地下開采過程中，1 500 m首采中段由于接近露天坑底，礦石節理裂隙發育，加上落礦工藝參數不合理等，眉線破壞嚴重、首采分段1 524 m 分段的1102 采場部分排面存在無法裝藥、出現隔墻、炸藥單耗高等問題，嚴重影響礦山生產安全。本研究在現場調查、室內力學實驗、和放礦實驗的基礎上，對不同落礦參數進行計算分析，提出了合理的崩礦步距和裝藥結構，采取孔底起爆、微差爆破、孔口交叉裝藥等措施，經過1 518 m分段1201-1205采場工業試驗表明：采用改進的中深孔落礦工藝參數有效降低了眉線破壞程度，隔墻大大減少，一次炸藥單耗降低。

1 工程背景

1.1 礦山概況

長安金礦長安礦段礦床受構造、巖性、巖漿巖控制，屬于中低溫熱液型金礦床。礦體產出于F6斷層破碎帶東盤的蝕變巖帶中，其底板是F6破碎帶的白云質構造巖和部分東盤的砂泥質蝕變巖，頂板是東部的砂泥質蝕變巖及少量正長巖、煌斑巖（脈）。礦床水文地質類型為以裂隙含水層直接充水為主的中等類型。

主要礦體賦存于F6斷層破碎帶東盤蝕變帶的砂礫巖、鈣質砂巖、砂泥巖、蝕變的輝綠巖中，巖石總體半堅硬-堅硬，巖體總體較完整，穩固性較好。但礦區構造較復雜，斷層發育，巖體破碎，軟弱夾層多，坑道局部地段揭露斷層破碎帶及其它軟弱破碎巖體時容易發生垮塌、冒頂、片幫等工程地質問題，穩固性差。

1.2 原有落礦參數

1 524 m 水平分段1102 采場為露天轉地下采用無底柱分段崩落法開采的首個采場，鑿巖采用鉆架配YGZ-90 導軌式鑿巖機，上向扇形布置，鉆孔直徑58 mm，排距1.3～1.5m，孔底距1.5～2.0 m，孔底密集系數m 為1.0～1.3。采用粉狀乳化炸藥，實際裝藥系數0.83～0.85，一次炸藥消耗量為0.56 kg/m3，每米崩礦量4.64 t。

1.3 中深孔落礦主要問題及原因分析

長安金礦無底柱分段崩落法中深孔落礦主要存在以下幾個問題。

（1）1 524 m 分段處于露天坑底，礦石節理裂隙發育，加上爆破振動影響，眉線破壞嚴重；巷道掘進時周邊眼偏少，巷道成形差（如圖1 所示），多數巷道未支護或噴漿厚度不夠；裝藥系數偏大，孔口部分炸藥較為集中，前排爆破對眉線影響較大；裝藥過程中起爆雷管置于孔底，但由于孔內全長敷設導爆索，無法實現孔底起爆、微差爆破，影響爆破效果，且成本高，爆破工藝不合理。

（2）1 524 m 分段1102 采場一次炸藥單耗為0.56 kg/t，遠大于類似礦山的0.3～0.4 kg/t［8］；原因在于孔網參數偏小，裝藥系數（0.83～0.85）偏大、粉藥滲入裂隙等。

（3）1 500 m 中段分段高度8 m，進路間距8.3 m，孔網參數偏小，每米炮孔崩礦量偏小。

2 落礦工藝改進

根據現場調查結果，根據巖石力學實驗和散體流動參數測試結果，參考類似礦山經驗［9-10］，提出如下6個改進方法。

（1）增大采場結構參數。經研究1 500 m 水平以下分段高度增大到10 m，進路間距調整為10 m。

（2）按炸藥單耗優化落礦參數。根據礦石堅固性系數和1 524 m 分段1102 采場爆破效果確定炸藥單耗，根據一次炸藥單耗優選孔網參數：①釬頭直徑不變，適當增大抵抗線；②抵抗線不變，減小釬頭直徑；③優化孔底距，可取1.0～1.5倍最小抵抗線（W）。

（3）交錯裝藥，選擇合理的裝藥系數（0.7～0.75），保證填塞質量。控制好孔口部分的裝藥量，對保護眉線有重要作用。為避免因扇形炮孔孔口附近裝藥量過于集中，在爆破時產生過粉碎和眉線破壞的現象，在孔口部分采用交錯裝藥的結構，炮孔的堵塞長度為1.5～3.5 m，除邊孔和中心孔裝藥較多外，其余各孔均交錯增加填塞長度，孔口用炮泥裝填。

（4）非電導爆管起爆，每次爆破1～2排，取消孔內導爆索，孔底起爆、微差爆破，采用導爆雷管+起爆彈的孔底起爆方式。

（5）適當增加掘進時周邊眼數量，巷道及時支護。

（6）提高中深孔鑿巖質量。加強炮孔質量管理，建立和完善炮孔驗收制度。提高炮孔鉆鑿質量，控制炮孔深度，防止炮孔偏斜。孔深誤差應小于±0.5 m，炮孔偏斜角誤差應小于±2°，孔底距誤差不超過±0.5 m。

3 落礦參數優化

3.1 最小抵抗線W

（1）最小抵抗線W可按下式計算確定。

式中，d為孔徑，0.58 dm；Δ為裝藥密度，一般0.95～1.30 g/cm3，根據實際裝藥量計算，取0.95 g/cm3；τ為深孔裝藥系數，為裝藥長與炮孔長之比，一般0.7～0.8，取0.75；m為炮孔密集系數，裝藥長度與孔長之比，一般1.0～1.25，孔越深m值越大，取1.0；q為一次爆破單位炸藥消耗量，結合現場實際并根據硬度f=9.79查表，取0.8 kg/m3。代入計算得W=1.53 m。

（2）按最小抵抗線和孔徑的比值選取。長安金礦礦石堅固性系數f=9.8，為堅硬巖石：W=（23～30）d=1 334～1 740 mm，取W=1 740 mm，其中d為裝藥直徑。

（3）根據類似礦山經驗，當孔徑為50～60 mm 時，最小抵抗線W=1.2～1.6 m

綜合以上最小抵抗線計算結果，長安金礦中深孔排距可取1.5～1.7 m。優化后的1 500 m 中段落礦參數見表1。

3.2 每排炮孔崩礦量

分段高度為8 m，進路間距8.33 m，巷道斷面為2.6 m×2.6 m，斷面積S=6.277 7 m2。計算得每排炮孔崩礦量在排距為1.5 m 時為244.57 t，排距為1.7 m 時為277.18 t。

3.3 每排炮孔裝藥量Q

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按裝藥密度ρ=0.95 計算，每米炮孔裝藥量Q1=πr2ρ，其中r為炮孔半徑。根據Q=Q1L，孔徑為58 mm，排距1.5～1.7m，裝藥系數分別為0.776、0.751、0.720時，每排炮孔裝藥量分別為94.001 1，90.990 7，87.227 6 kg。

同樣的，孔徑為55 mm，排距1.5 m，裝藥系數分別為0.776、0.751、0.720 時，每排炮孔裝藥量分別為84.528 6，82.821 5，78.437 6 kg。孔徑為50 mm，裝藥系數為0.776、0.751、0.720時，每排炮孔裝藥量分別為69.834 7，67.598 2，64.802 2 kg。

3.4 一次炸藥單耗

當每排孔徑為58 mm，排距1.5 m，裝藥系數為0.776、0.751、0.720 時，炸 藥 單 耗 分 別 為0.384 3，0.372，0.356 7 kg/t。裝藥系數超過0.75，眉線破壞嚴重，所以現有58 mm 孔徑下，宜采用0.72～0.75 的裝藥系數。當排距1.7 m，裝藥系數為0.776、0.751、0.720 時，炸藥單耗分別為0.339 1、0.328 3、0.314 7 kg/t。

孔徑為55 mm，排距1.5 m，裝藥系數為0.776，0.751，0.720 時，炸藥單耗分別為0.345 6、0.338 6、0.320 9 kg/t。裝藥系數超過0.75，眉線破壞嚴重，此時宜采用0.72～0.75的裝藥系數

孔徑為50 mm，排距1.5 m，裝藥系數為0.776、0.751、0.720 時，炸藥單耗分別為0.285 5、0.276 4、0.265 kg/t。此時炸藥單耗偏小，因此，合理的炮孔直徑為55～58 mm。

4 現場工業試驗

現場工業試驗取消了孔內全長導爆索，采用2發導爆雷管+起爆彈孔底起爆、微差爆破，孔口交錯裝藥。同時試驗了2 種方案，以進行比較：方案1 炮孔直徑55 mm，排距1.5 m，孔底距1.5～2.2 m，孔底密集系數m=1.0～1.47；方案2炮孔直徑58 mm，排距1.7 m，孔底距1.6～2.2 m，孔底密集系數m=0.9～1.3。孔口m=0.4～0.7，邊孔角為45°～55°。裝藥系數0.7～0.75，一次炸藥消耗量為0.35～0.4 kg/t。扇形深孔堵塞長度為1.5～3.5 m。每米炮孔崩礦量5.07～5.74 t。

現場工業試驗在長安金礦1 524 m 分段1103 采場、1 518 m 分段1201-1205采場進行，2 種試驗方案結果相近，其中1 518 m分段1201-1205 采場礦石回采率87%，貧化率25%，大塊率9%，一次炸藥單耗約0.38 kg/t，超欠挖及眉線破壞情況有所改善，隔墻減少，降低了炸藥單耗、改善了爆破效果。

6 結 語

長安金礦為露天轉為地下開采礦山，礦體節理裂隙發育，在現場調查基礎上，針對中深孔落礦過程中出現的問題，提出了優化落礦工藝參數、改善爆破效果的措施，解決了節理裂隙發育礦體中深孔落礦存在的難題。

（1）在現場調查和巖石力學實驗基礎上，分析了影響長安金礦中深孔落礦效果的主要因素：巷道掘進支護質量低，落礦參數和工藝不合理等。

（2）提出了增大采場結構參數、交錯裝藥、孔底起爆、微差爆破，注重巷道成形控制、及時支護，提高中深孔鑿巖質量；計算確定了合理的崩礦步距、密集系數、裝藥單耗等落礦參數。

（3）進行了不同參數的現場工業試驗，取得了較好的效果：眉線破壞情況顯著改善、隔墻減少，有效降低了炸藥單耗。