礦山爆破誘導采礦研究與實踐

衣福強，孫曉剛，程春宏，于明淵，吳品奇，邱景平

（1.遼寧撫順罕王傲牛礦業股份有限公司，遼寧 撫順 113000；2.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 118019）

1 工程概況

1.1 地質概況

傲牛礦位于遼寧省東北部，礦區屬于遼寧東北部丘陵山區，屬長白山支脈吉林龍崗山向西南之延續部分，海拔在300m～500m之間，礦區大地構造位于華北地臺北緣東段，遼東臺隆，鐵嶺-靖宇臺拱三級構造單元范圍之內，渾河深大斷裂南側[1]。礦區內所見地層除太古界鞍山群通什村組之外，僅在河谷凹地分布有第四系堆積物，地層比較單一。太古界鞍山群通什村組是礦區主要的含礦層，巖性主要為黑云斜長片麻巖、斜長黑云片麻巖；混合質黑云斜長變粒巖、黑云角閃變粒巖、角閃變粒巖夾部分斜長角閃巖。

1.2 開采現狀

礦區采用平硐--斜坡道開拓，設專用進風井、回風井，形成側翼對角式通風系統。采礦方法為淺孔留礦法和分段鑿巖階段礦房法。礦塊沿走向布置，設計階段高度為50m，礦塊長60m，采場寬度為礦體厚度，頂柱高度6m，間柱寬度12m，采用無底部結構的平底式出礦方式，出礦穿間距10m。采用YGZ-90型外回轉導軌式鑿巖機在分段鑿巖平巷中施工上向扇形中深孔，最小抵抗線取1.5m，孔底距為2m，全部炮孔鑿完后，每次爆破2～3排炮孔，采用φ50×400特制藥卷，相鄰炮孔間匹配裝藥，采用毫秒非電導爆管分段微差爆破[2]。上下分段保持垂直工作面或上分段超前一排炮空，以保證分段爆破作業的安全。采場出礦在出礦巷內進行，爆破下的礦石，靠自重溜至出礦穿內，采用國產2m3鏟運機出礦，將礦石運至坑內20t卡車中，運至地面料場。308-1-1采場位于265中段131線至130線之間，屬于礦體，如圖1所示。該范圍礦體距離小北溝露天坑較近，礦體破碎，且屬于礦體尖滅帶，在+300m標高尖滅，但上部覆巖層非常堅固穩定，厚度30m以上。

圖1 礦體平面圖

2 爆破誘導崩落采礦法采礦實踐

基于礦體所在采場的開采條件，經礦方工程技術人員和東北大學多次現場勘查共同研究，并在建模、力學分析確認安全的基礎上，決定對該采場進行開采，具體開采實踐步驟如下：

（1）在265中段設計掘進3條沿脈巷道，邊部掘一切割巷道，上盤掘切割井26m，不設分層巷道，巷道平面圖如圖2所示。

圖2 巷道平面圖

（2）利用YGZ-90鉆機間隔10m施工3個垂直鉆孔探明采場礦石高度及礦巖分界線。

（3）施工3條沿脈巷后在第一、第三條沿脈施工扇行排面炮孔（第二條沿脈做為受礦和輔助出礦巷道不施工中深孔），及時跟進中深孔，排距1.5m，因礦體破碎，中深孔在施工后若不立即進行裝藥就會出現堵孔現象。因此每次施工兩排炮孔后對前排炮孔立即裝藥，后排炮孔作為崩落輔助孔。采場設有人行井和切割井，切割井位于礦體上盤。爆破落礦方式為中深孔間隔落礦[3]。該采場共計施工25排炮孔（平均長度38m、寬30m、高30m），間隔施工，每兩排為一個爆破周期，輔助排炮孔不裝藥，泡孔平面圖如圖3所示。向炮孔裝藥，炸藥為乳化炸藥，炮孔盡可能裝滿；采場進行爆破。切割槽爆破后在第一條沿脈第一排炮孔裝藥爆破，二排輔助相當于預裂自由面炮孔，留痕率在70%左右，對邊幫破壞較小，保證出礦和YGZ-90鉆施工安全。

圖3 采場炮孔施工圖

（4）因礦體節理、層理較發育，爆破后礦石較破碎，通風結束安全確認后，立即出礦，同時在第三條沿脈施工兩排同樣中深孔，第三條沿脈爆破出礦同時進行第一條沿脈鉆孔爆破及出礦作業。待第一次兩條沿脈都爆破出礦結束后觀察，頂板礦石因空頂面積較小沒有崩落。按照原有的施工順序繼續循環施工，當第三條沿脈爆破后進行觀察時發現空區上覆礦石開始崩落，馬上停止出礦撤人。安全、技術人員在第一條沿脈開口處觀察空區礦石崩落情況。礦石塊度較均勻，開始崩落速度較慢不連續，一小時后出現10分鐘左右的大量崩落，瞬間將一、二條沿脈采空區側瞬間充滿，之后開始間隔式崩落，聽聲音判斷礦量較小，待4小時后基本穩定，偶爾有一兩塊落礦。此時開始出第三條沿脈礦石，依次出第二條、第一條沿脈礦石。待出礦結束后在沿脈采空區側觀察，沿切割槽方向留有小部分傘檐外其它部分基本到頂板，因空區較危險無法進人觀察，于是利用三維激光掃描儀進行空區測量，測得采場空區高度30m，靠近沿脈側下部較完整，頂部大部分留有傘檐局部有不連續現象，整體與切割槽傘檐呈鍋底形，接近于自然拱形。達到預期回采效果，如圖4所示。按原來施工順序及炮孔設計繼續進行鉆孔誘導爆破作業，觀察發現每次單條沿脈爆破后，上覆礦體都在爆破震動和自身重力作用下開始沿節理和輔助炮孔排面陸續向上崩落，直至頂板，靠沿脈側始終留有傘檐，頂板非常穩定，基本沒變化。依次各沿脈作業均達到此效果，當第一條沿脈距設計安全礦柱剩余3m時，停止作業礦石暫時不出，第二條沿脈也停止出礦，確保第三條沿脈施工時頂板穩定。待第三條沿脈采到設計安全礦柱邊緣后，開始由遙控鏟裝機對采空區內的存隆礦石進行遙控出礦，出礦結束后，開始第二條沿脈出礦，出空后再由遙控鏟裝機進入空區出礦。出完后進行第一條沿脈的最后一次鉆孔爆破作業。當遙控鏟裝機將空區存隆礦量出完后，在對采場進行觀察并使用三維激光掃描儀進行空區成像測量，發現上覆礦石全部崩落，空區內頂板穩定，切割槽頂部傘檐大部分脫落，偶爾有懸礦未崩落，切割槽幫與頂板夾角近垂直，安全礦柱側大部分留有少量傘檐。

圖4 采場爆破后采空區三維掃描成像圖

3 結論

針對傲牛礦的破碎礦體開采難題，通過現場采礦實踐，得出以下結論：

（1）鑒于傲牛礦礦體開采難度大的問題，提出了爆破誘導破碎礦體崩落采礦方案。

（2）應用爆破誘導崩落法，解決了因破碎礦體導致的安全隱患問題。

（3）爆破誘導崩落法在傲牛礦的實施，提高了礦石回采率，實用性強、經濟效益好，為同類礦體開采提供了借鑒經驗。