大紅山鐵礦無底柱分段崩落法爆破參數(shù)優(yōu)化研究

劉曉軍 徐萬壽 陳旭 楊小平

（玉溪大紅山礦業(yè)有限公司）

1 研究背景

大紅山鐵礦井下400 萬t/a 主礦體采用國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的高分段、大間距無底柱分段崩落開采[1]，一期（400 m 以上）分段高度20 m，進(jìn)路間距20 m，二期（400 m 以下）部分分段高度達(dá)到了30 m。大紅山鐵礦于2016 年—2019 年在二期采礦東上采區(qū)370 m 分段和340 m 分段組織了第一次高分段大間距（30 m×20 m）無底柱分段崩落采礦法爆破參數(shù)優(yōu)化，在炮孔直徑為Φ102 mm 的條件下，將正排落礦排距從2.4 m 優(yōu)化至2.6 m（東上北采區(qū)）和2.8 m（東上南采區(qū)）。

隨著二期持續(xù)生產(chǎn)采礦工程的推進(jìn)，爆破參數(shù)逐步暴露出了一些問題，如大塊率偏高（＞5%），礦石回采率偏低≤80 %，前排中孔爆破后沖易破壞后排孔等。因此大紅山鐵礦進(jìn)一步開展了爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)與研究，通過對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)30 m×20 m 及結(jié)構(gòu)參數(shù)20 m×20 m 的鑿巖爆破參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)340 m 分段向320 m 及下部分段結(jié)構(gòu)參數(shù)過渡的回貧指標(biāo)最優(yōu)，降低中深孔爆破回采環(huán)節(jié)的大塊率、貧化率及開采成本，提高井下礦石回采率，同時(shí)為二期鑿巖爆破參數(shù)的選擇和改進(jìn)提供可靠的技術(shù)支撐，具有十分重要的意義。

2 試驗(yàn)開展情況

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)選取東上采區(qū)340 m、320 m 分段正?；夭蛇M(jìn)路，其中340 m 分段段高30 m，320 m分段段高20 m。

具體選擇為340 m 分段北采區(qū)656 進(jìn)路、657 進(jìn)路，南采區(qū)351 進(jìn)路、452 進(jìn)路、453 進(jìn)路；320 m 分段北采區(qū)552 進(jìn)路、553 進(jìn)路、541進(jìn)路、542 進(jìn)路，南采區(qū)554 進(jìn)路、451 進(jìn)路、452 進(jìn)路。

2.2 地質(zhì)情況

實(shí)驗(yàn)區(qū)域礦體屬于A32E—A38′勘探線之間的Ⅱ1 礦體，礦體東高西低，南北翹起，東西向傾角16°—18°，礦體南邊下盤為紅山組第一段變鈉質(zhì)熔巖、曼崗河組第四段白云石大理巖及輝長(zhǎng)輝綠巖，礦體北邊下盤為紅山組第一段變鈉質(zhì)熔巖及輝長(zhǎng)輝綠巖，礦體西邊為紅山組第二段石榴綠泥角閃片巖、白云石鈉長(zhǎng)石巖，穿過礦體有FⅠ-2、FⅡ-1、FⅡ-2 三條較大斷層，礦巖總體硬度系數(shù)8 ～12，穩(wěn)固性較好。

340 m 分段實(shí)驗(yàn)進(jìn)路選取地質(zhì)條件良好，無大斷層影響地段，礦體高度28 m—30.4 m，其中東上北采區(qū)657 進(jìn)路有少部分夾石層，351 進(jìn)路第53、54 排頂部5 m 處有約10 m 厚圍巖夾石層侵入，在回采爆破過程中無法剔除，導(dǎo)致礦石貧化率升高，綜合出礦品位下降。二期東上采區(qū)340 m 分段實(shí)驗(yàn)排位圖見圖1。

圖1 二期東上采區(qū)340 m 分段實(shí)驗(yàn)排位圖

320 m 分段實(shí)驗(yàn)排位選取采區(qū)中部，地質(zhì)品位較好，無斷層地段。礦體高度25-28 m，無夾石層侵入，整體品位較好。東上采區(qū)320 m 分段實(shí)驗(yàn)排位平面圖見圖2。

圖2 東上采區(qū)320 m 分段實(shí)驗(yàn)排位平面圖

2.3 試驗(yàn)參數(shù)選取

根據(jù)炸藥單耗確定排距[2]、[3]。

每排炮孔裝藥量計(jì)算公式：Q=L×N×Y式中：Q—每排炮孔的裝藥量，單位kg；

L—每排中深孔孔深，單位m；（對(duì)應(yīng)不同孔底距，段高20 m 時(shí)的炮孔深分別為190.89 m/ 排，212.96 m/ 排，233.26 m/ 排，235.7 m/排，267.18 m/ 排；段高30 m 時(shí)的炮孔深分別為246.67 m/ 排，293.87 m/ 排，301.53 m/ 排，305.75 m/排，342.01 m/排）

N—線裝藥密度，單位kg/m；（102 mm 孔徑取值9.4 kg/m）

Y—炮孔利用率，單位%。（取值85 %）

排距計(jì)算公式：W=Q/（q×S×r）

式中：W—計(jì)算的排距，單位m；

Q—每排炮孔的裝藥量，單位kg；

q—炸藥單耗，單位kg/t；取值（0.35，0.4，0.45，0.5，0.55）

S—每排炮孔控制面積，單位m2；（段高20 m 平均取值455.52 m2/排，段高30 m 平均取值592.24 m2/排）

r—礦石體重，單位t/m3。（取值為3.5、3.7 、3.87）

根據(jù)以上參數(shù)及公式計(jì)算，結(jié)合前期控制大塊率的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，340 m 分段試驗(yàn)排距選取2.6 m、2.8 m+ 孔底距2.8～3.0 m 兩組參數(shù)作為對(duì)比；320 m 分段為主要試驗(yàn)分段，選取試驗(yàn)排距2.6 m、2.8 m、3 m+ 孔底距2.7～2.9 m、2.9～3.1 m 六組參數(shù)。炮孔排面設(shè)計(jì)及裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖3。

圖3 炮孔排面及裝藥結(jié)構(gòu)圖

2.4 裝藥數(shù)據(jù)

各試驗(yàn)排位中深孔實(shí)測(cè)及裝藥數(shù)據(jù)記錄見表1。

表1 試驗(yàn)排位中深孔實(shí)測(cè)及裝藥數(shù)據(jù)記錄

從裝藥情況可看出，實(shí)際崩礦步距基本與設(shè)計(jì)相符，僅453 進(jìn)路-56 排、552 進(jìn)路-4、-5 排眉線口被破壞，排距有一定誤差；中深孔實(shí)測(cè)完好率平均約95 %，裝藥長(zhǎng)度、填塞長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)參數(shù)相差不大，實(shí)際裝藥量符合設(shè)計(jì)，線裝藥密度平均達(dá)到9.5 kg/m。

2.5 礦石取樣跟蹤

采用鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行三點(diǎn)式出礦，確保應(yīng)有鏟裝深度及礦石均勻落下。試驗(yàn)小組成員現(xiàn)場(chǎng)全程跟蹤出礦取樣并做好記錄工作，按照鏟運(yùn)機(jī)每出礦約100 t（10 鏟）取一次礦樣，足300 t（約30 鏟）時(shí)做作為一個(gè)綜合樣（不少于3 kg）送至化驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)一年多的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集計(jì)算的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集計(jì)算的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

為簡(jiǎn)化爆破試驗(yàn)，減少試驗(yàn)影響因素，同時(shí)根據(jù)實(shí)際的排面界限限制，孔底距均處于礦山現(xiàn)有的成熟孔底距2.7 m—3.1 m 之間，故在此不再單獨(dú)作為因素進(jìn)行分析。通過借助折線圖對(duì)比分析可得出以下結(jié)論：

（1）在相同的條件下，隨著崩礦步距的增大，廢石混入率呈降低的趨勢(shì)，采出礦石品位呈上升的趨勢(shì)。

（2）在礦石賦存情況（礦石高度）一致的情況下，2.6 m 排距的實(shí)際回采率要優(yōu)于排距2.7 m、2.8 m 和3 m 的回采率，回采率有隨著崩礦步距的增大而降低的趨勢(shì)。

（3）在崩落礦巖品位相近的條件下，隨著崩礦步距的增大，炸藥單耗呈下降趨勢(shì)（局部受炮孔合格率影響存在一定差異），采礦成本也必然相應(yīng)的呈降低趨勢(shì)。

（4）炮孔合格率有隨著排距的增加而提高的趨勢(shì)，大塊率有隨著崩礦步距的增大而增大的趨勢(shì)[4]。

綜上，無論是在結(jié)構(gòu)參數(shù)為30 m×20 m 還是20 m×20 m 的無底柱分段崩落采礦法中，回采率、廢石混入率和炸藥單耗均隨排距的加大而降低，大塊率和炮孔合格率均隨排距的加大而提高；排距2.6 m 時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)。

4 經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算

本次爆破參數(shù)優(yōu)化研究得出，320 m 及以下各分段的最優(yōu)排距是2.6 m，東上北采區(qū)原應(yīng)用排距為2.6 m，因此今后無需變更排距。東上南采區(qū)原應(yīng)用排距為2.8 m，320 m 以下各分段的排距需調(diào)為2.6 m。爆破參數(shù)優(yōu)化以后創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益主要可分為兩塊：

一是節(jié)省中深孔鑿巖費(fèi)用：東上南采區(qū)將排距從2.8 m 變更為2.6 m，理論上中孔鑿巖費(fèi)用更高，但因2.6 m 排距下礦石回采率亦更高，經(jīng)計(jì)算每噸采出礦石可降低中深孔鑿巖費(fèi)用0.76 元，按年采供250 萬t 鐵原礦，每年可節(jié)省中深孔費(fèi)用0.76×250=190 萬元。

二是節(jié)省火工材料節(jié)省費(fèi)用：東上南采區(qū)將排距從2.8 m 變更為2.6 m，理論上中孔鑿巖費(fèi)用更高，但因2.6 m 排距下礦石回采率亦更高，經(jīng)計(jì)算每噸采出礦石降低了火工材料費(fèi)用0.47元，按年采供250 萬t 鐵原礦，每年可節(jié)省火工材料費(fèi)用 0.47×250=117.5 萬元。

綜合上述兩項(xiàng)，爆破參數(shù)優(yōu)化后每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)307.5 萬元。

5 存在的問題

由于試驗(yàn)過程中是采用鏟運(yùn)機(jī)的鏟數(shù)計(jì)量，各鏟的裝滿程度不一樣，出礦量存在一定的計(jì)量誤差；試驗(yàn)過程中采用人工取樣，受環(huán)境制約和人員取樣技能差異影響，取樣和化驗(yàn)的品位均會(huì)存在一定誤差；現(xiàn)場(chǎng)不同進(jìn)路地質(zhì)條件不一樣，受斷層節(jié)理等不良地質(zhì)因素影響，導(dǎo)致個(gè)別進(jìn)路爆破放礦效果較差。這些因素都對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。

6 建議

根據(jù)本次開展的爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)過程中的一些經(jīng)驗(yàn)來看，今后在爆破生產(chǎn)組織過程中還需做好以下幾方面：

一是加強(qiáng)裝藥過程監(jiān)管，落實(shí)孔口部分交錯(cuò)堵塞，增加排位中間部分密集孔的堵塞長(zhǎng)度（從6 m 增至8～9 m），減少每排炮孔中間以下的裝藥密度，如此可在一定程度上避免每排下半部份礦巖因炸藥密度過大造成過度擠壓或?qū)笈琶季€口沖擊破壞、避免降低礦巖流動(dòng)性而出現(xiàn)高吊或立墻。

二是切實(shí)執(zhí)行排內(nèi)孔間采用微差爆破（中間3～5 孔為第一段起爆，兩邊剩余炮孔為第二段起爆），同時(shí)將本分段中深孔孔底與上分段采空區(qū)的邊界安全間距從2 m 調(diào)減至1.5 m，可降低孔底大塊的產(chǎn)生，以改善爆破效果。

三是在采準(zhǔn)工作中需加強(qiáng)中深孔鑿巖前的測(cè)量放線精度管控，采場(chǎng)內(nèi)要求有準(zhǔn)確的測(cè)量控制點(diǎn)，控制點(diǎn)損壞要及時(shí)修補(bǔ)，以測(cè)量控制點(diǎn)為基準(zhǔn)畫出每一排炮孔的準(zhǔn)確排位線，確保采礦爆破質(zhì)量。

7 結(jié)語

通過在東上采區(qū)開展爆破參數(shù)優(yōu)化正交試驗(yàn)及數(shù)據(jù)的收集對(duì)比分析，最終確定了在大紅山鐵礦無論是在結(jié)構(gòu)參數(shù)為30 m×20 m 還是20 m×20 m 的無底柱分段崩落采礦法中，排距2.6 m 時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)，為后續(xù)的鑿巖爆破參數(shù)選擇和改進(jìn)提供了可靠的技術(shù)支撐。