不同形式的深孔采礦技術要點與應用情況分析

張治安

摘要：不同形式的深孔采礦技術具有獨特的技術應用要點，其中生產(chǎn)安全性最高、成本最低、工作效率最高的技術是大直徑深孔采礦技術。近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的逐漸發(fā)展，大直徑深孔采礦技術也取得了顯著的發(fā)展，且其應用效果獲得了一致的認可。文章對我國近年來深孔采礦技術的要點和應用情況進行了

分析。

關鍵詞：深孔采礦；大直徑；金屬礦山

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）12-0113-02

大直徑深孔采礦法具有回采安全性高、工作成本低、采礦效率高等顯著的優(yōu)勢。加拿大Levock于1975年首次使用該技術進行礦柱回采，并取得了巨大的成功，因而逐漸引起了世界各國的關注與認可。我國從1977年開始研究大直徑深孔采礦技術，并于1984年率先成功試驗了凡口鉛鋅礦VCR法采礦工藝技術。近年來，我國為了進一步提高地下金屬礦山的開采效率，各個高等院校、科研院所和礦山開采單位共同研究，緊密合作，共同對礦山生產(chǎn)需要進行了攻關，并以大直徑深孔強化開采設備與技術為中心，進行了較為深入的研究，取得了巨大的突破與進展。

1 大直徑深孔回采工藝技術

1.1 倒梯段側向崩礦

大直徑深孔采礦法是以利文斯頓爆破漏斗法為理論基礎，并在此基礎上逐漸發(fā)展起來的。我國“六五”期間大直徑深孔采礦技術的應用和研究僅僅體現(xiàn)為VCR技術，然而，VCR技術存在明顯的缺陷，包括：爆破輔助作業(yè)量較大、一次崩礦量較少等等，并給礦山生產(chǎn)帶來了巨大的困難。我國“七五”以來，在深入研究柱狀和球狀藥包爆破理論的基礎上，對倒梯段側向崩礦和小斷面VCR法掏槽的打孔采礦工藝技術進行了試驗性研究。倒梯段側向崩礦如圖1所示。

這一技術要求布置8～10個VCR法掏槽孔在采場中，使用球狀藥包進行分層爆破，并產(chǎn)生切割槽，再將這一切割槽作為自由面，使用柱狀藥包側向后退式崩礦。倒梯段側向崩礦區(qū)選擇大孔距小抵抗線布孔，設置孔網(wǎng)參數(shù)為2.7×3.75m，以V字型順序起爆，炮孔臨近系數(shù)設置為2.1。我國實踐經(jīng)驗證實，將大孔距小抵抗線爆破技術應用于大直徑深孔采礦中，一方面能夠保證更加均勻的礦石爆破，另一方面能夠明顯提高每米炮孔崩礦量。同時，通過對于倒梯段側向崩礦爆破與小斷面VCR法掏槽技術的地震波傳播規(guī)律進行分析與測試發(fā)現(xiàn)，這一回采技術能夠限制和降低采場爆破對于填充體和兩側礦柱所產(chǎn)生的破壞作用。通過倒梯段側向崩礦和小斷面VCR法掏槽技術，能夠強化和簡化大直徑深孔采礦技術，從而符合大規(guī)模開采地下金屬礦山采礦高效率的基本要求。

1.鑿巖硐室；2.倒梯段側向崩礦序號；3.炮孔；4.VCR法掏槽區(qū)；5.礦體邊界；6.倒梯段側向崩礦界線；7.拉底層

圖1 倒梯段側向崩礦

1.2 束狀深孔階段爆破

為了對束狀深孔爆破參數(shù)進行進一步的研究，我國分別建立了數(shù)學模型，并通過動光彈力學試驗，探討了束狀炮孔爆破應力波的基本傳播規(guī)律，分析研究了應力分布情況，對束狀爆破束間距、孔間距、最小抵抗線等爆破參數(shù)進行了科學計算。通常采場為3.14%的爆破大塊率，43t/m炮孔崩礦量，0.8m束內(nèi)孔間距，7m抵抗線，7m束間距，每束4個布孔，25m孔深，165mm炮孔直徑。實踐結果證實：束狀深孔階段崩礦同時具有扇狀深孔和平行深孔的優(yōu)勢，無需全斷層拉開采場鑿巖硐室，且采準工程量更少，作業(yè)安全性較高，爆破效果更好，每米炮孔崩礦量更大。

2 高階段強化開采技術

近年來隨著大直徑深孔控制爆破技術的不斷發(fā)展以及對填充物和巖石力學穩(wěn)定性研究的逐漸深入，階段回采的高度明顯提高，大直徑深孔采礦采場范圍逐漸擴大。在成功試驗80m凡口鉛鋅礦階段高打孔采礦后，我國相繼成功試驗了120m礦柱和礦房高階段大直徑深孔強化開采技術。

與礦體垂直的方向布置采場垂直，通過礦柱、礦房兩個程序進行回采，使用礦柱為分級尾砂充填、尾砂膠充填礦房。通過孔徑為165mm的Simba261高風壓潛孔鉆機鑿巖，出礦操作選擇ST-5C鏟運機，殘礦回收選擇遙控鏟運機。采場尺寸大小設置為：105～120m高，10～15m寬，50～60m長。一般情況下，一個采場的可采礦石量在25萬t以上，為一般采場3～4倍的采礦量。

高階段120m大直徑深孔采礦，采場的穩(wěn)定程度特別是二程序礦柱回采兩側尾砂膠結充填體本身的獨立性是十分重要的問題。礦柱兩側尾砂膠結充填的灰砂配比情況如圖2

所示：

圖2 礦柱兩側尾砂膠結充填的灰砂配比情況示意圖

通常包括1XN12、1XN10、1XN8和1XN4四種礦柱兩側尾砂膠結充填灰砂配比值，充填體抗壓強度控制在0.4～3.2MPa之間。礦柱回采時側向暴露面積在5000～6000m2之間，兩側充填體暴露高度控制為120m。為了提高礦柱回采填充體的穩(wěn)定程度，降低爆破對于充填體造成的破壞作用，可依據(jù)充填體的動載抗拉和抗壓極限強度，分別利用小型爆破試驗與礦柱爆破模型的建立，對合理的采場爆破規(guī)模、邊排炮孔控制爆破參數(shù)和邊排炮孔與充填體之間的距離進行科學的確定。在空氣柱間隔長度為0.7m、邊排炮孔分層裝藥量為10kg時，邊孔與充填體之間距離和充填體截面最大主應力之間的關系曲線如圖3所示：

圖3 邊孔與充填體之間距離和充填體截面最大主應力之間的關系曲線

礦柱回采的邊排孔距充填體設施為1.7m，通過倒梯段側向崩礦爆破和小斷面VCR法掏槽技術，每次的崩礦高度在8～10m之間，崩礦步距控制為10～15m。依據(jù)實踐經(jīng)驗，120m高充填體兩側的獨立性較好，無典型的垮落情況，充填體壁面較為完整，礦石中實測尾砂混入率低于2.5%。

我國從1991年以來，在邊生產(chǎn)邊科研的基礎上，對高階段大直徑深孔強化開采技術進行了全面的推廣，到現(xiàn)在為止共采出400萬t礦石量，其中，包括76萬t的礦柱回采礦量。依據(jù)5#礦柱和5#礦房的工業(yè)實踐結果，礦柱、礦房的采場綜合生產(chǎn)能力分別為1012t/d和1039t/d。這一結果基本接近國內(nèi)外大孔采礦平均情況，采礦生產(chǎn)能力實現(xiàn)了2～3倍的提升，采礦工效實現(xiàn)了1～2倍的提升。按照近年來我國對于高階段大直徑深孔強化開采技術的生產(chǎn)實踐與研究結果，筆者得出下述結論：第一，對采場炮孔鑿巖偏斜程度進行嚴格控制，以降低采場的超挖、超爆問題；第二，邊排炮孔利用短空氣間隔裝藥結構和小藥包，能夠降低爆破對充填體和兩側礦柱產(chǎn)生的破壞作用；第三，通過留礦爆破，能夠提高采場的穩(wěn)定程度；第四，完成采場爆破后，適當強化充填和出礦步驟，以減少短采空區(qū)的暴露時間；第五，礦柱、礦房回采要依據(jù)一采一的采場回采程序進行。

3 結語

綜上所述，隨著我國現(xiàn)代化建設步伐的逐漸加快，我國有色金屬礦山開采企業(yè)的開采技術也得到了明顯的發(fā)展，明顯縮小了與世界先進國家之間的差距。在礦山機械化程度提高的基礎上，也應注重發(fā)展深孔采礦技術，從而達到降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率的目的。

參考文獻

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（責任編輯：趙秀娟）