簡(jiǎn)約高效深孔拉底方法的研究與應(yīng)用

李偉明

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410012;2.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南長(zhǎng)沙410012;3.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410012)

安慶銅礦是上世紀(jì)80年代新建的一座大型地下礦山，于1991年投入試生產(chǎn)，礦山設(shè)計(jì)采選能力3 500 t/d，全礦定員950人。其中馬頭山礦體為接觸交代型銅(鐵)礦體，位于月山巖體東南接觸帶大理巖“舌狀體”前緣，受“舌狀體”構(gòu)造控制，與“舌狀體”同步起伏。總體走向約297°，局部有小幅度變化。礦體傾向:上部?jī)A向北東，下部?jī)A向南西，礦體分布東高西低，向北西西側(cè)伏。礦體側(cè)伏角沿走向有一定的變化，側(cè)伏角度變化范圍為10°～45°。礦體中間厚，兩端薄，為一向西側(cè)伏的似層狀透鏡體，最大厚度105.29 m，最小厚度0.61 m，平均厚度10.89 m。主礦體頂板圍巖主要是白云石大理巖及大理巖、透輝石矽卡巖，礦圍巖中等穩(wěn)固，礦體總可采儲(chǔ)量550.78萬(wàn)t，礦石平均銅品位0.55%，鐵品位46.86%，具有較好的開(kāi)采價(jià)值。

大尺度采場(chǎng)在拉底工程形成方面的傳統(tǒng)施工辦法是，先沿采場(chǎng)走向開(kāi)掘1條拉底巷道，然后以拉底巷道為鑿巖施工空間，施工上向扇形中深孔，再逐排爆破，最終形成一定高度的拉底空間(即底部結(jié)構(gòu))。然而這樣卻難以體現(xiàn)深孔采礦法的高效率的特點(diǎn)。

1 試驗(yàn)研究采場(chǎng)狀況

此次研究的試驗(yàn)采場(chǎng)為17#采場(chǎng)，位于馬頭山礦體5#線與7A#線之間，垮－510～－570 m這2個(gè)水平，礦體厚大，礦體傾角約為60°～80°。采場(chǎng)長(zhǎng)度約為30 m，寬度為15 m，高度為60 m。礦石主要為含銅磁鐵礦、含銅矽卡巖和磁鐵礦，下盤圍巖系大理巖，上盤圍巖為矽卡巖和閃長(zhǎng)巖。礦石平均體重4.287 t/m3，可爆性較好。

2 鑿巖爆破參數(shù)確定

爆破試驗(yàn)研究選擇了75 mm的鉆孔作為爆破漏斗試驗(yàn)炮孔，采用了單孔系列、雙孔寬孔距同段爆破和斜面臺(tái)階的爆破試驗(yàn)辦法，得出了爆破后所形成漏斗的形狀、大小，采用辛普生法計(jì)算了漏斗的準(zhǔn)確體積，根據(jù)最小二乘法原理，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次項(xiàng)回歸，求得單位炸藥爆破漏斗體積和比例半徑二參數(shù)與比例埋深的關(guān)系式，通過(guò)對(duì)回歸方程式求解了爆破漏斗最佳狀態(tài)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。

(1)通過(guò)系列爆破漏斗試驗(yàn)，求得該類炸藥在最佳狀態(tài)下的基本參數(shù)。①炮孔體積與裝藥量最佳比例:V/Q=0.438 m3/kg;②最佳比例半徑:rbj=1.195 m;③最佳比例埋深:bj=0.619 m。

(2)根據(jù)單孔系列爆破漏斗試驗(yàn)和寬孔距同段爆破試驗(yàn)結(jié)果，換算成現(xiàn)有采礦炮孔(165 mm)下的技術(shù)參數(shù)，推薦馬頭山礦體17#采場(chǎng)的鑿巖、爆破設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 推薦的采場(chǎng)鑿巖、爆破設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Recommended drilling and blasting design parameters of stope

3 采場(chǎng)深孔鑿巖爆破方式

(1)鑿巖布置方式。17#試驗(yàn)采場(chǎng)長(zhǎng)度約為30 m，寬度為15 m，高度為60 m。設(shè)計(jì)在采場(chǎng)上部頂板位置布置3.8 m高的切頂鑿巖硐室，為滿足鑿巖硐室頂板的穩(wěn)定性要求，特在鑿巖硐室內(nèi)留設(shè)部分3 m寬的條柱和部分點(diǎn)柱。在鑿巖硐室的空間范圍內(nèi)按照爆破漏斗試驗(yàn)提供的鑿巖參數(shù)布置下向垂直(部分傾斜)大直徑深孔，孔徑為165 mm，孔深為50～60 m，孔網(wǎng)參數(shù)為邊孔間距取2.5 m，中間孔排距2.3～3.5 m，孔間距為2.5～2.8 m。采場(chǎng)設(shè)計(jì)底部采用塹溝受礦的底部出礦方式，拉底巷道布置在采場(chǎng)正中間，規(guī)格為寬×高=5 m×3 m，長(zhǎng)度為采場(chǎng)長(zhǎng)度(30 m)，塹溝高度為8 m，塹溝臺(tái)面角度為45°，鏟運(yùn)機(jī)由出礦穿脈加進(jìn)路出礦的底部結(jié)構(gòu)形式。具體布孔方式見(jiàn)圖1所示。

圖1 布孔方式橫剖面Fig.1 Horizontal sectional drawing of holes layout

(2)拉底爆破方式?？偟谋评碚撌遣捎们驙钏幇鼣D壓爆破和壓頂落礦相結(jié)合，首先起爆的是中間2排孔，即圖1中3#和4#孔對(duì)應(yīng)的整排，依據(jù)采場(chǎng)的長(zhǎng)度有10～20個(gè)孔，孔底吊堵控塞，每孔裝藥(乳化油炸藥)30 kg，藥面以上填塞1.5 m細(xì)砂，孔內(nèi)采用導(dǎo)爆管一次同段起爆，依據(jù)爆破振動(dòng)的影響范圍確定一次可爆藥量，根據(jù)可爆藥量決定爆破炮孔數(shù)量。一次壓頂爆破高度可達(dá)2.5 m，2次爆破后中間拉底巷道以上部位即達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的塹溝臺(tái)面位置。然后再用同樣的方式側(cè)崩2#和5#排孔，一次側(cè)崩高度可達(dá)5 m，最后側(cè)崩1#和6#孔即可形成完整規(guī)范的塹溝底部結(jié)構(gòu)。具體爆破順序見(jiàn)圖2所示。

圖2 拉底爆破順序Fig.2 Blasting sequences of undercuting

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)及效率的比較

(1)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)比較。通過(guò)對(duì)17#試驗(yàn)采場(chǎng)的拉底施工試驗(yàn)，得出了相關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，同時(shí)將其與采用傳統(tǒng)的中深孔拉底方法進(jìn)行了比較，相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)比較結(jié)果見(jiàn)表2所示。

(2)施工時(shí)效比較。做為該方法的最特殊的、最顯著的優(yōu)勢(shì)就在于大大縮短了拉底施工的時(shí)間，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)得出的時(shí)效結(jié)論如下:試驗(yàn)過(guò)程中采用簡(jiǎn)約高效深孔拉底共計(jì)多施工深孔約204 m，鉆機(jī)臺(tái)班效率平均為50 m，深孔拉底施工時(shí)間多2 d，爆破加出礦時(shí)間共計(jì)耗費(fèi)8 d，只使用了10 d即完成所有拉底工程。如果采用傳統(tǒng)的中深孔拉底的具體時(shí)效為，中深孔拉底共計(jì)施工炮孔約1 600 m，按相應(yīng)鉆機(jī)臺(tái)班效率40 m計(jì)算，中深孔拉底施工時(shí)間共計(jì)需要15 d，爆破加出礦時(shí)間共計(jì)需要約10 d，所有總拉底時(shí)間需要25 d。兩者比較，采用簡(jiǎn)約高效深孔拉底比采用傳統(tǒng)的中深孔拉底足足節(jié)省了15 d時(shí)間。

表2 2種拉底方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)比較Table 2 Technical and economical parameter comparison of the two undercutting ways

5 結(jié)論

根據(jù)上述2種拉底方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果可見(jiàn)，簡(jiǎn)約高效深孔拉底方法的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)中深孔拉底方法，其生產(chǎn)成本也較低。在拉底施工時(shí)效方面更是具有較大的優(yōu)勢(shì)，且減低了底部中深孔拉底時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了底部拉底時(shí)的安全隱患。所以采用簡(jiǎn)約高效深孔拉底是一種可靠的、簡(jiǎn)約的、高效的方法，在采用深孔采礦的大尺度采場(chǎng)中具有較好的推廣意義和使用效果。

［1］ 采礦手冊(cè)編輯委員會(huì).采礦手冊(cè):第4卷［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1990.Editorial Committee of Mining Handbook.Mining Handbook:fourth volume［M］.BeiJing:Metallurgical Industry Press，1990.

［2］ 解世俊.金屬礦床地下開(kāi)采［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1994.Xie Shijun.Underground Mining of Metallic Deposit［M］.BeiJing:Metallurgical Industry Press，1994.

［3］ 辛洪波.冶金礦山難采礦體采礦技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1999.Xin Hongbo.Mining Difficult Mining Metallurgical Mine［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，1999.

［4］ 李慶倩，郭景柱.高陽(yáng)鐵礦采礦方法優(yōu)化研究［J］.采礦技術(shù)，2008，8(2):7-8.Li Qingqian，Guo Jingzhu.Optimum analysis on mining method for gaoyang iron mine［J］.Mining Technology，2008，8(2):7-8.

［5］ 苗明義.頂板硐室爆破方法處理大跨度采空區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐［J］.礦冶工程，2013，33(3):31-33.Miao Mingyi.Application of chamber blasting method in treating large-span gob area［J］.Mining and Metallurgical Engineering，2013，33(3):31-33.

［6］ 衛(wèi) 明.安慶銅礦深部礦體大直徑深孔采礦法回采實(shí)踐［J］.采礦技術(shù)，2011，11(3):31-33.Wei Ming.Stoping practice of large-diameter deep-hole mining method for deep deeposit in Anqing Copper Mine［J］.Mining Technology，2011，11(3):31-33.