板式放礦崩落采礦法鑿巖爆破工藝及成本分析

姜冬林 姜仁義

(中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

板式放礦崩落采礦法鑿巖爆破工藝及成本分析

姜冬林 姜仁義

(中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

介紹了板式放礦崩落采礦法鑿巖爆破工藝，并與無底柱分段崩落采礦法進(jìn)行了對比，對延米爆破量進(jìn)行了分析統(tǒng)計，結(jié)果表明，板式放礦崩落采礦法平均延米爆破量比普通無底柱分段崩落采礦法高40%以上，鑿巖部分的成本相應(yīng)減少40%以上。板式放礦崩落采礦法采用回采壁龕，采切比也大幅降低。礦體中等以上穩(wěn)固的礦山，采用板式放礦崩落采礦法有利于減少礦石成本，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

板式放礦崩落采礦法 鑿巖爆破 回采壁龕 延米爆破量

在地下金屬礦山三大采礦方法中，崩落采礦法以其回采工藝較簡單、不留采空區(qū)、生產(chǎn)較安全、生產(chǎn)成本較低等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。除了礦巖條件均不穩(wěn)固的礦山以外，在礦巖均穩(wěn)固甚至礦體較穩(wěn)固的條件下都在應(yīng)用。正在建設(shè)的首鋼二馬鐵礦、鞍鋼眼前山鐵礦、太鋼峨口鐵礦、河鋼廟溝鐵礦和已經(jīng)投產(chǎn)的黑山鐵礦等露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山均采用崩落采礦法開采。不同的地質(zhì)條件也促生了不同或改進(jìn)的采礦方法，板式放礦崩落采礦法就是其中之一,為了在適宜條件下推廣應(yīng)用，對板式放礦崩落采礦法的主要生產(chǎn)工藝之一——鑿巖爆破進(jìn)行較詳細(xì)地分析和研究是必要的。

1 板式放礦崩落采礦法簡介

板式放礦崩落采礦法是新開發(fā)的一種崩落采礦法[1]，板式放礦是通過控制炮孔傾角使爆破后礦巖接觸面傾角等于或大于礦巖的自然安息角，小于極限橢球缺的端壁傾角，使放出體呈板式(板狀)、準(zhǔn)板式(近似板狀)的放礦方式。

板式放礦崩落采礦法主要有3種回采方案：①進(jìn)路端部出礦方案，除端壁傾角較小外，其他與目前常用的橢球體放礦的無底柱分段崩落采礦法(下稱普通無底柱分段崩落采礦法)基本相同；②進(jìn)路端部出礦、端部相互連通方案，在回采進(jìn)路端部開鑿橫向回風(fēng)通道，使進(jìn)路端部相互連通，并與脈外回風(fēng)巷道相通，使回采進(jìn)路內(nèi)的風(fēng)流通過端部橫向回風(fēng)通道進(jìn)入脈外回風(fēng)巷道，實(shí)現(xiàn)進(jìn)路端部貫穿風(fēng)流通風(fēng)，鑿巖爆破等其他工藝與①相同；③長工作面均勻出礦方案，沿回采方向開鑿長工作面，再均勻出礦，可采用邊回采、邊施工的方式，即在回采進(jìn)路(也稱出礦聯(lián)絡(luò)道)鉆鑿近似水平的橫向炮孔形成長工作面,在長工作面內(nèi)鉆鑿上向炮孔進(jìn)行回采。長工作面均勻出礦方案是較理想的板式放礦崩落采礦方案，可較大幅度地減少放礦過程中礦石的損失貧化。

2 鑿巖爆破工藝

鑿巖爆破是礦石回采的主要工藝之一，進(jìn)路端部出礦和進(jìn)路端部出礦、端部相互連通的板式放礦崩落法與普通無底柱分段崩落法的鑿巖爆破工藝基本相同，長工作面均勻出礦板式放礦崩落法與普通無底柱分段崩落法采用的鑿巖設(shè)備、爆破方式也基本相同，但鑿巖爆破的具體工藝、炮孔布置差別較大。

2.1 無底柱分段崩落法鑿巖爆破工藝

普通無底柱分段崩落法在回采進(jìn)路內(nèi)鉆鑿上向扇形孔，從進(jìn)路端部后退式爆破、出礦。爆破方式為擠壓爆破，最小抵抗線W根據(jù)礦巖物理力學(xué)性質(zhì)、炮孔孔徑和炸藥性質(zhì)確定，孔底距可根據(jù)最小抵抗線或排距和炮孔密集系數(shù)確定。

根據(jù)放礦要求，上下分段回采進(jìn)路一般要平行交錯布置，以回收上分段進(jìn)路之間的礦石。上向扇形孔的邊孔角也要根據(jù)放礦要求確定，邊孔角的大小對放出體、礦石脊部損失和貧化都有影響，同時，邊孔角較大時，下分段中部炮孔的深度就要增加。上向扇形孔一般布置在一個垂直平面內(nèi)。普通無底柱分段崩落法的炮孔布置見圖1。

圖1中，分段高度為20 m，進(jìn)路間距為20 m，邊孔角為55°。普通無底柱分段崩落法炮孔深度較大，崩落礦量多，一般采用雙路起爆，一個炮孔內(nèi)放置2個雷管或一個雷管與一根導(dǎo)爆索，逐孔起爆。崩礦步距取決于分段高度、最小抵抗線或炮孔排距、出礦設(shè)備鏟挖深度和放礦要求等，一般一次爆破1～3排炮孔。

圖1 無底柱分段崩落法炮孔布置(W=3 m)

2.2 板式放礦崩落法鑿巖爆破工藝

在長工作面內(nèi)鑿巖爆破并出礦，工作面垂直于回采進(jìn)路，采用水平中深孔開鑿，其寬度取決于鑿巖、出礦設(shè)備，按11 m長的6 m3鏟運(yùn)機(jī)垂直于工作面出礦考慮，長工作面的寬度在15 m以內(nèi)。如果沿著工作面或與工作面長度方向斜交出礦，則長工作面的寬度可以控制在5 m左右(6 m3鏟運(yùn)機(jī)和中深孔鑿巖臺車的寬度都在3 m以內(nèi))，因此，長工作面可以看做是回采巷道、回采硐室、回采掌子面、回采作業(yè)面或回采壁龕。從回采的礦體端部看，長工作面更適合稱作回采壁龕。長工作面板式放礦崩落法的回采進(jìn)路僅作為回采出礦和鑿巖的聯(lián)絡(luò)道，有別于無底柱分段崩落法。

在回采壁龕內(nèi)開鑿上向前傾的平行炮孔，其最小抵抗線、孔間距等孔網(wǎng)參數(shù)與普通無底柱分段崩落法基本相同；回采壁龕的開鑿則在回采進(jìn)路中進(jìn)行，根據(jù)回采壁龕的特點(diǎn)，其頂?shù)装逡蟊M可能平整，以便于回采鑿巖和出礦，在其頂?shù)装宀贾妙A(yù)裂孔，預(yù)裂孔的間距根據(jù)孔徑和礦石的物理力學(xué)性質(zhì)確定，其中部分爆破孔則可以參照回采爆破孔進(jìn)行布置。長工作面出礦的板式放礦崩落法的炮孔布置見圖2。

圖2 板式放礦崩落法炮孔布置

圖2中，分段高度為20 m，進(jìn)路間距為40 m，上向炮孔的前傾角為70°，開鑿回采壁龕的平行中深孔布置在回采進(jìn)路兩側(cè)，頂?shù)装宀贾妙A(yù)裂孔，中部爆破孔布置在頂?shù)装孱A(yù)裂孔的中間。

板式放礦崩落法的回采崩礦步距也與分段高度、最小抵抗線或炮孔排距、出礦設(shè)備鏟挖深度和放礦要求等有關(guān)，一次爆破1～3排炮孔；開鑿回采壁龕的爆破與回采爆破同步，均采用后退式，自回采進(jìn)路端部后退至回采結(jié)束。

3 工程量及成本分析

炮孔工程量的大小對應(yīng)著鑿巖爆破成本的高低。板式放礦崩落法回采鑿巖的炮孔包括兩部分，一部分是一般意義上的回采鑿巖炮孔，這部分炮孔是在回采壁龕內(nèi)開鑿的上向前傾平行炮孔；另一部分是開鑿回采壁龕的炮孔。炮孔工程量的大小可以通過炮孔延米爆破量來計算，延米爆破量越小，開鑿的炮孔就越多，成本就會越高，反之，延米爆破量越大，其開鑿的炮孔就越少，成本就越低。

在礦體物理力學(xué)性質(zhì)中等的條件下，最小抵抗線W參照目前常用的76 mm孔徑和30倍孔徑計算為2.28 m，孔底距分別為2.5，3和3.5 m的炮孔密集系數(shù)m接近1.1，1.3和1.5，崩礦步距采用2倍最小抵抗線，一次爆破2排炮孔，這與礦山生產(chǎn)實(shí)際比較接近[2-5]。計算的板式放礦崩落法回采鑿巖和開鑿回采壁龕的炮孔延米爆破量見表1、表2。參照同樣條件計算的普通無底柱分段崩落采礦法延米爆破量見表3。

表1 回采鑿巖上向平行孔的炮孔延米爆破量

表2 開鑿回采壁龕的炮孔延米爆破量

表3 無底柱分段崩落采礦法上向扇形炮孔延米爆破量

從表1～表3中可以看出，同樣條件下，孔底距為3 m時，板式放礦崩落法回采鑿巖的上向平行孔的延米爆破量為7.3 m3/m，開鑿回采壁龕的炮孔延米爆破量為1.55 m3/m，按加權(quán)平均的炮孔延米爆破量為6.15 m3/m((7.3×16+1.55×4)/20)；而普通無底柱分段崩落法上向扇形炮孔延米爆破量為4.13 m3/m。板式放礦崩落法平均延米爆破量比普通無底柱分段崩落法高40%以上，其中上向平行炮孔延米爆破量比上向扇形炮孔高76%。

一般的工序成本分析服務(wù)于管理，根據(jù)管理的需要進(jìn)行成本分析。本文成本分析屬于選擇或比較工藝技術(shù)方案的成本分析，目標(biāo)是分析板式放礦崩落法鑿巖爆破工藝部分的成本與已有的類似工藝的成本，這種對比式的成本分析僅需計算其可比部分的成本即可。

前述計算出的板式放礦崩落法平均延米爆破量比普通無底柱分段崩落法高40%以上，對應(yīng)鑿巖爆破工藝中炮孔工程量減少40%以上，即鑿巖部分的成本減少40%以上。

采用回采壁龕，一方面可以減小回采進(jìn)路的規(guī)格，僅作為聯(lián)絡(luò)道和開鑿回采壁龕的作業(yè)面，不必考慮增大進(jìn)路寬度問題[6]，另一方面可以減少回采進(jìn)路的數(shù)量，當(dāng)回采進(jìn)路間距為20 m時，一段回采壁龕的長度為40 m，回采進(jìn)路數(shù)量可以減少約50%，采切比也將大幅降低。

鑿巖成本的減少和采切比的大幅降低，有利于減少礦石成本，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

與普通無底柱分段崩落法相比，板式放礦崩落法增加了回采壁龕，在礦體穩(wěn)固性不好的條件下，回采壁龕的支護(hù)量可能大幅增加，相應(yīng)的生產(chǎn)成本也會大幅增加，這種情況下就應(yīng)當(dāng)通過必要的試驗(yàn)并進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以選擇綜合效益最好的采礦方法。

4 結(jié) 論

(1)板式放礦崩落法的鑿巖設(shè)備、裝藥爆破與普通無底柱分段崩落法相同，不同之處在于炮孔布置。板式放礦崩落法在回采進(jìn)路中布置水平炮孔，爆破形成回采壁龕,在回采壁龕內(nèi)布置上向前傾平行炮孔，進(jìn)行回采爆破。

(2)經(jīng)初步測算，相同條件下，板式放礦崩落法平均延米爆破量比普通無底柱分段崩落法高40%以上，對應(yīng)鑿巖爆破工藝中炮孔工程量減少40%以上，即鑿巖部分的成本減少40%以上。由于采用回采壁龕，板式放礦崩落法的采切比也大幅降低。

(3)對于礦體中等以上穩(wěn)固的礦山，采用板式放礦崩落法有利于減少礦石成本，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 姜仁義．板式放礦模型及應(yīng)用分析[J]．金屬礦山，2009(S1)：238-240．

[2] 余正方．大紅山鐵礦二期大參數(shù)放礦試驗(yàn)[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2014(2)：14-16.

[3] 范有才．大紅山鐵礦爆破參數(shù)及效果的分析[J]．礦業(yè)快報，2007(2)：3-5.

[4] 吳榮高，安 龍，江 學(xué)，等．梅山鐵礦大結(jié)構(gòu)參數(shù)下合理崩礦步距研究[J]．金屬礦山，2012(5)：5-8．

[5] 翁勝軍，何榮興，郁 奇．北洺河鐵礦鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2012(5)：6-8.

[6] 張 哲， 余一松，劉鵬博．寬進(jìn)路無底柱分段崩落法物理放礦模擬實(shí)驗(yàn)[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2011(4)：1-3.

Analysis on Drilling and Blasting Technology and Cost of Board Type Ore-drawing Caving Mining Method

Jiang Donglin Jiang Renyi

(MCC Capital Engineering & Research Incorporation Qinhuangdao Co., Ltd.)

The drilling and blasting technology of board type ore-drawing caving mining method is analyzed, and it is campared to non-pillar sublevel caving mining method. Besides that, the linear meter blasting volume is discussed. The results show that, the average linear meter balsting volume of board type ore-drawing caving mining method is higher almost 40% than that of the ordinary non-pillar sublevel caving mining method, and the cost of drilling of board type ore-drawing caving mining method is less almost 40% than that of the ordinary non-pillar sublevel caving mining method accordingly. The niche is mined by the board type ore-drawing caving mining method, the stripping ratio is also reduced. The ore cost can be reduced and economic benefits can be improved by using board type ore-drawing caving mining method in the mines with medium stably above orebody.

Board type ore-drawing caving mining method, Drilling and blasting, Niche mining, Linear meter blasting volume

2014-10-11)

姜冬林(1962—)，女，高級工程師，066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)龍海道71號。