石碌鐵礦炮孔破壞原因及應(yīng)對(duì)措施

郭　雄

(金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司,　北京　100089)

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石碌鐵礦炮孔破壞原因及應(yīng)對(duì)措施

郭雄

(金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司,北京100089)

石碌鐵礦掛幫礦采用中深孔爆破，施工困難，炮孔合格率低，通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件、爆破震動(dòng)等的分析，將炮孔破壞原因分為炮孔堵塞、炮孔錯(cuò)動(dòng)、孔口閉塞、炮孔變形4種類型，其所占比例分別為75%、12%、8%和5%。針對(duì)上述原因，提出了加強(qiáng)巷道支護(hù)、地壓管理、縮短炮孔放置時(shí)間、進(jìn)行微差爆破和改善爆破參數(shù)等措施，很大程度上改善了石碌鐵礦炮孔破壞嚴(yán)重的局面，對(duì)國(guó)內(nèi)類似礦山有重要的借鑒意義。

無(wú)底柱分段崩落法；炮孔破壞；微差爆破

0　引　言

海南礦業(yè)石碌鐵礦是我國(guó)鐵礦石的重要基地之一，曾以礦石品位高聞名國(guó)內(nèi)，目前其正處于露天轉(zhuǎn)地下的過(guò)渡階段。其北一采區(qū)為一座露天生產(chǎn)采場(chǎng)，目前正處于露天開(kāi)采末期，為了實(shí)現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展，合理開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源，海南礦業(yè)股份公司已著手對(duì)露天掛幫礦及深部礦體進(jìn)行資源回收。露天開(kāi)采期間的生產(chǎn)能力為400萬(wàn)t/a，轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采后，前期掛幫礦量的生產(chǎn)能力為140萬(wàn)t/a，到0 m中段以下，地下生產(chǎn)能力達(dá)到260萬(wàn)t/a。

目前掛幫礦正處于試生產(chǎn)的探索階段，自2014年5月正式開(kāi)始北一東掛幫礦開(kāi)采，采用無(wú)底柱分段崩落法，結(jié)構(gòu)參數(shù)為15 m×18 m(分段高度×進(jìn)路間距)，共劃分為60，45，30，15，0 m五個(gè)分段。目前，60，45 m兩個(gè)分段已回采結(jié)束，30，15 m兩分段正在回采。

通過(guò)對(duì)石碌鐵礦掛幫礦一年多回采的調(diào)查分析，爆破問(wèn)題較多，懸頂、隔墻、過(guò)擠壓現(xiàn)象嚴(yán)重。由于本身地質(zhì)條件及露天爆破影響，掛幫礦礦體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致中深孔施工困難，卡鉆現(xiàn)象嚴(yán)重，且成孔質(zhì)量較差，經(jīng)常發(fā)生堵孔、錯(cuò)孔情況。通過(guò)對(duì)30 m分層480個(gè)中深孔的檢查，發(fā)現(xiàn)不合格炮孔占到總數(shù)的21.5%。其中距眉線口最近一排的中深孔破壞率高達(dá)32.5%，其他排位中深孔破壞率為18.8%。由于中深孔破壞率高，導(dǎo)致裝藥困難，裝藥量達(dá)不到設(shè)計(jì)數(shù)量，易發(fā)生懸頂、隔墻現(xiàn)象，大塊率也隨之提高，使企業(yè)面臨嚴(yán)峻的安全形勢(shì)以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。有時(shí)為保證爆破質(zhì)量，不得不兩排同時(shí)起爆，造成礦石損失率增大；或者被動(dòng)提高被破壞中深孔的裝藥量，但往往又會(huì)造成爆破后眉線的破壞，影響后續(xù)中深孔質(zhì)量和正常爆破，形成惡性循環(huán)。

1　炮孔破壞原因分析

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)炮孔的檢查發(fā)現(xiàn)，炮孔破壞主要有炮孔堵塞、炮孔錯(cuò)動(dòng)、孔口閉塞、炮孔變形4種類型，其所占比例分別為75%、12%、8%和5%。

1.1炮孔破壞形式

(1) 炮孔堵塞：炮孔孔壁在圍巖壓力及爆破沖擊的作用下破壞、變形或崩塌而造成炮孔局部或整體被碎石、碎渣堵塞。

(2) 炮孔錯(cuò)動(dòng)：炮孔在爆破震動(dòng)及地壓的作用下部分礦巖產(chǎn)生剪切變形和位移，使炮孔在軸線方向上沿?cái)鄬用妗⒐?jié)理裂隙面或礦巖交界面產(chǎn)生移動(dòng)錯(cuò)位。

(3) 炮孔變形：由于地壓和水的作用，造成炮孔形狀改變。

(4) 孔口閉塞：由于爆破振動(dòng)，特別是前排爆破造成的孔口被崩碎巖石閉塞或破壞。

(5) 孔口破壞：前排炮孔爆破時(shí)，由于孔口裝藥過(guò)度集中，造成眉線垮落，帶落及掩埋部分后排炮孔[4]。

1.2炮孔破壞原因

(1) 圍巖穩(wěn)定性差，節(jié)理裂隙發(fā)育。受海南氣候和長(zhǎng)期露天大爆破影響，石碌鐵礦掛幫礦礦巖穩(wěn)定性較差，破碎帶分布廣泛。在爆破前，通過(guò)對(duì)石碌鐵礦掛幫礦各分層中深孔的質(zhì)檢數(shù)據(jù)和地質(zhì)信息分析發(fā)現(xiàn)，在礦巖穩(wěn)固區(qū)域，炮孔合格率為96.8%，而在礦巖破碎區(qū)域，炮孔合格率僅為88.5%。

(2) 爆破沖擊影響。通過(guò)對(duì)炮孔破壞分析可知，炮孔堵塞是炮孔破壞的最主要形式。而通過(guò)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期跟蹤發(fā)現(xiàn)，爆破后特別是距眉線口最近一排炮孔破壞率明顯提高，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。頻繁的中深孔爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波及爆破地震波對(duì)炮孔持續(xù)破壞。爆破越頻繁，炮孔越易發(fā)生持續(xù)作用破壞。

表1　爆破前后距眉線首排炮孔質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

(3) 開(kāi)采地壓和炮孔放置時(shí)間對(duì)炮孔質(zhì)量造成的影響。石碌鐵礦掛幫礦回采時(shí)間不長(zhǎng)，地壓管理相對(duì)滯后和薄弱。由于地質(zhì)條件、剔除廢石柱及懸頂現(xiàn)象等導(dǎo)致回采順序的改變，造成采空區(qū)不連續(xù)、壓力集中現(xiàn)象，同時(shí)未及時(shí)采取相應(yīng)措施處理應(yīng)力集中造成的破壞。由于分段和礦塊回采未按照設(shè)計(jì)的合理順序開(kāi)采，很多相鄰進(jìn)路無(wú)法協(xié)同退采，卸壓不充分使得掛幫礦地壓過(guò)大。超負(fù)荷地壓持續(xù)作用下，引起巷道壁和炮孔壁的塑性變形，造成炮孔的變形損壞，而且炮孔放置時(shí)間越長(zhǎng)，受到的破壞頻次越多越容易破壞。

2　主要技術(shù)措施

結(jié)合石碌鐵礦掛幫礦開(kāi)采中造成炮孔破壞的類型和形成原因，分別從事前預(yù)防和事后補(bǔ)救2個(gè)角度進(jìn)行試驗(yàn)和分析，提出解決炮孔破壞問(wèn)題的有效方法。

(1) 補(bǔ)孔。在每排爆破前，組織人員對(duì)本排炮孔進(jìn)行探測(cè)，檢驗(yàn)其有無(wú)破壞炮孔。先使用細(xì)橡膠管進(jìn)行孔深探測(cè)和炮孔疏通，對(duì)炮孔破壞嚴(yán)重的，則使用裝藥管(粗橡膠管)配合高壓風(fēng)進(jìn)行炮孔吹洗。若炮孔仍有問(wèn)題，由技術(shù)人員上圖觀察、討論后決定本排炮孔能否爆破，若本排炮孔不能爆破，則選擇合適位置進(jìn)行補(bǔ)孔作業(yè)。

(2) 加強(qiáng)巷道支護(hù)。無(wú)底柱分段崩落法是在回采巷道內(nèi)進(jìn)行鑿巖、崩礦及出礦的一種高效采礦方法[5]?；夭上锏赖馁|(zhì)量直接影響了礦石的回采。巷道掘進(jìn)施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行，推行光面爆破，減少對(duì)巷道幫壁的破壞，保證巷道穩(wěn)定性，減少因超、欠挖造成的應(yīng)力集中，可以降低炮孔破壞的幾率。

(3) 加強(qiáng)地壓管理。在收集和分析礦區(qū)的地壓顯現(xiàn)情況的基礎(chǔ)上，對(duì)其時(shí)空演化規(guī)律進(jìn)行研究，有針對(duì)性的加強(qiáng)礦山的地壓管理；發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理懸頂、剔除的廢石柱等造成的空區(qū)不連續(xù)和回采中斷，合理安排回采順序，降低地壓異常波動(dòng)頻次，達(dá)到合理控制地壓開(kāi)采的目的。

(4) 縮短炮孔放置時(shí)間。炮孔放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，受應(yīng)力擾動(dòng)的次數(shù)越多，炮孔破壞的可能性和程度就越大，因此應(yīng)盡可能縮短炮孔存在時(shí)間。通過(guò)對(duì)采場(chǎng)回采順序的把握和回采計(jì)劃的研究，盡量減少炮孔鑿巖和炮孔裝藥爆破之間的時(shí)間間隔。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，炮孔存在時(shí)間在3個(gè)月以內(nèi)時(shí)，炮孔質(zhì)量明顯提高。

(5) 推廣微差爆破。采場(chǎng)爆破是石碌鐵礦掛幫礦炮孔破壞的重要原因，針對(duì)這種情況，進(jìn)行同排微差爆破試驗(yàn)，可以有效降低同段最大起爆藥量，從而降低爆破震動(dòng)。

(6) 優(yōu)化爆破參數(shù)。為降低爆破后對(duì)后續(xù)炮孔的影響，保證爆破質(zhì)量，石碌鐵礦對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。具體措施有：臨近切割槽的前兩排炮孔各自增加加強(qiáng)排，崩礦步距增大至3 m，正常炮孔崩礦步距調(diào)整為2.2 m；同時(shí)嚴(yán)格控制每孔裝藥量，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行炮孔填塞；采用孔底起爆等。

3　優(yōu)化效果

在石碌鐵礦掛幫礦進(jìn)行了同排微差爆破試驗(yàn)，通過(guò)區(qū)分毫秒導(dǎo)爆管雷管的段位實(shí)現(xiàn)同排由中間孔向兩側(cè)孔依次起爆，將原來(lái)的同排同時(shí)起爆方式改為同排各孔間采用不同段別的微差爆破，即孔間微差爆破，如圖1所示。

在試驗(yàn)與應(yīng)用中所取微差間隔時(shí)間為25 ms。通過(guò)微差爆破，彌補(bǔ)了同排同段爆破的不足，充分利用爆破能量，取得了較好的爆破效果。由表2可知，眉線破壞率明顯降低，實(shí)驗(yàn)過(guò)程未出現(xiàn)懸頂現(xiàn)象，炮孔完好率提升至33.2%，采用孔間微差爆破裝藥量大幅度減少，爆破造成的沖擊波及地震波也相應(yīng)降低，使爆破能量充分利用, 減輕了爆破對(duì)炮孔的破壞。

圖1　同排微差爆破各炮孔分段

爆破方式孔號(hào)雷管段位孔口填塞眉線情況懸頂/次炮孔完好率/%爆破前爆破后同排同段爆破4,513巷道頂部217.524.73,613破壞1m2,713以上1,812同排微差爆破4,514基本未018.333.23,623破壞2,7341,841

4　結(jié)　論

由于石碌鐵礦露天爆破影響，以及掛幫礦礦體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育等地質(zhì)條件因素，導(dǎo)致中深孔施工困難，同時(shí)開(kāi)采過(guò)程中炮孔破壞嚴(yán)重，對(duì)爆回采放礦造成了很大影響。礦山針對(duì)圍巖穩(wěn)定性差、節(jié)理裂隙發(fā)育，以及開(kāi)采地壓和炮孔放置時(shí)間對(duì)炮孔質(zhì)量造成影響，采取了補(bǔ)孔、加強(qiáng)巷道支護(hù)、加強(qiáng)地壓管理、縮短炮孔放置時(shí)間等處理措施，并對(duì)同排微差爆破進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了落礦工藝，將臨近切割槽的前兩排炮孔各自增加加強(qiáng)排，崩礦步距增大至3 m，正常炮孔崩礦步距調(diào)整為2.2 m，采用孔底起爆等措施。最終，眉線破壞率明顯降低，實(shí)驗(yàn)過(guò)程未出現(xiàn)懸頂現(xiàn)象，炮孔完好率提升至33.2%，炮孔質(zhì)量有了較大改善。

[1]吳維成，吳昌曉.大浞河鐵礦地下開(kāi)采應(yīng)對(duì)炮孔破壞的實(shí)踐[J].有色金屬：礦山部分,2010(1):67￣79.

[2]朱強(qiáng),陳星明,孫文勇,等.大頂山礦區(qū)炮孔變形破壞原因及應(yīng)對(duì)措施[J].中國(guó)礦業(yè),2015:78￣82.

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2016￣04￣12)

郭雄(1983-)，男，湖南湘陰人，采礦工程師，主要從事金屬礦山井下現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)和管理，Email：love.133@163.com。