多排微差爆破降本增效關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

黃明健 閆小兵 彭華斌 石紹飛

[摘 要]FCM采礦法使用大孔徑深孔爆破，大塊成為制約礦房產(chǎn)能的重要因素。經(jīng)過技術(shù)研究，采用多排微差爆后，大塊率由15%降至7%，降本增效，社會經(jīng)濟效益良好。

[關(guān)鍵詞]微差爆破 大塊率 降本增效

中圖分類號：TD235；TD861.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）13-0396-02

1 概述

湖南漣邵建設(shè)工程集團有限責(zé)任公司自2013年起在臨礦集團會寶嶺鐵礦研究試驗研究FCM采礦法，試驗成功后在會寶嶺鐵礦全面推廣。FCM采礦法使用大孔徑深孔一次回采70m分段內(nèi)全段高礦石，相比分段采礦法使得開拓、切割巷道工程大量節(jié)省。會寶嶺鐵礦屬磁鐵礦，礦石結(jié)構(gòu)以條紋條帶狀為主，少量致密塊狀構(gòu)造，主要分布于角閃石或石英晶粒之間。礦帶頂?shù)装鍑鷰r為黑云角閃片巖或黑云變粒巖。礦體整體比較穩(wěn)定，連續(xù)性好，較完整，裂隙不甚發(fā)育，物理力學(xué)強度高，普氏硬度系數(shù)f>14，屬極堅硬巖類。礦區(qū)地面為村莊與國道，對爆破振動控制要求極高，為了降低地面振動，限制爆破裝藥量使得大段高采礦大塊率居高不下，成為制約采場生產(chǎn)能力的重要因素。為了降低大塊率，提高生產(chǎn)效率，技術(shù)人員潛心研究爆破參數(shù)，以尋找突破口，經(jīng)過反復(fù)試驗，最終將多排微差爆破技術(shù)成功應(yīng)用于會寶嶺鐵礦，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。

2 研究背景

使用FCM法回采的礦房深孔布置沿礦體傾向下向平行布置，孔徑165mm，孔、排距均為2.7～3.2m，使用粉狀乳化炸藥不連續(xù)耦合裝藥，每次爆破一排。礦房爆破時產(chǎn)生大塊較多，導(dǎo)致礦房內(nèi)堆滿了大塊，堵塞了出礦巷道，每班均需安排6～8人專門對大塊打眼進行二次爆破，每班需使用雷管200多發(fā)，炸藥80多公斤，單個礦房每班出礦僅500～700t，大塊率達15%以上，嚴重制約了生產(chǎn)，增加了成本投入，同時加大了爆破安全隱患。大塊礦石在后續(xù)提升出井及選礦破碎過程中同樣增加生產(chǎn)成本。因此，如何最大限度的降低大塊率成為亟待解決的技術(shù)難題。

3 技術(shù)參數(shù)確定

降低大塊率，又不增加成本，就只能在不改變孔網(wǎng)參數(shù)，不增加爆破單耗的前提下尋找解決辦法。在此前提前唯一可以改變的就是裝填起爆方式，最終技術(shù)人員將目光投向了微差擠壓爆破。微差擠壓爆破可起到增加輔助自由面、應(yīng)力波疊加、巖塊相互碰撞擠壓及地震波的相互干擾等幾方面作用。其中地震波的干擾，是減少爆破對附近建筑物影響的主要因素。

3.1 最小抵抗線的確定

采用垂直深孔落礦時，最小抵抗線有三種計算方法：

（1）按每孔的合理裝藥量確定

w=d=1.5～3.79（米）

（2）按最小抵抗線和孔徑的比值確定

w/d=25～30

（堅硬巖石d=165mm時，w=4.13～4.95米）

（3）從一些礦山的實際資料中參考確定（表1）

（4）2014～2016年生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)

會寶嶺鐵礦-410m水平南翼已回采礦房20個，回采過程中為降低大塊率，孔網(wǎng)參數(shù)不斷優(yōu)化、調(diào)整。生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)如表2：

深孔鑿巖采用CK150D型鑿巖機，鉆頭直徑165mm，故最小抵抗線應(yīng)為1.5～3.79米。

綜合以上四項結(jié)果，選取最小抵抗線2.7～3米，可取得較為理想的爆破效果。

3.2 爆破參數(shù)確定

已知參數(shù)如下：

（1）最小抵抗線為W=2.7～3米；

（2）巖石硬度f=15～20；

（3）巖石基本不含水份，節(jié)理裂隙局部發(fā)育；

（4）炮孔直徑為165mm，孔深47m；

（5）排距：b=2.7米；

（6）孔距：按照孔距2.7米平行下向布置，傾角根據(jù)礦體傾角設(shè)計；

（7）最大單段允許起爆藥量：500Kg

依據(jù)已知條件確定裝藥結(jié)構(gòu)為不連續(xù)耦合裝藥，設(shè)計每段裝藥高度1.0m，裝藥間隔高度0.7m。

3.3 起爆方式確定

依據(jù)微差擠壓爆破理論，擠壓爆破時，由于工作面前有壓渣，阻礙了巖石裂隙的擴張，延長了巖石的應(yīng)力狀態(tài)，這就在時間上延長了炸藥爆炸能量的利用率，使爆破質(zhì)量得到改善。當巖體裂隙形成后，隨即出現(xiàn)巖石的移動，脫離原巖體的巖塊直接與前面的壓渣沖擊碰撞，因其距離很小，故其沖擊速度大大高于清渣爆破時巖石拋落的最終速度。這種高速的沖擊與碰撞造成擠壓效果，使巖石的爆炸動能用于輔助破碎。微差爆破時由于各次爆破的時間間隔特別短，以致后一藥包在前一藥包所引起的地面振動開始減弱之前就發(fā)生了爆炸。新產(chǎn)生的振動波與前一振動波的“相”不是重合的，因而形成了振動的干擾，也就是振動波的某些抵消。從理論上說，假若兩種藥包爆破的延遲間隔時間等于地震波周期的一半，而兩個地震波的振幅又相等的話，一般都能減輕地震效應(yīng)，減少爆破作業(yè)對未爆巖體及地面建（構(gòu)）筑物的損壞。最終起爆方式確定為多排微差擠壓爆破。

4 效果對比

4.1 爆破效果

以41436S1礦房為例，采用多排爆破后，大塊率明顯降低，目前大塊率由之前的15%降至7%，降幅達60%。在降低大塊率的同時，減少了爆破次數(shù)，增加了單次爆破礦量，保證礦房有充足的礦石可供出礦。采用多排爆破前，41436S1礦房每臺鏟運機平均每班可出礦石70～80鏟，采用多排爆破后41436S1礦房每臺鏟運機平均每班可出礦石90～100鏟，平均增加20鏟，每班可多出礦石150噸左右。41436S1礦房前后礦石塊度及出礦效率對比表如下：

單排分層爆破礦石塊度（圖1）：

采用多排微差爆破后礦石塊度（圖2）：

出礦效率對比（表3）：

4.2 經(jīng)濟效益

-410m水平南翼第一個試驗礦房為41436S1礦房，后續(xù)采用多排爆破的礦房為41404S2和41206S1礦房，自采用多排爆破后南翼單日出礦量由以前的5000t提高到現(xiàn)在的6500t，提高出礦效率30%。原礦石年產(chǎn)量可提高49.5萬t。采用多排爆破后大塊率降低大爆破火工品消耗、二次爆破火工品消耗、鏟運機輪胎、油料等消耗費用大大降低。采用多排爆破后，原礦綜合生產(chǎn)成本可節(jié)省費用1.41元/t。

采用多排爆破，大塊率降低，礦石粒度整體變小，單位體積內(nèi)礦石質(zhì)量增加，電機車一次運輸量變大，降低了運輸系統(tǒng)單位成本。多排爆破效果明顯，大部分礦石塊度較小，部分礦石呈粉末狀，不需要進行破碎即可滿足粗碎要求，降低了粗碎的電費和材料費用。以前主井箕斗單次提升量為24t，現(xiàn)在單次提升量達24.5t，主井每天提升鉤數(shù)為600鉤左右，每天可多提升礦石300t左右。用多排爆破后，運輸系統(tǒng)、溜破系統(tǒng)和提升系統(tǒng)共可節(jié)約1.01元/t。

多排微差爆破在落礦、運輸提升等環(huán)共可節(jié)省成本2.42元/t，F(xiàn)CM采幫在全年預(yù)計回采礦石220萬t，可節(jié)省成本費用532.4萬元。

5 結(jié)論

多排微差爆破在會寶嶺鐵礦FCM采礦法中的成功應(yīng)用，提高了產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本，降本增效效果顯著，社會經(jīng)濟效益明顯，在類似礦山生產(chǎn)中具有極強的推廣價值。