分段充填采礦法垂直平行孔落礦方式的工藝技術(shù)研究與實(shí)踐

陳國濤

摘 要：分析了上向扇形炮孔爆破落礦的弊端，概述了華聯(lián)礦業(yè)有限公司礦床的地質(zhì)條件。簡述了分段充填采礦法礦房參數(shù)，介紹了垂直平行孔落礦方式各工藝要素，對應(yīng)用效果進(jìn)行了評價(jià)。

關(guān)鍵詞：垂直平行孔；分段充填；孔底起爆

1 前言

華聯(lián)礦業(yè)股份有限公司（以下簡稱華聯(lián)礦業(yè)）前身為始建于1990年的韓旺鐵礦，現(xiàn)有下溝鐵礦、臥虎山鐵礦兩個(gè)個(gè)井下原礦生產(chǎn)單位。主要產(chǎn)品為鐵精粉，年產(chǎn)鐵礦石200萬t，鐵精粉50萬t。爆破落礦是采礦工藝中重要的一環(huán)。2012年以前，華聯(lián)礦業(yè)為中深孔爆破落礦存在以下弊端：（1）鑿巖質(zhì)量難以保證。主要表現(xiàn)在實(shí)際鑿巖中心很難與設(shè)計(jì)鑿巖中心吻合、炮孔角度不易控制，導(dǎo)致炮孔孔底距誤差加大，爆破效果差，相鄰礦房超欠采，礦石損失貧化大。（2）扇形孔孔口密集，炮孔利用率及眼米崩礦量降低，炸藥單耗升高。（3）裝藥勞動(dòng)強(qiáng)度大，且裝藥質(zhì)量難以保證。鑒于以上原因，我們在進(jìn)行采礦方法攻關(guān)的同時(shí)，展開了對落礦方式的工藝技術(shù)研究。

2 礦體賦存條件

華聯(lián)礦業(yè)下屬的下溝鐵礦、臥虎山鐵礦均為燕山中期高溫?zé)嵋航佑|交代矽卡巖型磁鐵礦床。構(gòu)成礦床上盤巖層自上而下依次為第四系表土層、第三系砂礫巖、中奧陶系馬家溝組石灰?guī)r，下盤為閃長巖。礦體賦存于雁翎關(guān)組頂部含鐵片巖中，由多個(gè)呈NW—SE向展布的帶狀礦層組成，總體走向330°±，傾向SW，傾角23°～68°，平均48°±。礦帶在走向和傾向上呈幅度不大的波狀彎曲，存在膨脹、分枝、復(fù)合等復(fù)雜多變現(xiàn)象。

開采技術(shù)條件較差：（1）礦體頂板圍巖不穩(wěn)固，頂板裂隙發(fā)育，泥質(zhì)充填、富水；（2）礦體底板閃長巖經(jīng)成礦作用后形成的蝕變閃長巖松軟破碎，很不穩(wěn)固；（3）礦床地質(zhì)勘探程度不足，圈定精度差，需進(jìn)行生產(chǎn)勘探。

3 采礦方法

為有效保護(hù)上盤保證地表不塌陷，采用預(yù)控頂上向分段膠結(jié)充填采礦法回采，各工藝要素如下

3.1 采準(zhǔn)布置及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)礦體形態(tài)，按合適的分段高度將階段劃分為多個(gè)分段水平，在每個(gè)分段水平下盤距礦體真厚度10m左右沿礦體走向布置脈外沿脈巷道，用脈外斜坡道聯(lián)絡(luò)各分段水平[1]。階段高50m，分成5個(gè)分段，分段高10m，礦房（礦柱）寬10～12.5m。厚大礦體采場穿脈布置，每80m布置永久間柱，永久間柱寬10m。兩個(gè)間柱間作為一個(gè)回采單元，至少7個(gè)回采礦塊。每個(gè)回采單元在下盤脈外沿脈至下階段運(yùn)輸水平間布置一條溜井。薄礦體采場采用沿脈布置。

3.2 采準(zhǔn)順序

先在階段水平施工礦房運(yùn)輸巷及溜井，到斜坡道位置時(shí)展開斜坡道施工，斜坡道掘進(jìn)一般用電耙耙運(yùn)巖石。斜坡道掘進(jìn)至分段水平時(shí)與溜井貫通，繼續(xù)施工下盤脈外沿脈和穿脈巷道。

3.3 采場頂板的支護(hù)

兩個(gè)間柱間的礦房做為一個(gè)回采單元，采用間隔式回采。因鏟運(yùn)機(jī)及人員需進(jìn)入礦房作業(yè)，為有效支護(hù)采場頂板、確保頂板安全，先在擬回采的礦房的上一個(gè)分段水平穿脈巷道內(nèi)用淺孔開幫至超出礦房邊界0.5m，根據(jù)礦體穩(wěn)固情況采用長錨索—錨桿-金屬網(wǎng)-噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)。長錨索長度6m，網(wǎng)度3×3m～5×5m。錨桿長度2～2.5m，網(wǎng)度1.5×1.5m～2×2m。金屬網(wǎng)采用φ6.5mm鋼筋，網(wǎng)度0.1×0.1m～0.2×0.2m。噴射混凝土厚度50～100mm。

4 垂直平行中深孔爆破落礦

4.1 垂直平行中深孔施工

礦房頂板支護(hù)完后，將礦房的切割井掘出。在上分段水平預(yù)拉開已支護(hù)的空間內(nèi)采用T-100高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)進(jìn)行下向鑿巖，首先沿礦房邊界及上下盤邊界鉆鑿預(yù)裂孔，預(yù)裂孔直徑φ76mm，孔距0.8～1.2m；預(yù)裂孔鉆鑿?fù)戤吅?，鉆鑿主炮孔，主炮孔直徑φ90～110mm，采用菱形或矩形布置；主炮孔孔距2.5～3m，排距2.2～2.5m。炮孔一般采用下向垂直平行布置，上盤根據(jù)礦體傾角進(jìn)行調(diào)整[2]。如打透在下水平用木塞堵住，孔內(nèi)墊1m厚巖粉或碴子。下向炮孔布置見圖1。

4.2 裝藥及爆破

為降低爆破震動(dòng)、保護(hù)相鄰礦房充填體，獲取好的爆破效果，采用逐孔起爆技術(shù)。在爆破過程中，借助于澳瑞凱高精度雷管的準(zhǔn)確延時(shí)，通過合理的時(shí)間組合，使炮孔由起爆點(diǎn)（切割井）按順序依次起爆；每個(gè)炮孔的起爆都是相對獨(dú)立的，前一個(gè)炮孔為后一個(gè)炮孔創(chuàng)造了一個(gè)自由面；當(dāng)相鄰炮孔的延期間隔選取合理時(shí)，爆炸應(yīng)力波靠自由面充分反射，做功能量加強(qiáng)；相鄰炮孔間的礦巖在移動(dòng)過程中發(fā)生相互碰撞擠壓，使礦巖進(jìn)一步破碎，從而保證較好的爆破塊度。

4.2.1 裝藥結(jié)構(gòu)

采用高精度導(dǎo)爆管雷管，每孔可放置一發(fā)，不僅可以實(shí)現(xiàn)逐孔起爆，還可采用孔底起爆。孔底起爆爆轟波是從孔底向孔口傳播，由于受介質(zhì)炸藥的阻擋，能量不會(huì)提前外泄，更好的用于巖石的破碎。而孔口起爆能量會(huì)提前泄露于空氣中[3]，能量利用率比孔底起爆少15%～30%。主爆孔采用φ75mmKG-Ⅱ乳化環(huán)保型炸藥連續(xù)裝藥，孔底墊2只炸藥，每孔采用一發(fā)導(dǎo)爆管雷管孔底起爆?？卓谟门谀嗝軐?shí)堵塞。預(yù)裂孔采用φ32mm2#巖石乳化炸藥不耦合裝藥，孔內(nèi)敷設(shè)一根導(dǎo)爆索?？椎撞考訌?qiáng)裝藥，1米范圍內(nèi)并列布置2支φ32mm炸藥，上部用單支φ32 mm炸藥，連續(xù)藥串用黑膠布綁在竹片上。

4.2.2 起爆順序及延期時(shí)間

預(yù)裂孔超前主爆孔起爆，主爆孔以切割井為中心，采用逐孔依次向外起爆。起爆網(wǎng)絡(luò)采用高精度毫秒塑料導(dǎo)爆管連接，孔外延時(shí)。起爆順序及延期時(shí)間根據(jù)補(bǔ)償空間及炮孔布置情況（孔間距和排距等）確定，原則上相鄰炮孔爆破延期時(shí)間以25ms最佳[4]。

4.3 爆破落礦效果

經(jīng)近五年生產(chǎn)證實(shí)，該種落礦方式中深孔及大爆破施工操作簡單，礦石破碎塊度小且均勻，大塊率明顯降低，鏟礦效率大大提高。

4.4 工藝技術(shù)指標(biāo)

孔間距0.8～1.2m，線裝藥密度0.73 kg/m，堵塞長度0.8m。

5 應(yīng)用效果評價(jià)

利用排內(nèi)孔間及排間延期時(shí)間的組合，采用垂直平行孔逐孔起爆及孔底起爆技術(shù)達(dá)到了如下效果：（1）垂直平行炮孔分布均勻且質(zhì)量便于控制，炮孔利用率及眼米崩礦量高，裝藥及填塞容易，爆破效果好，降低了大塊率及整個(gè)爆堆的粒度，減少二次破碎成本。（2）采用逐孔起爆，有效降低爆破震動(dòng)，減少爆破對周邊巷道、相鄰礦房充填體的破壞。（3）對礦房邊界實(shí)施預(yù)裂爆破保證礦房邊界規(guī)整，減少超欠采現(xiàn)象，提高一步礦房回采率，降低二步礦房貧化率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[2] 汪旭光.中國典型爆破工程與技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[3] 肖漢甫.實(shí)用爆破技術(shù)[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2009.

[4] GB 6722–2014.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)[S].