井下崩落法采場堅硬礦石大塊的靜態(tài)破碎試驗和應用

王紅心，趙占斌

(金誠信礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100070)

首云鐵礦礦區(qū)內(nèi)礦石主要為磁鐵石英巖型，圍巖巖性為各種片麻巖，礦體及頂?shù)装鍑鷰r均較堅固，礦石和圍巖f系數(shù)均為12～14，礦石容重3.3 t/m3，屬堅硬礦巖，礦山采用崩落法采礦[1]，年產(chǎn)礦石量150萬t以上，采場中深孔爆破礦石塊度最大尺寸大于750 mm的即為大塊，大塊率5%～8%。大塊的產(chǎn)生嚴重影響了出礦效率，需及時破碎。目前礦山采用的破碎大塊方法為鉆孔裝藥和裸露藥包等爆破法[2-3]，二次爆破時，炸藥爆炸對大塊堆存巷道、采場出礦口眉線及周圍設(shè)施設(shè)備造成飛石和沖擊波損害并產(chǎn)生大量炮煙和碎巖粉塵，威脅現(xiàn)場作業(yè)人員健康安全和影響周圍作業(yè)。因此探索試驗一種安全有效、不對出礦口和大塊附近巷道及設(shè)施造成破壞、不因炮煙和沖擊波影響周圍工作面的作業(yè)，并且能隨時隨地連續(xù)進行的大塊二次破碎方法，非常必要。

在進行礦石大塊二次破碎過程中，曾嘗試過多種方法，包括裸露藥包爆破破碎、鉆孔裝藥爆破破碎、水壓聚能藥包破碎[4-6]等，都不能有效地解決二次爆破對附近巷道及設(shè)施的破壞和飛石、沖擊波、炮煙對周圍工作面作業(yè)的影響問題。在分析總結(jié)首云鐵礦使用過的多種二次破碎方法基礎(chǔ)上，參考基礎(chǔ)拆除和建材行業(yè)應用較多的靜態(tài)破碎劑破碎技術(shù)[7-9]，提出了試用靜態(tài)破碎劑進行堅硬礦石大塊的二次破碎方案，在首云鐵礦井下進行了試驗。

1 靜態(tài)破碎原理和試驗方案

靜態(tài)破碎劑技術(shù)是使用靜態(tài)破碎劑與水拌合發(fā)生化學反應(見反應式1)，體積膨脹將物體破裂的方法，具有無振動、無有害氣體、無噪音、無飛石、無公害等優(yōu)點[7,10]。

CaO+H2O→Ca(OH)2+62.8 kJ

(1)

根據(jù)靜態(tài)破碎劑破碎原理和首云鐵礦采場堅硬磁鐵石英巖型鐵礦石大塊的特性，參考相關(guān)研究和實踐，設(shè)計了靜態(tài)破碎劑破碎鐵礦石大塊試驗方案。采用7655型鑿巖機用Φ38 mm釬頭鉆鑿Φ40 mm鉆孔。布孔參數(shù)如下：尺寸750～1 000 mm的大塊，設(shè)計1個鉆孔，孔口位于大塊中心位置；尺寸大于1 000 mm的大塊，鉆2個或以上炮孔，孔間距350～400 mm，裝藥孔至大塊邊沿距離不大于600 mm；尺寸超過1 500 mm的矩形大塊，鉆3個或以上鉆孔，孔間距350～400 mm，裝藥孔至大塊邊沿距離不大于600 mm，所有鉆孔孔深為大塊高度的1/2至3/4。鉆孔完成后，按靜態(tài)破碎劑使用說明，用常溫水按水劑質(zhì)量比0.27與靜態(tài)破碎劑拌和均勻，然后將拌和好的靜態(tài)破碎劑溶液灌滿每個鉆孔，用濕紙殼覆蓋鉆孔。

2 井下破碎試驗

井下現(xiàn)場試驗地點選定首云鐵礦2礦帶-46 m分段38號回采進路，在進路中選擇有代表性的4塊大塊進行試驗，礦石大塊為堅硬的磁鐵石英巖型鐵礦石，f系數(shù)14，大塊尺寸和布孔參數(shù)見表1。

表1 大塊尺寸和布孔參數(shù)表

按試驗設(shè)計鉆孔并向孔內(nèi)灌裝拌和好的靜態(tài)破碎劑溶液(見圖1)，每個鉆孔均灌滿靜態(tài)破碎劑溶液，按鉆孔體積和水劑質(zhì)量比換算后，1#至4#大塊的鉆孔中灌裝的靜態(tài)破碎劑量分別為：0.885、1.225、1.338、1.922 kg，每個大塊的鉆孔灌滿破碎劑溶液后用濕紙殼覆蓋，然后觀察礦石大塊破碎情況，不同大塊經(jīng)過不同時間的破碎效果見圖2。

圖1 礦石大塊鉆孔灌裝破碎劑后Fig.1 Ore boulders after charged with SCA

圖2 礦石大塊靜態(tài)破碎效果Fig.2 Static breaking results of the ore boulders

大塊破裂后量測小塊的塊度表明，不同尺寸的磁鐵石英巖鐵礦石大塊，按試驗設(shè)計方案設(shè)計的布孔參數(shù)灌裝拌和好的靜態(tài)破碎劑后，經(jīng)12 h和24 h后，均破裂為合格塊度的多個小塊，2#大塊經(jīng)過較長時間裂縫才完全形成，分析認為是因為鉆孔較淺。

3 應用情況

現(xiàn)場試驗取得成功后，技術(shù)人員制定了礦巖大塊靜態(tài)破碎技術(shù)操作規(guī)程。成立了井下礦巖大塊靜態(tài)破碎班組，在井下幾處容易產(chǎn)生大塊的地點進行了靜態(tài)破碎劑破碎大塊推廣應用。

由于大塊靜態(tài)破碎鉆孔裝藥和破碎不對周圍設(shè)施和管線產(chǎn)生破壞，相鄰作業(yè)面的人員設(shè)備不必因躲避飛石、炮煙而停止作業(yè)，靜態(tài)破碎班組可以連續(xù)進行鉆孔、灌裝靜態(tài)破碎劑溶液破碎大塊作業(yè)。從采場出礦口和溜井格篩轉(zhuǎn)運到集中破碎巷道的大塊得到連續(xù)靜態(tài)破碎，并且靜態(tài)破碎大塊作業(yè)可以和附近的其它作業(yè)同時進行，破碎時也不必撤離設(shè)備和對附近設(shè)施及管線進行防護。不僅保證了安全，而且大塊隨有隨破，提高了破碎效率。

鏟運機出礦時，在采場出礦口不能將大塊逐一挑出，時常與合格塊度礦石一起被鏟運至溜井格篩，不合格大塊就會堵塞溜井格篩，處理起來非常麻煩。使用靜態(tài)破碎劑后，只需用鏟運機將格篩上不能通過的大塊搬運至附近不影響作業(yè)的巷道，就近隨時用靜態(tài)破碎劑破碎即可，提高了出礦效率。

由于首云鐵礦采用無底柱分段崩落法采礦，采場進路出礦口被巨型大塊堵塞的情況時有發(fā)生，鏟運機難以挪動巨塊，以往只能采用鉆孔爆破的方法在堵塞處就地對巨塊進行爆破，在出礦口頻繁進行炸藥爆破，往往崩壞出礦口眉線影響后續(xù)出礦。在巨塊堵塞的出礦口應用靜態(tài)破碎劑就地破碎巨塊后，出礦口的眉線和出礦進路內(nèi)附近的設(shè)備，設(shè)施及管線絲毫不會被破壞，還不影響附近的其它作業(yè)。

4 效益分析

首云鐵礦在使用靜態(tài)破碎劑破碎大塊前，采用傳統(tǒng)的鉆孔爆破和裸露藥包爆破兩種方法破碎大塊。

傳統(tǒng)的裸露藥包破碎大塊方法由于炸藥消耗量大且安全性差，在應用靜態(tài)破碎劑之前，首云鐵礦使用較多的是在待破大塊上鉆孔裝藥爆破的方法。靜態(tài)破碎劑破碎大塊和鉆孔裝藥破碎大塊可比成本比較如下：

根據(jù)礦山統(tǒng)計，鉆孔裝藥爆破大塊，每個大塊至少消耗1發(fā)雷管，平均炸藥單耗0.2 kg/m3，折合每立方大塊破碎雷管單耗1.27發(fā)/m3。雷管市場價3.2元/發(fā)，炸藥6.17元/kg，破碎每立方大塊需要雷管和炸藥費用約5.3元。

試驗結(jié)果和井下生產(chǎn)統(tǒng)計表明，使用靜態(tài)破碎劑破碎大塊，靜態(tài)破碎劑單耗1.62 kg/m3，靜態(tài)破碎劑市場價3.2元/kg，破碎每立方大塊需要靜態(tài)破碎劑費用約5.2元。

以上比較表明，兩種破碎大塊方式，成本相當。

使用炸藥爆破的方法破碎大塊，無論在井下任何地點，每次爆破前都需要將附近的設(shè)備搬離，二次破碎點要遠離易被爆破損壞的設(shè)施和管線；爆破前還需警戒，附近其他作業(yè)人員需停產(chǎn)撤離躲避爆破沖擊波、飛石和炮煙，嚴重影響生產(chǎn)。因此，使用靜態(tài)破碎劑連續(xù)無公害破碎大塊，可以從避免損壞設(shè)備設(shè)施，人員無需躲炮等待通風而影響生產(chǎn)等方面取得經(jīng)濟和安全效益。

5 結(jié)論

通過井下試驗，提出了堅硬礦石大塊的靜態(tài)無公害破碎方案，消除了傳統(tǒng)的使用炸藥爆破方法破碎大塊帶來的對破碎點附近設(shè)備、設(shè)施和作業(yè)人員的不安全影響，可以實現(xiàn)堅硬礦石大塊的連續(xù)破碎。

設(shè)計了堅硬礦石大塊的布孔參數(shù)，并經(jīng)過試驗和現(xiàn)場應用驗證。

對靜態(tài)破碎劑破碎大塊和傳統(tǒng)炸藥爆破方法破碎大塊進行了可比成本對比分析，結(jié)果表明，靜態(tài)破碎劑破碎大塊和鉆孔爆破法破碎大塊相比，費用相當。但使用靜態(tài)破碎劑可在連續(xù)無公害破碎大塊，提高破碎效率和出礦效率，避免損壞設(shè)備設(shè)施，人員無需躲炮等待通風而影響生產(chǎn)等方面取得經(jīng)濟和安全效益，可為類似地下礦山大塊二次破碎提供有益借鑒。