中深孔爆破技術(shù)在極不穩(wěn)固薄礦脈中的應(yīng)用

周斌

(萬(wàn)寶礦產(chǎn)有限公司設(shè)計(jì)研究院，北京 100053)

0 引言

急傾斜不穩(wěn)固難采礦體在黃金、錫、鎢等貴重金屬礦山中所占的比例較大。因此，開采該類不穩(wěn)固的難采礦體成為了獲得以黃金為代表的貴金屬的主要渠道[1-2]。

該類礦脈通常采用淺孔留礦法或削壁充填法開采，由于受脈幅所限，采礦場(chǎng)內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)條件差。此外，為了保持采場(chǎng)的最小工作寬度，需開挖部分圍巖，導(dǎo)致貧化率增加，使采礦成本和礦石加工費(fèi)用大幅度提高，嚴(yán)重約束了礦山的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，鉆鑿中深孔的設(shè)備逐漸成熟，部分學(xué)者們開始研究中深孔在急傾斜薄礦體中的應(yīng)用[3-4]。采用中深孔爆破，生產(chǎn)效率高，能力大，縮短了回采周期，能夠有效地回采該類礦體資源[5-7]，但該類礦體的開采技術(shù)條件復(fù)雜，如果在不合理的爆破參數(shù)下進(jìn)行爆破，可能會(huì)出現(xiàn)“爆得太開”和“爆不開”的情況，前者是因?yàn)楸七^(guò)度，導(dǎo)致上下盤的圍巖被崩下來(lái)，既造成了炸藥浪費(fèi)，又增大了損失貧化率，增加了運(yùn)輸和選礦的成本；后者是因?yàn)楸茀?shù)太大，導(dǎo)致大塊率高，造成二次爆破成本高的問(wèn)題[8-10]。因此，依托某礦山進(jìn)行了不穩(wěn)固難采礦體中深孔脈外分段空?qǐng)龇üI(yè)試驗(yàn)，開展中深孔爆破研究。

1 采場(chǎng)概況

通過(guò)綜合分析，在確保采場(chǎng)能安全順利回采的前提下，選擇具有代表性的礦房作為工業(yè)試驗(yàn)采場(chǎng)。該礦房位于35-36線勘探線666～706 m間，走向長(zhǎng)50 m，段高40 m，礦脈為構(gòu)造蝕變巖型，圍巖為安山巖、蝕變安山巖，節(jié)理發(fā)育，圍巖穩(wěn)固性較差，易塌落。構(gòu)造帶主要成分內(nèi)含金構(gòu)造角礫巖、白色碳酸巖、碎裂巖、鐵白云石、方鉛礦化和綠泥石，結(jié)構(gòu)較松散，極不穩(wěn)固。礦化程度中等，脈內(nèi)夾石分布不規(guī)則，較發(fā)育。

這類礦體和上下盤的蝕變帶均不穩(wěn)固，工程揭露后即開始冒落，在礦體和蝕變帶內(nèi)布置工程難度大。為解決這類礦體的回采問(wèn)題，礦山曾試用了淺孔留礦法和8 m高的小分段留礦采礦法，但頂板冒落事故頻發(fā)，安全問(wèn)題突出，不能從根本上解決回采安全和貧化損失大的問(wèn)題。有的具有相同條件的礦山選擇下向進(jìn)路充填法開采，雖然能較好地解決礦山生產(chǎn)中的安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)礦體和蝕變帶的分采，但該法采礦工藝復(fù)雜、采礦效率低、采礦成本高、作業(yè)條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、新增投資大，在該礦的應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上不可行。經(jīng)研究，在該采場(chǎng)進(jìn)行中深孔脈外分段空?qǐng)霾傻V法試驗(yàn)，以期達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、高效采礦的目的。

2 中深孔開采方案

由于礦體和圍巖均不穩(wěn)固，極易冒落，為充分發(fā)揮圍巖的自承能力，降低圍巖冒落產(chǎn)生的大量貧化或損失，設(shè)計(jì)以采場(chǎng)中央為界，將采場(chǎng)分為西南和東北2個(gè)回采分區(qū)，先回采東北分區(qū)，后回采西南分區(qū)。如果先回采分區(qū)圍巖的冒落情況不嚴(yán)重，則后回采分區(qū)可以采用后退式回采，也可以重新拉槽獨(dú)立進(jìn)行回采。如果先回采分區(qū)圍巖的冒落情況嚴(yán)重，則后回采分區(qū)必須采用重新拉槽的獨(dú)立回采方式。

據(jù)推薦的采礦方案和工藝設(shè)計(jì)，該工業(yè)試驗(yàn)的整體要求是“強(qiáng)采強(qiáng)出”，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括鑿巖、裝藥和爆破。

2.1 鑿巖

采用YGZ-90型鉆機(jī)進(jìn)行鑿巖。鉆鑿扇形中深孔，暫時(shí)按照排距為1.5 m，孔底距為1.8～2.1 m的參數(shù)布置炮孔。由于在薄礦脈中應(yīng)用中深孔采礦，對(duì)礦巖界限的劃分要求較嚴(yán)格，鑿巖過(guò)程中，通過(guò)鉆機(jī)的聲音、返漿的顏色、掉渣顆粒的大小和鉆進(jìn)的速度，來(lái)準(zhǔn)確判斷礦體與下盤圍巖的邊界位置、礦體的厚度（見(jiàn)圖1），為計(jì)算礦量和裝藥爆破提供準(zhǔn)確的依據(jù)。前期試驗(yàn)已證明，該方法完全能夠達(dá)到準(zhǔn)確控制礦體邊界的目的。但是，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉆鑿的炮孔在24 h內(nèi)大部分坍塌破壞，無(wú)法裝入炸藥進(jìn)行爆破。經(jīng)研究，確定試驗(yàn)塑料套管護(hù)孔方案和竹片預(yù)裝藥方案解決該問(wèn)題。

圖1 礦體邊界示意

2.2 裝藥

2.2.1 塑料套管護(hù)孔裝藥

采用外徑為52 mm，壁厚為3 mm的塑料管進(jìn)行護(hù)孔。打完孔后，根據(jù)孔深，截取相應(yīng)長(zhǎng)度的塑料套管，將其端頭部切割成鋸齒狀，然后用鐵絲捆扎，制作成“子彈頭”式。在推進(jìn)護(hù)管的過(guò)程中，更有利于進(jìn)入“狼牙狀”的炮孔，具體如圖2所示。同時(shí)為了了解套管進(jìn)入礦體中的深度，用封箱膠布在見(jiàn)礦深度處做上標(biāo)記。等到所有鉆桿從鉆孔中拔出時(shí)，立即將事先準(zhǔn)備好的塑料套管插進(jìn)鉆孔中，一直推送到底，若推送過(guò)程中遇到卡管的現(xiàn)象，可將套管稍微拔出一段距離后再次推進(jìn)。通過(guò)研究可得出，影響護(hù)孔成功率的主要因素除了巖石本身的性質(zhì)之外，還有鉆頭的推進(jìn)速度、鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度、鉆進(jìn)時(shí)的風(fēng)量、鉆進(jìn)時(shí)的供水量等。

圖2 套管切割示意

采用可塑性好的卷狀乳化炸藥，裝藥前首先向管底塞入一些廢舊報(bào)紙，將事先劃開包裝的炸藥用木棍推送入塑料套管中，送達(dá)底部時(shí)，由于藥卷的直徑為32 mm，小于塑料套管的直徑，需用炮棍輕輕搗實(shí)，使其變形（即減小藥卷的高徑比），與管壁接觸，反復(fù)操作直到所有藥卷安裝完畢。該礦山采用上向扇形垂直炮孔進(jìn)行爆破，為防止大角度的炮孔中藥卷下滑，特將2片長(zhǎng)度約為60 mm的竹片垂直相交成“十字架”形式，用細(xì)鐵絲固定，然后再用木棍導(dǎo)入套管中，帶內(nèi)弧拱的竹片可起到封口的作用，具體操作步驟如圖3所示。

圖3 封口圖片制作過(guò)程示意

2.2.2 竹片預(yù)裝藥

鉆孔之后，根據(jù)孔深截取相應(yīng)長(zhǎng)度的竹片。采用Φ70 mm的鉆頭，2節(jié)炸藥并排放置（Φ64 mm），將其放在手中大致捏成圓形截面，直徑約為50 mm。然后再用2條竹片將捏好的炸藥夾住并用封箱帶固定。同時(shí)為了掌握竹片進(jìn)入礦體中的深度，用封箱膠布在竹片與見(jiàn)礦深度等長(zhǎng)處做上標(biāo)記。待所有鉆桿從鉆孔中拔出時(shí)，直接將事先制作好的竹片和炸藥一起推送入孔內(nèi)，在推送過(guò)程中如果遇到小石子可轉(zhuǎn)動(dòng)竹片方向或稍微退出一段距離后再繼續(xù)推送，直到裝藥到位或推不動(dòng)時(shí)停下，記錄數(shù)據(jù)。如果遇到巖性不好、塌孔等情況，采用單節(jié)藥卷進(jìn)行預(yù)裝藥，方法與上述相同，但免去了用手捏合的步驟，孔內(nèi)用“十”字竹片卡口，如圖4中所示。

圖4 竹片預(yù)裝藥

2.2.3 精細(xì)化爆破裝藥結(jié)構(gòu)

爆破裝藥結(jié)構(gòu)及工藝按以下原則設(shè)計(jì)。

（1）炸藥裝在礦體中，孔底端炸藥距礦體上盤邊界1.5 m，孔口端炸藥距礦體下盤邊界0.5～0.7 m。但是，當(dāng)下盤為堅(jiān)硬礦巖或者裝藥段長(zhǎng)度較短時(shí)，炸藥應(yīng)裝到爆破設(shè)計(jì)的下盤邊界位置。

（2）針對(duì)礦體破碎條件下，護(hù)孔塑料套管不能抽出的炮孔，炮孔實(shí)際裝藥孔徑大幅縮小，預(yù)計(jì)約Φ46 mm，原計(jì)劃在部分夾制性大、抵抗線大的炮孔位置采用2節(jié)炸藥并排裝藥，通過(guò)調(diào)節(jié)炸藥量的裝藥爆破方案無(wú)法實(shí)施，改為按單節(jié)Φ32 mm乳化炸藥連續(xù)裝藥。

（3）針對(duì)礦體穩(wěn)固條件下，護(hù)孔塑料套管能夠抽出的炮孔，孔內(nèi)設(shè)計(jì)裝藥長(zhǎng)度≥4 m時(shí)，按單、雙節(jié)Φ32 mm乳化炸藥交替的連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)裝藥；孔內(nèi)設(shè)計(jì)裝藥長(zhǎng)度＜4 m時(shí)，按雙節(jié)Φ32 mm乳化炸藥連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)裝藥（見(jiàn)圖5）。

圖5 裝藥結(jié)構(gòu)

（4）為保證裝藥的準(zhǔn)確性和高效性，設(shè)計(jì)采用將炸藥綁扎在竹片上，然后用炮棍人工裝藥的工藝。因?yàn)樵诒〉V脈中進(jìn)行中深孔爆破為精細(xì)化的爆破，裝藥要求高，若使用裝藥器裝藥，會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，影響上下盤圍巖穩(wěn)固，產(chǎn)生較大的貧化率，也會(huì)增加運(yùn)輸和選礦的成本。

（5）先按預(yù)估的爆破參數(shù)布置炮孔，每爆破4～6排孔后，再根據(jù)爆破效果適當(dāng)調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)（主要調(diào)整排距，其次再調(diào)整孔底距）。如果爆破效果好，則加大排距后再試驗(yàn) 4～6排孔；如果爆破效果較差，則減小排距后再試驗(yàn) 4～6排孔。調(diào)整排距后，還可以適當(dāng)調(diào)整孔底距，逐步獲得該礦開采技術(shù)條件下合理的孔網(wǎng)參數(shù)。

2.3 中深孔爆破網(wǎng)絡(luò)和出礦

根據(jù)研究，采用排間微差起爆的方式爆破。起爆系統(tǒng)采用1段1發(fā)導(dǎo)爆管雷管，起爆系統(tǒng)由導(dǎo)爆管激發(fā)器+電線+起爆針+前置安全導(dǎo)爆管+傳爆導(dǎo)爆管雷管組成。爆破工作按從下到上的方向進(jìn)行，單次爆破的炮孔排數(shù)為 4～6排。為了確保將炸藥引爆，支網(wǎng)絡(luò)為雙股導(dǎo)爆管，支網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在主網(wǎng)絡(luò)上。待裝藥和聯(lián)線工作完成之后，撤離人員和設(shè)備，設(shè)立好警界線，在爆破警戒信號(hào)取消前，禁止任何無(wú)關(guān)人員進(jìn)入該范圍內(nèi)，最后由專業(yè)爆破人員進(jìn)行起爆。

采場(chǎng)作業(yè)采取“強(qiáng)采強(qiáng)出”的制度，回采爆破后，待炮煙排除，解除安全隱患后，立即進(jìn)行出礦作業(yè)。

3 應(yīng)用效果

（1）中深孔脈外分段空?qǐng)龇軌蜉^好地適應(yīng)于該礦山的開采技術(shù)條件，666335采場(chǎng)的試驗(yàn)取得了良好的效果。

（2）使用中深孔爆破技術(shù)后，簡(jiǎn)化了工藝，降低了采礦直接成本，同時(shí)也提高了采礦生產(chǎn)能力和勞動(dòng)生產(chǎn)效率。采礦直接成本由62.29元/t降低至51.23元/t，比原指標(biāo)下降了17.76%；生產(chǎn)能力由60 t/d提升到了150 t/d，增加了150%。并且鑿巖工作在巷道內(nèi)進(jìn)行，作業(yè)安全性得到了很好的保障。

4 結(jié)論

（1）中深孔脈外分段空?qǐng)龇ㄟm用于急傾斜極薄到中厚，礦體不穩(wěn)固到極不穩(wěn)固、圍巖（蝕變帶）穩(wěn)固性不限，礦體和圍巖（蝕變帶）綜合后的礦體圍巖較穩(wěn)固的礦體。礦體直接圍巖（蝕變帶）穩(wěn)固性越高，越有利于降低圍巖（蝕變帶）混入造成的貧化，因此，圍巖穩(wěn)固性越好，效果越好。

（2）該法采用中深孔爆破工藝，鑿巖工作在脈外分段平巷內(nèi)完成，不進(jìn)入采場(chǎng)作業(yè)。分段鑿巖，階段（分段）出礦，“強(qiáng)采強(qiáng)出”，不存在后期大量放礦的問(wèn)題，生產(chǎn)效率高，采場(chǎng)回采周期短。

（3）根據(jù)勘探資料和鑿巖鉆孔記錄情況，圈定礦體邊界，爆破時(shí)只在礦體段進(jìn)行裝藥，以減少蝕變帶混入。

綜上所述，使用中深孔脈外分段空?qǐng)龇ㄩ_采不穩(wěn)固難采礦體，不但技術(shù)上可行，而且還可以提升生產(chǎn)能力，增加資源回采率，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。中深孔脈外分段空?qǐng)龇ㄔ诓环€(wěn)固薄礦脈開采中的應(yīng)用，為類似礦山的安全、高效開采積累了經(jīng)驗(yàn)，具有良好的推廣價(jià)值。