礦山爆破誘導(dǎo)采礦研究與實(shí)踐

衣福強(qiáng)，孫曉剛，程春宏，于明淵，吳品奇，邱景平

（1.遼寧撫順罕王傲牛礦業(yè)股份有限公司，遼寧 撫順 113000；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 118019）

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

傲牛礦位于遼寧省東北部，礦區(qū)屬于遼寧東北部丘陵山區(qū)，屬長白山支脈吉林龍崗山向西南之延續(xù)部分，海拔在300m～500m之間，礦區(qū)大地構(gòu)造位于華北地臺北緣東段，遼東臺隆，鐵嶺-靖宇臺拱三級構(gòu)造單元范圍之內(nèi)，渾河深大斷裂南側(cè)[1]。礦區(qū)內(nèi)所見地層除太古界鞍山群通什村組之外，僅在河谷凹地分布有第四系堆積物，地層比較單一。太古界鞍山群通什村組是礦區(qū)主要的含礦層，巖性主要為黑云斜長片麻巖、斜長黑云片麻巖；混合質(zhì)黑云斜長變粒巖、黑云角閃變粒巖、角閃變粒巖夾部分斜長角閃巖。

1.2 開采現(xiàn)狀

礦區(qū)采用平硐--斜坡道開拓，設(shè)專用進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井，形成側(cè)翼對角式通風(fēng)系統(tǒng)。采礦方法為淺孔留礦法和分段鑿巖階段礦房法。礦塊沿走向布置，設(shè)計(jì)階段高度為50m，礦塊長60m，采場寬度為礦體厚度，頂柱高度6m，間柱寬度12m，采用無底部結(jié)構(gòu)的平底式出礦方式，出礦穿間距10m。采用YGZ-90型外回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)在分段鑿巖平巷中施工上向扇形中深孔，最小抵抗線取1.5m，孔底距為2m，全部炮孔鑿?fù)旰?，每次爆?～3排炮孔，采用φ50×400特制藥卷，相鄰炮孔間匹配裝藥，采用毫秒非電導(dǎo)爆管分段微差爆破[2]。上下分段保持垂直工作面或上分段超前一排炮空，以保證分段爆破作業(yè)的安全。采場出礦在出礦巷內(nèi)進(jìn)行，爆破下的礦石，靠自重溜至出礦穿內(nèi)，采用國產(chǎn)2m3鏟運(yùn)機(jī)出礦，將礦石運(yùn)至坑內(nèi)20t卡車中，運(yùn)至地面料場。308-1-1采場位于265中段131線至130線之間，屬于礦體，如圖1所示。該范圍礦體距離小北溝露天坑較近，礦體破碎，且屬于礦體尖滅帶，在+300m標(biāo)高尖滅，但上部覆巖層非常堅(jiān)固穩(wěn)定，厚度30m以上。

圖1 礦體平面圖

2 爆破誘導(dǎo)崩落采礦法采礦實(shí)踐

基于礦體所在采場的開采條件，經(jīng)礦方工程技術(shù)人員和東北大學(xué)多次現(xiàn)場勘查共同研究，并在建模、力學(xué)分析確認(rèn)安全的基礎(chǔ)上，決定對該采場進(jìn)行開采，具體開采實(shí)踐步驟如下：

（1）在265中段設(shè)計(jì)掘進(jìn)3條沿脈巷道，邊部掘一切割巷道，上盤掘切割井26m，不設(shè)分層巷道，巷道平面圖如圖2所示。

圖2 巷道平面圖

（2）利用YGZ-90鉆機(jī)間隔10m施工3個(gè)垂直鉆孔探明采場礦石高度及礦巖分界線。

（3）施工3條沿脈巷后在第一、第三條沿脈施工扇行排面炮孔（第二條沿脈做為受礦和輔助出礦巷道不施工中深孔），及時(shí)跟進(jìn)中深孔，排距1.5m，因礦體破碎，中深孔在施工后若不立即進(jìn)行裝藥就會(huì)出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象。因此每次施工兩排炮孔后對前排炮孔立即裝藥，后排炮孔作為崩落輔助孔。采場設(shè)有人行井和切割井，切割井位于礦體上盤。爆破落礦方式為中深孔間隔落礦[3]。該采場共計(jì)施工25排炮孔（平均長度38m、寬30m、高30m），間隔施工，每兩排為一個(gè)爆破周期，輔助排炮孔不裝藥，泡孔平面圖如圖3所示。向炮孔裝藥，炸藥為乳化炸藥，炮孔盡可能裝滿；采場進(jìn)行爆破。切割槽爆破后在第一條沿脈第一排炮孔裝藥爆破，二排輔助相當(dāng)于預(yù)裂自由面炮孔，留痕率在70%左右，對邊幫破壞較小，保證出礦和YGZ-90鉆施工安全。

圖3 采場炮孔施工圖

（4）因礦體節(jié)理、層理較發(fā)育，爆破后礦石較破碎，通風(fēng)結(jié)束安全確認(rèn)后，立即出礦，同時(shí)在第三條沿脈施工兩排同樣中深孔，第三條沿脈爆破出礦同時(shí)進(jìn)行第一條沿脈鉆孔爆破及出礦作業(yè)。待第一次兩條沿脈都爆破出礦結(jié)束后觀察，頂板礦石因空頂面積較小沒有崩落。按照原有的施工順序繼續(xù)循環(huán)施工，當(dāng)?shù)谌龡l沿脈爆破后進(jìn)行觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)空區(qū)上覆礦石開始崩落，馬上停止出礦撤人。安全、技術(shù)人員在第一條沿脈開口處觀察空區(qū)礦石崩落情況。礦石塊度較均勻，開始崩落速度較慢不連續(xù)，一小時(shí)后出現(xiàn)10分鐘左右的大量崩落，瞬間將一、二條沿脈采空區(qū)側(cè)瞬間充滿，之后開始間隔式崩落，聽聲音判斷礦量較小，待4小時(shí)后基本穩(wěn)定，偶爾有一兩塊落礦。此時(shí)開始出第三條沿脈礦石，依次出第二條、第一條沿脈礦石。待出礦結(jié)束后在沿脈采空區(qū)側(cè)觀察，沿切割槽方向留有小部分傘檐外其它部分基本到頂板，因空區(qū)較危險(xiǎn)無法進(jìn)人觀察，于是利用三維激光掃描儀進(jìn)行空區(qū)測量，測得采場空區(qū)高度30m，靠近沿脈側(cè)下部較完整，頂部大部分留有傘檐局部有不連續(xù)現(xiàn)象，整體與切割槽傘檐呈鍋底形，接近于自然拱形。達(dá)到預(yù)期回采效果，如圖4所示。按原來施工順序及炮孔設(shè)計(jì)繼續(xù)進(jìn)行鉆孔誘導(dǎo)爆破作業(yè)，觀察發(fā)現(xiàn)每次單條沿脈爆破后，上覆礦體都在爆破震動(dòng)和自身重力作用下開始沿節(jié)理和輔助炮孔排面陸續(xù)向上崩落，直至頂板，靠沿脈側(cè)始終留有傘檐，頂板非常穩(wěn)定，基本沒變化。依次各沿脈作業(yè)均達(dá)到此效果，當(dāng)?shù)谝粭l沿脈距設(shè)計(jì)安全礦柱剩余3m時(shí)，停止作業(yè)礦石暫時(shí)不出，第二條沿脈也停止出礦，確保第三條沿脈施工時(shí)頂板穩(wěn)定。待第三條沿脈采到設(shè)計(jì)安全礦柱邊緣后，開始由遙控鏟裝機(jī)對采空區(qū)內(nèi)的存隆礦石進(jìn)行遙控出礦，出礦結(jié)束后，開始第二條沿脈出礦，出空后再由遙控鏟裝機(jī)進(jìn)入空區(qū)出礦。出完后進(jìn)行第一條沿脈的最后一次鉆孔爆破作業(yè)。當(dāng)遙控鏟裝機(jī)將空區(qū)存隆礦量出完后，在對采場進(jìn)行觀察并使用三維激光掃描儀進(jìn)行空區(qū)成像測量，發(fā)現(xiàn)上覆礦石全部崩落，空區(qū)內(nèi)頂板穩(wěn)定，切割槽頂部傘檐大部分脫落，偶爾有懸礦未崩落，切割槽幫與頂板夾角近垂直，安全礦柱側(cè)大部分留有少量傘檐。

圖4 采場爆破后采空區(qū)三維掃描成像圖

3 結(jié)論

針對傲牛礦的破碎礦體開采難題，通過現(xiàn)場采礦實(shí)踐，得出以下結(jié)論：

（1）鑒于傲牛礦礦體開采難度大的問題，提出了爆破誘導(dǎo)破碎礦體崩落采礦方案。

（2）應(yīng)用爆破誘導(dǎo)崩落法，解決了因破碎礦體導(dǎo)致的安全隱患問題。

（3）爆破誘導(dǎo)崩落法在傲牛礦的實(shí)施，提高了礦石回采率，實(shí)用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益好，為同類礦體開采提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。