貴州遵義長溝錳礦長壁采礦法高效爆破研究

邱宏偉

(貴州遵義匯興鐵合金有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563000)

0 前 言

貴州遵義長溝錳礦在進(jìn)行長壁采礦方法試驗(yàn)時(shí)，原有的爆破落礦方式對(duì)單體支柱造成局部傷害，效率較低，嚴(yán)重影響了長壁采礦方法試驗(yàn)的推進(jìn)。針對(duì)此種情況提出安全高效爆破落礦的要求：①工作安全；②在研究范圍內(nèi)崩礦安全，而對(duì)其外部破壞最小；③礦石破碎塊度均勻，盡量減少需要二次破碎的大塊；④滿足礦塊生產(chǎn)能力的要求；⑤落礦費(fèi)用最低[1-4]。

1 錳礦礦體和頂?shù)装迩闆r

老頂為深灰到灰色中厚層狀生物碎屑硅質(zhì)石灰?guī)r，巖性堅(jiān)硬，節(jié)理、裂隙一般不發(fā)育，穩(wěn)定性好，硬度系數(shù)f為15～16，厚度10～15 m。

直接頂為深灰色到灰白色黏土頁巖，節(jié)理、裂隙發(fā)育，極不穩(wěn)定，直接影響采場暴露面的大小，硬度系數(shù)f為4～5，體重2.60 t/m3，厚度0～2.00 m。直接頂是采場回采的重大安全隱患，一般不允許暴露，若采場回采時(shí)不慎暴露，必須采取防冒頂?shù)陌踩胧?/p>

偽頂為深灰色長石粉砂質(zhì)泥巖含菱鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，部分含錳質(zhì)，在底部常見黏土巖斑塊及扁平礫石，不穩(wěn)定，厚度0.11～1.85 m，平均厚度0.50 m。偽頂暴露時(shí)易于和直接頂一起冒落。

直接底為灰色到灰綠色黏土頁巖，含細(xì)粒狀黃鐵礦，具微細(xì)層理，硬度系數(shù)f為4～5，體重2.60 t/m3，厚度0～2.00 m。直接底易混入造成礦石貧化。

老底為深灰色、灰黑色、黑色薄層至中厚層狀含炭硅質(zhì)石灰?guī)r、間夾薄層硅質(zhì)巖。

礦層中氧化錳礦石較疏松，碳酸錳礦石較堅(jiān)硬，一般下部致密堅(jiān)硬，力學(xué)性質(zhì)良好，中、上部力學(xué)性質(zhì)較差。測試礦石極限抗壓強(qiáng)度為41.32～164.15 kg/cm2，變化較大極限抗剪強(qiáng)度為7.03～62.14 kg/cm2，變化較大，力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，不同地段穩(wěn)固性差異較大。礦、巖主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 礦、巖主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

2 爆破方式研究

長溝錳礦礦石為堅(jiān)硬礦石，鑿巖爆破方法為首選的落礦方法。錳礦礦體強(qiáng)度比頂板高，頂板巖石穩(wěn)定性較差，為了保證采礦工作面頂板的穩(wěn)定性，選用留垛分段，全工作面一次鉆眼，多個(gè)分段順序微差爆破方法爆破落礦。工作面斜長49 m，分段斜長10 m，間隔垛斜長3 m，可以分為 4個(gè)爆破段。留垛分段方法見圖1。

圖1 留垛分段全面轉(zhuǎn)眼微差爆破示意

2.1 采用留垛分段控制頂板的爆破工藝

1)沿著工作面(偽)傾向，由下向上，把工作面斜長分成 01至 04 4個(gè)爆破分段，并一次鉆完全部炮眼。

2)按照采礦工藝需要，首先，對(duì)4個(gè)分段進(jìn)行裝藥連線，按照由下向上順序微差爆破4個(gè)分段，進(jìn)行第一次“裝、運(yùn)、支、處”作業(yè)。

3)再對(duì)3個(gè)隔離垛進(jìn)行裝藥連線，同時(shí)起爆，爆破 3個(gè)隔離垛，進(jìn)行第二次“裝、運(yùn)、支、處”作業(yè)，完成一個(gè)采礦循環(huán)。

4)開始第二個(gè)采礦循環(huán)，周而復(fù)始。一個(gè)分段和隔離垛的爆破研究原始條件見表2。

表2 爆破原始條件

研究采用淺孔落礦的方法，采用YT-28型鑿巖機(jī)打孔，炮孔直徑30～46 mm，孔深一般約2 m。

爆破采用乳化炸藥，非電雷管起爆。乳化炸藥是指乳化技術(shù)制備的油包水(W/O)型礦用抗水炸藥。它以氧化劑過飽和水溶液的微滴為分散相，懸浮在含有小氣泡或空心微球或多孔性材料的油類物質(zhì)構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型乳化體系。導(dǎo)爆管雷管為非電毫秒雷管，用塑料導(dǎo)爆管引爆。導(dǎo)爆雷管在網(wǎng)路中又稱為起爆元件或末端工作元件，它可以直接引爆炸藥，導(dǎo)爆索或引爆下一級(jí)導(dǎo)爆管。

2.2 毫秒爆破

毫秒爆破又稱微差爆破或毫秒微差爆破，是利用毫秒雷管或其他毫秒延期引爆裝置，將同一網(wǎng)路的裝藥分組，以毫秒級(jí)的時(shí)間間隔進(jìn)行順序起爆的方法。毫秒爆破中鄰近兩段裝藥的起爆間隔時(shí)間很短，有著復(fù)雜的相互作用，在改善爆破效果和降低爆破危險(xiǎn)方面可歸納出以下幾點(diǎn)：

1)提高了炸藥能力的利用率，增強(qiáng)破碎作用，降低了大塊率。

2)減少了拋擲作用，并將空氣沖擊波和個(gè)別飛石變成了有用功，而且爆堆集中，能提高裝巖效率。

3)在時(shí)間上和空間上分散了爆破地震效應(yīng)，提高了爆破工程能力或降低了對(duì)環(huán)境的影響。

4)實(shí)現(xiàn)了全斷面一次爆破，縮短了爆破作業(yè)時(shí)間，提高掘進(jìn)速度，并利于工人健康。

3 爆破參數(shù)研究

以第一分段和隔離垛的爆破工作進(jìn)行爆破參數(shù)研究，其他3個(gè)分段和隔離垛相同。循環(huán)進(jìn)尺(炮眼深度)為2排柱距，即1.6 m。

分段斜長10 m，隔離垛斜長3 m。按照礦石條件選取合理的炮眼間排距：a為100 cm，b為60～110 cm。根據(jù)間排距，在礦體內(nèi)布置合理排的炮眼。當(dāng)?shù)V體厚度為200 cm時(shí)，布置2排炮眼。當(dāng)?shù)V體厚為300 cm時(shí)，采用3排炮眼布置。

當(dāng)為2排炮眼時(shí)，首先起爆上排炮眼，創(chuàng)造第二自由面，再起爆下排炮眼。上排炮眼有掏槽作用，因此布置成與工作面水平交角約60°。上下排炮眼的微差起爆，使下排炮眼對(duì)上排爆破礦石有進(jìn)一步破碎和拋擲作用，增強(qiáng)爆破效果。

當(dāng)為3排炮眼時(shí)，首先起爆中間排(腰)炮眼，創(chuàng)造第二自由面，再起爆上、下排炮眼。中間排炮眼有掏槽作用，因此布置成與礦體層面平行，與工作面交角約60°。

隔離垛分2段起爆，隔離垛內(nèi)爆破炮眼均垂直于工作面。技術(shù)關(guān)鍵：①嚴(yán)格炮眼深度、角度；②炮孔裝藥后一定要堵塞炮泥。一個(gè)分段和隔離垛的爆破參數(shù)見表3(礦體厚2 m)、表4(礦體厚3 m)。

表3 礦體厚度為2 m時(shí)的爆破參數(shù)

表4 礦體厚度為3 m時(shí)的爆破參數(shù)

4 爆破炮眼布置研究

第一分段和隔離垛爆破炮眼布置見圖2(礦體厚2 m)和圖3(礦體厚3 m)，爆破網(wǎng)絡(luò)連接見圖4。

圖2 礦體厚2 m時(shí)炮眼布置

圖3 礦體厚3 m時(shí)炮眼布置

圖4 分段爆破連線網(wǎng)絡(luò)(a) 和隔離垛爆破連線網(wǎng)絡(luò)(b)

5 爆破效果分析

通過實(shí)施，爆破效果見表5(礦體厚2 m)和表6(礦體厚3 m)。

表5 礦體厚2 m時(shí)預(yù)期的爆破效果

表6 礦體厚3 m時(shí)預(yù)期的爆破效果

6 結(jié) 論

采用留垛分段控制頂板的爆破工藝，解決了全斷面不留垛爆破所帶來的爆堆體積過大對(duì)單體支柱的傷害及礦石采場搬運(yùn)堵塞的問題；炮眼布置的改變及爆破順序的控制減少了拋擲作用對(duì)單體支柱的沖擊，提高了炸藥能力的利用率，增強(qiáng)了破碎作用，降低了大塊率。實(shí)踐證明，采用新的爆破方式較原爆破方式，工作面推進(jìn)由原來兩天一循環(huán)提高到一天一循環(huán)，大大提高了回采效率，爆破成本明顯降低。