武永平，辛利民，2，張旭俊

(1.中鋁山西分公司孝義鋁礦， 山西孝義市 032303;2.北京科技大學(xué)， 北京 100083)

山西式鋁土礦共生大量粘土礦、鐵礦、奧陶系灰?guī)r，具有重要開發(fā)利用價(jià)值。研究表明，孝義鋁礦區(qū)域內(nèi)的灰?guī)r具有高鈣、少硅等特點(diǎn)，是生產(chǎn)石灰的重要原料，石灰是氧化鋁、煉鋼生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)的重要輔料。

孝義鋁礦長期以來重視鋁土礦主礦體和共生粘土礦、鐵礦的開發(fā)利用，但很少涉及底板奧陶系灰?guī)r的開發(fā)利用。受采礦證開采范圍、排土場空間限制，以及認(rèn)識(shí)不足，礦山在實(shí)際開采過程中，開采鋁土礦遺留的采空區(qū)被廢渣(土)回填，導(dǎo)致奧陶系灰?guī)r層被遺棄，無法進(jìn)行二次開發(fā)利用。因此，開展孝義鋁礦底板奧陶系灰?guī)r的開發(fā)利用研究，具有十分重要的意義。

1 試驗(yàn)區(qū)選擇

試驗(yàn)選擇在孝義鋁礦西河底礦區(qū)北采西幫，試驗(yàn)區(qū)底板標(biāo)高為1166 m，頂板標(biāo)高為1174 m，臺(tái)階高度為8 m，坡面角為72.6°。經(jīng)過計(jì)算，試驗(yàn)區(qū)面積約為2000 m2，灰?guī)r總體積為8886 m3，礦石量為30212.4 t。試驗(yàn)區(qū)開采設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 爆破漏斗試驗(yàn)

通過爆破漏斗試驗(yàn)，可了解孝義鋁礦奧陶系灰?guī)r的可爆破性能及相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)開采提供技術(shù)參數(shù)。

穿孔設(shè)備為D100YZ2型履帶式潛孔鉆機(jī)，鉆桿標(biāo)準(zhǔn)桿4.1 m/根，風(fēng)壓機(jī)為螺桿式空氣壓縮機(jī)。爆破鉆孔徑為100 mm，孔深為4.0 m，采用硝胺炸藥，用乳化炸藥起爆，線裝藥密度為6 kg/m，每個(gè)炮孔裝藥為10 kg，用鉆孔排出的廢渣及黃土堵塞炮孔。

圖1 試驗(yàn)區(qū)開采設(shè)計(jì)

爆破漏斗試驗(yàn)位置及炮孔裝藥如圖2所示。共進(jìn)行了3個(gè)爆破漏斗試驗(yàn)，孔間距分別為10.8，12.7，11.8 m，起爆方式為單獨(dú)起爆，相互之間段位差7段，確保相互間不發(fā)生干擾。爆破后，1#孔爆破效果如圖3所示。

圖2 炮孔位置及裝藥示意

經(jīng)過現(xiàn)場測量，1#、2#、3#炮孔的地表擴(kuò)散半徑如表1所示。

圖3 1#爆破漏斗實(shí)景

表1 各爆孔參數(shù)

經(jīng)計(jì)算，爆破作用指數(shù)n分別為:鐵鋁巖0.93，奧陶系灰?guī)r平均為0.75。

3 奧陶系灰?guī)r爆破控制技術(shù)

通過爆破控制試驗(yàn)，研究奧陶系灰?guī)r爆破開采的工藝技術(shù)參數(shù)，爆破網(wǎng)絡(luò)、布孔方式、起爆方式、充填長度、炸藥單耗、排間微差段位等相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)規(guī)?；_采奠定基礎(chǔ)。

采用松動(dòng)爆破方式，孔內(nèi)毫秒微差起爆。炮孔布置如圖4所示。

圖4 炮孔布置

本次爆破試驗(yàn)孔數(shù)為24個(gè)。孔徑為100 mm，孔深為8.4 m左右，孔間距為4 m，排間距為4 m，臨近邊坡的最小抵抗線為5～7 m。

炮孔線裝藥密度為6.0 kg/m，平均每孔炸藥量為36 kg，共消耗炸藥840 kg;炮孔充填高度為2.0～2.2 m，充填物為鑿巖廢渣及黃土。

孔內(nèi)為非靜電導(dǎo)爆管雷管，外部采用電雷管連線起爆。各孔孔網(wǎng)參數(shù)如表2所示。為了減少爆破對(duì)周邊村莊以及邊坡的影響，采用單孔逐個(gè)起爆。爆破后形成的爆堆如圖5所示。

圖5 爆堆實(shí)景

表2 爆破試驗(yàn)孔網(wǎng)參數(shù)

結(jié)果表明，爆破效果較好，破碎灰?guī)r的塊度適中，松動(dòng)性良好，爆堆集中，和周邊圍巖沒有發(fā)生混雜現(xiàn)象，為下一步反鏟挖機(jī)高效裝載創(chuàng)造了條件。

試驗(yàn)采用的布孔方式，起爆方式、充填長度、炸藥單耗、排間微差段位等相關(guān)參數(shù)適中。

經(jīng)測算，爆破成本約為2.4 ～3.0 元/t。

4 爆破后灰?guī)r成分分析

按照規(guī)范要求，對(duì)爆破后12個(gè)樣本進(jìn)行粗破、中破、細(xì)破，最后制成200目左右的樣本。同時(shí)，按照等質(zhì)量比，將12個(gè)樣本混合，制成一個(gè)混合樣。

在華南理大學(xué)國家分析測試中心對(duì)樣本進(jìn)行成分分析，儀器為Axios PW4400 X射線熒光光譜儀，分析結(jié)果如圖6所示。

圖6 各樣本成分分析結(jié)果

分析結(jié)果表明，西河底礦區(qū)底板奧陶系灰?guī)r的CaCO3含量高，普遍達(dá)到92%以上，內(nèi)含雜質(zhì)少，其中SiO2的含量不足1%。12個(gè)樣本的等質(zhì)量混合樣品的CaCO3含量也達(dá)到了96.33%，說明分析的結(jié)果可信度高。

5 結(jié)論

(1)山西式鋁土礦共生大量粘土礦、鐵礦、奧陶系灰?guī)r，這些共(伴)生資源具有很高的開發(fā)利用價(jià)值。

(2)爆破漏斗試驗(yàn)表明，奧陶系灰?guī)r的平均爆破作用指數(shù)n為0.75，可爆性好。

(3)爆破結(jié)果表明，試驗(yàn)采用的布孔方式，起爆方式、充填長度、炸藥單耗、排間微差段位等相關(guān)參數(shù)適中。爆破成本約為2.4～3.0元/t。

(4)成分分析結(jié)果揭示，奧陶系灰?guī)r的CaCO3含量普遍達(dá)到92%以上，SiO2的含量不足1%，表明孝義鋁礦奧陶系灰?guī)r具有高鈣、低硅等特點(diǎn)。