李 勝 ,任慶偉,郭子林,杜英男,劉 偉
(1.華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院, 河北 唐山市 063009;2.河鋼集團礦業(yè)公司石人溝鐵礦, 河北 遵化市 064200;3.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全工程實驗室, 河北 唐山市 063009)
河鋼礦業(yè)石人溝鐵礦是我國大型露天轉(zhuǎn)地下開采的礦山。目前主要為地下開采。該礦屬于鐵硅質(zhì)沉積建造變質(zhì)鐵礦床,礦石自然類型為石英巖型磁鐵礦,礦體厚10~50 m,傾角為65°~75°,平均70°;圍巖為黑云角閃斜長片麻巖、含鐵斜長片麻巖、磁鐵石英巖及中基性巖脈,礦巖巖堅硬、穩(wěn)固性好。根據(jù)礦體的開采技術(shù)條件,礦山采用的采礦方法為分段鑿巖階段礦房嗣后充填采礦法[1]。該方法的分段高度15 m,巷道規(guī)格為4.5 m×3.8 m,鑿巖設(shè)備為阿特拉斯 1354,1254采礦臺車,并在靠近上盤形成切割天井,通過切割平巷向上鉆鑿垂直炮孔進行擴槽,形成礦體開采的自由面和補償空間,最后采用中深孔落礦進行采礦。然而,該方法的穿脈礦房切割平巷一般布置在上盤礦巖交界處,為了避免因在做直立切割槽過程中,產(chǎn)生上盤礦石的損失貧化,進而導(dǎo)致增加了采礦生產(chǎn)經(jīng)營成本,降低了經(jīng)濟效益。
因此,針對分段鑿巖階段礦房嗣后充填采礦法中切割槽的形成技術(shù)開展研究,提出扇形中深孔擴槽方法,詳細(xì)論述該方法的實施方案,并在-120 m中段12-1#穿M 1礦房開展工業(yè)試驗,對礦石的損傷貧化、經(jīng)濟效益、采場爆破質(zhì)量進行評價。
石人溝鐵礦采礦過程中,切割平巷一般布置在上盤礦巖各半處,拉槽孔布置在切割平巷內(nèi),孔網(wǎng)參數(shù)為孔距1.5 m,排距1.5 m。爆破采用半秒延期導(dǎo)爆管進行同排同段位,排間分段起爆方式進行拉直立切割槽,該位置的切割平巷造成上盤礦石的損失貧化嚴(yán)重。為了降低上盤礦石的損失貧化,礦山開展技術(shù)攻關(guān),提出將切割平巷布置在上盤礦體內(nèi),將拉槽布置在切割井以西的穿脈巷內(nèi),切割平巷內(nèi)布置扇形中深孔進行擴槽,如圖1所示。
圖1 切割平巷位置的確定
1.2.1 石人溝鐵礦工程地質(zhì)條件
礦、巖物理力學(xué)性質(zhì):礦石硬度:f=10~12;礦石體重:3.4 t/m3;巖石體重:2.8 t/m3;巖石硬度:f=6~10;礦石平均松散密度r=2.27 t/m3;巖石平均松散密度r=1.87 t/m3;碎漲系數(shù)為1.5。
1.2.2 垂直拉槽孔最小抵抗線的確定[2-3]
中深孔落礦的最小抵抗線W,一般為釬頭直徑d的23~30倍,孔底距為(0.85~1.2)W。因此,60 mm孔徑:W=1.38~1.8,孔底距a=1.173~2.16;64 mm孔徑:W=1.472~1.920,孔底距 a=1.25~2.3;76 mm孔徑:W=1.748~2.280,孔底距a=1.486~2.7。
石人溝鐵礦切割井爆破后規(guī)格為2.4 m×2.4 m,為確保拉槽孔爆破效果良好,并根據(jù)補償空間理論,拉槽孔最小抵抗線取1.5 m。2.4×2.4(切割井空間)+1.5×3(首排拉槽孔空間)>1.5×3×1.5(礦石碎漲所需補償空間),根據(jù)驗算,滿足補償空間理論要求。
1.2.3 密集系數(shù)[3-5]
密集系數(shù)的選取是根據(jù)經(jīng)驗來確定。通常,平行孔的密集系數(shù)為0.8~1.1,以0.9~1.1較多。扇形孔時,孔底密集系數(shù)為0.9~1.5,以1~1.3較多;孔口密集系數(shù)為 0.4~0.7。選取密集系數(shù)時,當(dāng)?shù)V石越堅固,要求的塊度越小,應(yīng)取小值;否則應(yīng)取大值。為保證拉槽孔爆破效果,降低拉槽孔爆破后塊度,減少礦石碎漲所占用的爆破空間,根據(jù)石人溝鐵礦工程地質(zhì)情況可知,該礦房選取密集系數(shù)為:
1.2.4 裝藥系數(shù)
一般取0.7~0.85,其依據(jù)為:
1.2.5 炸藥單耗
巖石堅固性系數(shù)=8~12,一次爆破單位巖石炸藥消耗量=0.5~0.8 kg/m3,二次爆破單位巖石炸藥消耗量所占比例=25~35,線裝藥密度為3.5 kg/m。
1.2.6 填塞長度
扇形深孔填塞長度一般在0.4~0.8W范圍內(nèi),相鄰孔深采用交錯不同的填塞長度,以免孔口附近炸藥過分集中的狀況。
1.2.7 垂直拉槽孔布置
拉槽布置在切割井以西的穿脈巷內(nèi),炮孔為垂直向上,各炮孔長度均以上盤為邊界,鉆鑿?fù)曛髮Ω髋诳椎拈L度和偏斜度進行測試,炮孔布置如圖2所示。
1.2.8 爆破效果
按照上述論述計算拉槽孔形成的爆破參數(shù),按照設(shè)計參數(shù)實施爆破,拉槽孔壁面較好,其成孔形狀完整,為下一步擴槽提供了良好的作業(yè)條件。
圖2 垂直拉槽孔布置圖
1.3.1 扇形擴槽孔最小抵抗線的確定
為確保扇形擴槽孔爆破效果良好,按式(1)并根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,扇形擴槽孔最小抵抗線取1.6 m。
1.3.2 扇形擴槽孔孔底距的確定
扇形孔時,孔底密集系數(shù)為 0.9~1.5,以 1~1.3較多。為保證扇形擴槽孔爆破效果,降低爆破塊度,減少礦石碎漲所占用的爆破空間,該礦房扇形擴槽孔密集系數(shù)選取1.17。經(jīng)計算,扇形擴槽孔孔底距a=1.6 m。
1.3.3 扇形擴槽孔布置
扇形擴槽孔布置方式如圖3所示。
圖3 扇形擴槽孔布置方式圖
1.3.4 扇形中深孔擴槽施工
(1)鉆鑿炮孔。采用鑿巖臺車按設(shè)計的擴槽孔布置圖進行炮孔鉆鑿,鑿巖時,上下頂尖必須支穩(wěn),立鉆必須嚴(yán)格校正,避免初始誤差;要切實做到開孔準(zhǔn)確,慢慢將開孔處的巖面鑿平,以防剛開孔就使鉆桿產(chǎn)生偏斜;采用導(dǎo)向以減小鉆桿擺動及巖層發(fā)生變化時引起的鉆進偏斜,為保證首爆裝藥孔與空孔之間的平行度,各機臺在切割井施工過程中掏槽孔必須由指定人員單班完成,其余孔由下個班完成。
(2)測孔。鉆孔清理要求鉆進達到設(shè)計孔深后,鉆頭停止鉆進穩(wěn)鉆1~2 m in,然后方可推出鉆桿、鉆頭。并用高壓空氣(風(fēng)壓 0.2~0.4 MPa)將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外,以免影響裝藥質(zhì)量。清理結(jié)束后,對炮孔進行檢驗,確保孔深及鉆孔角度、方位符合設(shè)計要求。
(3)裝藥爆破。該次爆破單排負(fù)擔(dān)面積為
237.7 m2,單排進尺為272.2 m;單排崩礦量為1455 t。以目前孔口留2 m不裝藥、線裝藥密度3.5 kg/m進行計算:裝藥量為847.7 kg;單耗:為0.58 kg/t;以裝藥系數(shù)0.7、線裝藥密度3.5 kg/m進行計算。所有炮孔裝散裝銨油炸藥,孔內(nèi)全長鋪設(shè)導(dǎo)爆索。裝藥前必須先檢查好所有爆破地點有關(guān)通路或出入口,并在所有的通道口懸掛爆破警戒標(biāo)志和指派專人警戒,但在回風(fēng)口只許使用警戒標(biāo)志,不得派人警戒;爆破中必須發(fā)出明顯的信號(聲響和視覺信號)使危險區(qū)內(nèi)人員都能清楚的聽到和看到。第一次信號—預(yù)告信號,所有與爆破無關(guān)的人員應(yīng)立即撤到危險區(qū)以外,或指定的安全地帶。同時向危險區(qū)邊界派出警戒人員。第二次信號—爆破信號。確認(rèn)人員設(shè)備全部撤離危險區(qū),具備安全起爆條件時,方準(zhǔn)發(fā)出起爆信號,根據(jù)這個信號準(zhǔn)許爆破員起爆。第三次信號—解除警戒信號。
在-120 m中段12-1#穿M 1礦房開展工業(yè)試驗,通過爆破試驗及現(xiàn)場出礦過程跟蹤表明,-120 m中段12-1#穿M 2基本實現(xiàn)了對上盤礦石的回收工作。按礦體傾角平均60°計,單一分層可以減少約1000 t礦石的損失,降低約1000 t巖石的混入。
根據(jù)石人溝鐵礦年度生產(chǎn)計劃安排,全年可減少3萬t礦石的損失和3萬t巖石的排巖費用,直接經(jīng)濟效益約40萬元。
方案設(shè)計和工業(yè)試驗證明,將切割平巷布置在上盤礦體內(nèi),拉槽布置在切割井以西的穿脈巷內(nèi),切割平巷內(nèi)布置扇形中深孔進行擴槽,有效避免了穿脈礦房上盤巖石的混入,最大程度的回收了上盤礦石,降低了礦石損失提高了礦石質(zhì)量,降低了生產(chǎn)經(jīng)營成本。