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(tuán)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(shí)驗(yàn)室， 河北 唐山市 063009)

0 引 言

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(jiān)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(tái)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(jìn)行擴(kuò)槽，形成礦體開采的自由面和補(bǔ)償空間，最后采用中深孔落礦進(jìn)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(jìn)而導(dǎo)致增加了采礦生產(chǎn)經(jīng)營成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益。

因此，針對(duì)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(kuò)槽方法，詳細(xì)論述該方法的實(shí)施方案，并在-120 m中段12-1#穿M 1礦房開展工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)礦石的損傷貧化、經(jīng)濟(jì)效益、采場(chǎng)爆破質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 扇形中深孔擴(kuò)槽

1.1 切割平巷位置的確定

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(jìn)行同排同段位，排間分段起爆方式進(jìn)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(jìn)行擴(kuò)槽，如圖1所示。

圖1 切割平巷位置的確定

1.2 拉槽孔孔網(wǎng)參數(shù)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(bǔ)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(bǔ)償空間)，根據(jù)驗(yàn)算，滿足補(bǔ)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(yàn)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(shí)，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(shí)，當(dāng)?shù)V石越堅(jiān)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(jiān)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(cuò)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?duì)各炮孔的長度和偏斜度進(jìn)行測(cè)試，炮孔布置如圖2所示。

1.2.8 爆破效果

按照上述論述計(jì)算拉槽孔形成的爆破參數(shù)，按照設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)施爆破，拉槽孔壁面較好，其成孔形狀完整，為下一步擴(kuò)槽提供了良好的作業(yè)條件。

圖2 垂直拉槽孔布置圖

1.3 扇形中深孔擴(kuò)槽

1.3.1 扇形擴(kuò)槽孔最小抵抗線的確定

為確保扇形擴(kuò)槽孔爆破效果良好，按式（1）并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，扇形擴(kuò)槽孔最小抵抗線取1.6 m。

1.3.2 扇形擴(kuò)槽孔孔底距的確定

扇形孔時(shí)，孔底密集系數(shù)為 0.9～1.5，以 1～1.3較多。為保證扇形擴(kuò)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(kuò)槽孔密集系數(shù)選取1.17。經(jīng)計(jì)算，扇形擴(kuò)槽孔孔底距a=1.6 m。

1.3.3 扇形擴(kuò)槽孔布置

扇形擴(kuò)槽孔布置方式如圖3所示。

圖3 扇形擴(kuò)槽孔布置方式圖

1.3.4 扇形中深孔擴(kuò)槽施工

（1）鉆鑿炮孔。采用鑿巖臺(tái)車按設(shè)計(jì)的擴(kuò)槽孔布置圖進(jìn)行炮孔鉆鑿，鑿巖時(shí)，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(shí)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(dòng)及巖層發(fā)生變化時(shí)引起的鉆進(jìn)偏斜，為保證首爆裝藥孔與空孔之間的平行度，各機(jī)臺(tái)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(gè)班完成。

（2）測(cè)孔。鉆孔清理要求鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，鉆頭停止鉆進(jìn)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(duì)炮孔進(jìn)行檢驗(yàn)，確?？咨罴般@孔角度、方位符合設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)行計(jì)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(jìn)行計(jì)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(diǎn)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(hào)(聲響和視覺信號(hào))使危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)人員都能清楚的聽到和看到。第一次信號(hào)—預(yù)告信號(hào)，所有與爆破無關(guān)的人員應(yīng)立即撤到危險(xiǎn)區(qū)以外，或指定的安全地帶。同時(shí)向危險(xiǎn)區(qū)邊界派出警戒人員。第二次信號(hào)—爆破信號(hào)。確認(rèn)人員設(shè)備全部撤離危險(xiǎn)區(qū)，具備安全起爆條件時(shí)，方準(zhǔn)發(fā)出起爆信號(hào)，根據(jù)這個(gè)信號(hào)準(zhǔn)許爆破員起爆。第三次信號(hào)—解除警戒信號(hào)。

2 應(yīng)用評(píng)價(jià)

在-120 m中段12-1#穿M 1礦房開展工業(yè)試驗(yàn)，通過爆破試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)出礦過程跟蹤表明，-120 m中段12-1#穿M 2基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)上盤礦石的回收工作。按礦體傾角平均60°計(jì)，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(jì)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(fèi)用，直接經(jīng)濟(jì)效益約40萬元。

3 結(jié) 論

方案設(shè)計(jì)和工業(yè)試驗(yàn)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(jìn)行擴(kuò)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。