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        聚能光面爆破在九仗溝金礦的應用

        2019-12-23 11:49:08李施慶曲偉勛宋恩祥張亞鵬于曙華
        采礦技術 2019年6期
        關鍵詞:嵩縣光面切縫

        李施慶,黎 林,曲偉勛,宋恩祥,張亞鵬,于曙華

        聚能光面爆破在九仗溝金礦的應用

        李施慶1,黎 林2,曲偉勛1,宋恩祥1,張亞鵬1,于曙華1

        (1.嵩縣山金礦業(yè)有限公司,河南 嵩縣 471400;2.中國礦業(yè)大學(北京) 資源與安全工程學院,北京 100083)

        針對九仗溝金礦破碎帶內采場爆破后松石多、炸藥利用率低等問題,改善原有爆破方式,開展聚能光面爆破技術研究。根據(jù)光面爆破的特點與機理,確定光面爆破參數(shù),采用聚能管對采場頂板進行定向控制爆破,并進行現(xiàn)場工業(yè)性試驗。結果表明,爆破后采場頂板及兩幫較為平整,炮孔孔壁清晰可見,且降低了采礦損失率和貧化率,提高了經濟效益,滿足了礦山安全、高效開采的需求。

        光面爆破;聚能管;爆破參數(shù);九仗溝金礦

        0 引 言

        光面爆破技術在巖巷掘進中有廣泛的應用,但巖層節(jié)理裂隙較發(fā)育時,光面爆破對圍巖損傷較大,爆破后頂板破碎、松石較多,不能形成光滑平整的開挖面,從而不利于采場圍巖的長期穩(wěn)定[1]。因此,需對傳統(tǒng)的光面爆破進行研究和改進,利用聚能管改變開采斷面頂孔裝藥結構,控制爆破方向,從而獲得較好的爆破效果[2],具有很大的必 要性。

        在光面爆破改善方面,國內許多學者做出了具有重要意義的研究。郭東明[3]等針對凡口礦難采礦體運用聚能管對采場頂板進行控制爆破,試驗取得較好的效果。許鵬[4]等對光面爆破和聚能管裝藥控制爆破技術進行了對比研究,結果表明:采用聚能管裝藥比普通光面爆破更加有利于輪廓線上巖石的破碎。牟延波[5]等針對烏蘭礦采場爆破過程中存在大塊率高等問題,不斷優(yōu)化中深孔爆破參數(shù),得出適合該礦山的最優(yōu)爆破參數(shù)。

        針對嵩縣山金九仗溝金礦180 m水平中段1686七分層采場爆破后松石碎石多、炸藥利用率低等問題,基于光面爆破的機理,優(yōu)化原爆破參數(shù);開展工業(yè)試驗,運用聚能管對采場頂板進行定向爆破,以爆破效果和經濟效益分析方案的可行性。

        1 工程概況

        嵩縣山金礦業(yè)有限公司九仗溝礦區(qū)內的礦體為構造蝕變巖型金礦床,其主要賦存于M1構造蝕變破碎帶中,并嚴格受到構造破碎帶控制,礦區(qū)內主要有Ⅰ號和Ⅱ號礦體,礦體呈脈狀產出,圍巖主要為流紋巖和英安巖[6]。礦區(qū)內礦巖均較為堅硬,= 9~12,但局部礦體頂板較為破碎,構造節(jié)理裂隙發(fā)育。本次試驗現(xiàn)場為180 m水平中段1686七分層采場,該采場設計礦房寬度為6 m(原為4 m),高3.5 m。該采場上盤發(fā)育有斷層泥,局部受構造應力作用呈粒狀,泥狀,巖石破碎,完整性差,遇水易垮落。上盤圍巖為蝕變碎裂巖構造帶,蝕變碎裂巖具有硅化,高嶺土化,輕微黃鐵礦化等蝕變。礦體巖性為構造角礫巖,角礫狀結構,塊狀構造,礦化以硅化、黃鐵礦化為主。礦體下盤為石英斑巖,見有硅化、黃鐵礦化、鉀變等蝕變,局部礦化較強。在現(xiàn)場施工中,工人按照經驗對裝藥量、炮孔布置等參數(shù)進行處理,沒有一套完整可靠的爆破參數(shù),炸藥利用率低,成本高。爆破對破碎頂板擾動較大,降低了其穩(wěn)定性,爆破后頂板碎石松石多,安全性差,限制了采場跨度的增大,效率低。且爆破后頂板面參差不齊,在回采上分層時容易出現(xiàn)漏礦,降低了回采率。因此,需要結合現(xiàn)場實際,對爆破方式和參數(shù)進行研究。

        2 方案設計

        2.1 聚能管控制爆破機理

        采用聚能管控制爆破技術,實現(xiàn)頂部周邊定向斷裂控制。聚能管爆破實質是利用切縫來控制爆炸

        能量的分布,沿切縫方向產生能量集中,而相應減少其他方向的爆炸作用,以達到控制目標巖體開裂方向的目的?,F(xiàn)場經驗證明,切縫的寬度一般選擇3~5 mm,聚能管長度一般取炮孔長度的60%~70%效果較好,其裝藥結構如圖1所示。

        圖1 聚能管結構

        與傳統(tǒng)的光面爆破不同,炮孔多了一層切縫外殼,并且聚能切縫管有一定的厚度和強度,對爆炸時產生高能密度有一定的抑制作用,使得能量更好地向無約束的地方作用,有利于定向斷裂控制爆破效果。炮孔附近巖體在壓力突變處的斷裂破壞是炮孔孔壁開裂的關鍵所在。一般可能發(fā)生兩種不同的破壞模式:一是因環(huán)向拉應力導致的拉斷破壞,二是因孔壁壓力差形成的徑向剪應力而造成的剪斷破壞[7],如圖2所示。

        圖2 聚能切縫管爆破原理

        2.2 楔形掏槽

        根據(jù)嵩縣山金九仗溝金礦生產進度要求,采場頂部采用光面聚能爆破。為使頂部爆破效果更好,中部采用楔形掏槽,從而形成頂部光爆的自由面。根據(jù)九仗溝金礦礦巖的條件,對于較為堅硬難爆的巖石,可采用楔形掏槽,如圖3所示。

        圖3 楔形掏槽

        2.3 爆破方案

        采場內使用聚能光面爆破技術開采礦體頂部,通過光面聚能爆破控制采場頂部的邊界及開采高度,然后利用主爆孔楔形掏槽爆破中下部的礦石,具體方案如圖4所示。

        圖4 光面爆破頂孔布置

        聚能管管徑與炮孔直徑兩者必須相互適應,炮孔直徑必須保證較易放入聚能藥卷。根據(jù)理論研究和現(xiàn)場試驗,試驗中選用直徑為32 mm的硝銨炸藥,聚能管內徑為35 mm,外徑為38 mm,炮孔直徑為48 mm,如圖5所示。將炮頭放入聚能管內,管事前已經切縫加工,然后添加相應藥量,保證炸藥靠聚能管一端放置,炸藥相互接觸緊密,以保證炸藥爆轟的穩(wěn)定傳播。由于炮孔較長,應保證聚能管藥卷的放置方向和位置,其聚能方向應嚴格保證與相鄰炮孔的連線方向一致。

        圖5 聚能管

        根據(jù)毫秒爆破作用理論、聚能爆破方案設計、巖石物理力學參數(shù)及試驗采場的施工條件等因素,設計聚能光面爆破的方案,調整后具體參數(shù)見表1。頂部光面爆破孔堵塞長度為0.2 m,中部掏槽孔堵塞長度為0.1 m。鑿巖采用YT28氣腿式鑿巖機,水平孔落礦。爆破使用2#巖石膨化硝銨炸藥,采用不耦合裝藥,引爆采用電起爆器,非電導爆管雷管微差起爆。

        3 效果分析

        3.1 爆破效果

        在180 m水平中段1686七分層采場進行了數(shù)次現(xiàn)場試驗,聚能光面爆破均達到了預期的水平。由于聚能管切縫的聚能效應,使得爆炸能量盡量朝著切縫方向,相對地提高了炸藥的能量利用效率。同時,聚能管的切縫管壁在爆破過程中由于自身具有一定的強度,從而在爆炸過程中能夠起到減小爆震對頂部圍巖的破壞作用,減少了頂板圍巖的浮石量。中部楔形掏槽創(chuàng)造了較大體積的槽腔,有效地為頂部的光面爆破創(chuàng)造了良好的自由面條件,炮孔的利用率達到了90%以上,使用普通爆破方式和聚能光面爆破效果如圖6和圖7所示。

        表1 炮孔爆破參數(shù)

        圖6 原爆破效果

        圖7 光面爆破效果

        爆破后采場頂板和兩幫平整光滑,頂部光面爆破清晰可見,采場邊界控制情況良好,未出現(xiàn)頂板和兩幫的垮落,爆破效果良好。

        3.2 經濟效益

        該方案有效地解決了前期爆破后存在的頂板破碎、松石多等問題,能夠很好地適用破碎帶內采場,提高了工效,縮短了進尺的工期。使用聚能光面爆破提高了炸藥利用率,使得采礦損失率、貧化率降低,帶來了可觀的效益,具體數(shù)值見表2。

        表2 采場損失率貧化率對比

        4 結 論

        (1)嵩縣山金九仗溝金礦爆破炸藥單耗大,加大了采礦成本。爆破后松石、碎石多,爆破效果不佳,嚴重威脅支護人員的安全。因此,優(yōu)化爆破參數(shù),采用聚能光面爆破方式。

        (2)現(xiàn)場應用效果表明,聚能光面爆破后,采場頂板和兩幫光滑平整,爆破效果良好,有利支護工作進行,降低了采礦損失率和貧化率,提高了經濟效益。

        (3)該善了九丈溝金礦原爆破方式的不足,對于類似礦山具有一定的參考意義。

        [1] 吳蘭冬,陳燦壽,柏春偉,等.深埋硬巖中光面爆破設計優(yōu)化及經驗公式[J].爆破,2016,33(02):62-66.

        [2] 郭東明,楊仁樹,周曉歡,等.綜采工作面采用聚能管預裂爆破提塊研究[J].中國礦業(yè),2006(03):38-40.

        [3] 郭東明,華福才,李恩璞,等.采場采用聚能管爆破控頂應用研究[J].工程爆破,2006(03):33-35.

        [4] 許 鵬,楊立云,李建平,等.中硬巖石巷道聚能管控制爆破與光面爆破的對比試驗研究[J].中國礦業(yè),2012,21(10):99-101.

        [5] 牟延波,崔 松.烏蘭鉛鋅多金屬礦扇形中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化研究[J].有色金屬(礦山部分),2018,70(03):59-60.

        [6] 宋恩祥.盤區(qū)機械化上向水平分層進路充填采礦法在嵩縣山金礦業(yè)的應用[J].有色金屬工程,2015(5):55-57.

        [7] 閆 軍.傾斜節(jié)理發(fā)育條件下凝灰?guī)r地層隧道拱頂聚能控制爆破施工技術研究[D].長沙:中南大學,2012.

        (2019-01-11)

        李施慶(1979—),男,山東萊州人,工程師,主要從事采礦管理相關工作,Email:2980389205@qq.com;黎 林(1994—),男,山東萊州人,碩士研究生,主要從事采礦工程研究,Email:2980389205@qq.com。

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