王紅心，趙占斌

(金誠信礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100070)

首云鐵礦礦區(qū)內(nèi)礦石主要為磁鐵石英巖型，圍巖巖性為各種片麻巖，礦體及頂?shù)装鍑鷰r均較堅(jiān)固，礦石和圍巖f系數(shù)均為12～14，礦石容重3.3 t/m3，屬堅(jiān)硬礦巖，礦山采用崩落法采礦[1]，年產(chǎn)礦石量150萬t以上，采場中深孔爆破礦石塊度最大尺寸大于750 mm的即為大塊，大塊率5%～8%。大塊的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了出礦效率，需及時(shí)破碎。目前礦山采用的破碎大塊方法為鉆孔裝藥和裸露藥包等爆破法[2-3]，二次爆破時(shí)，炸藥爆炸對大塊堆存巷道、采場出礦口眉線及周圍設(shè)施設(shè)備造成飛石和沖擊波損害并產(chǎn)生大量炮煙和碎巖粉塵，威脅現(xiàn)場作業(yè)人員健康安全和影響周圍作業(yè)。因此探索試驗(yàn)一種安全有效、不對出礦口和大塊附近巷道及設(shè)施造成破壞、不因炮煙和沖擊波影響周圍工作面的作業(yè)，并且能隨時(shí)隨地連續(xù)進(jìn)行的大塊二次破碎方法，非常必要。

在進(jìn)行礦石大塊二次破碎過程中，曾嘗試過多種方法，包括裸露藥包爆破破碎、鉆孔裝藥爆破破碎、水壓聚能藥包破碎[4-6]等，都不能有效地解決二次爆破對附近巷道及設(shè)施的破壞和飛石、沖擊波、炮煙對周圍工作面作業(yè)的影響問題。在分析總結(jié)首云鐵礦使用過的多種二次破碎方法基礎(chǔ)上，參考基礎(chǔ)拆除和建材行業(yè)應(yīng)用較多的靜態(tài)破碎劑破碎技術(shù)[7-9]，提出了試用靜態(tài)破碎劑進(jìn)行堅(jiān)硬礦石大塊的二次破碎方案，在首云鐵礦井下進(jìn)行了試驗(yàn)。

1 靜態(tài)破碎原理和試驗(yàn)方案

靜態(tài)破碎劑技術(shù)是使用靜態(tài)破碎劑與水拌合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(見反應(yīng)式1)，體積膨脹將物體破裂的方法，具有無振動、無有害氣體、無噪音、無飛石、無公害等優(yōu)點(diǎn)[7,10]。

CaO+H2O→Ca(OH)2+62.8 kJ

(1)

根據(jù)靜態(tài)破碎劑破碎原理和首云鐵礦采場堅(jiān)硬磁鐵石英巖型鐵礦石大塊的特性，參考相關(guān)研究和實(shí)踐，設(shè)計(jì)了靜態(tài)破碎劑破碎鐵礦石大塊試驗(yàn)方案。采用7655型鑿巖機(jī)用Φ38 mm釬頭鉆鑿Φ40 mm鉆孔。布孔參數(shù)如下：尺寸750～1 000 mm的大塊，設(shè)計(jì)1個(gè)鉆孔，孔口位于大塊中心位置；尺寸大于1 000 mm的大塊，鉆2個(gè)或以上炮孔，孔間距350～400 mm，裝藥孔至大塊邊沿距離不大于600 mm；尺寸超過1 500 mm的矩形大塊，鉆3個(gè)或以上鉆孔，孔間距350～400 mm，裝藥孔至大塊邊沿距離不大于600 mm，所有鉆孔孔深為大塊高度的1/2至3/4。鉆孔完成后，按靜態(tài)破碎劑使用說明，用常溫水按水劑質(zhì)量比0.27與靜態(tài)破碎劑拌和均勻，然后將拌和好的靜態(tài)破碎劑溶液灌滿每個(gè)鉆孔，用濕紙殼覆蓋鉆孔。

2 井下破碎試驗(yàn)

井下現(xiàn)場試驗(yàn)地點(diǎn)選定首云鐵礦2礦帶-46 m分段38號回采進(jìn)路，在進(jìn)路中選擇有代表性的4塊大塊進(jìn)行試驗(yàn)，礦石大塊為堅(jiān)硬的磁鐵石英巖型鐵礦石，f系數(shù)14，大塊尺寸和布孔參數(shù)見表1。

表1 大塊尺寸和布孔參數(shù)表

按試驗(yàn)設(shè)計(jì)鉆孔并向孔內(nèi)灌裝拌和好的靜態(tài)破碎劑溶液(見圖1)，每個(gè)鉆孔均灌滿靜態(tài)破碎劑溶液，按鉆孔體積和水劑質(zhì)量比換算后，1#至4#大塊的鉆孔中灌裝的靜態(tài)破碎劑量分別為：0.885、1.225、1.338、1.922 kg，每個(gè)大塊的鉆孔灌滿破碎劑溶液后用濕紙殼覆蓋，然后觀察礦石大塊破碎情況，不同大塊經(jīng)過不同時(shí)間的破碎效果見圖2。

圖1 礦石大塊鉆孔灌裝破碎劑后Fig.1 Ore boulders after charged with SCA

圖2 礦石大塊靜態(tài)破碎效果Fig.2 Static breaking results of the ore boulders

大塊破裂后量測小塊的塊度表明，不同尺寸的磁鐵石英巖鐵礦石大塊，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的布孔參數(shù)灌裝拌和好的靜態(tài)破碎劑后，經(jīng)12 h和24 h后，均破裂為合格塊度的多個(gè)小塊，2#大塊經(jīng)過較長時(shí)間裂縫才完全形成，分析認(rèn)為是因?yàn)殂@孔較淺。

3 應(yīng)用情況

現(xiàn)場試驗(yàn)取得成功后，技術(shù)人員制定了礦巖大塊靜態(tài)破碎技術(shù)操作規(guī)程。成立了井下礦巖大塊靜態(tài)破碎班組，在井下幾處容易產(chǎn)生大塊的地點(diǎn)進(jìn)行了靜態(tài)破碎劑破碎大塊推廣應(yīng)用。

由于大塊靜態(tài)破碎鉆孔裝藥和破碎不對周圍設(shè)施和管線產(chǎn)生破壞，相鄰作業(yè)面的人員設(shè)備不必因躲避飛石、炮煙而停止作業(yè)，靜態(tài)破碎班組可以連續(xù)進(jìn)行鉆孔、灌裝靜態(tài)破碎劑溶液破碎大塊作業(yè)。從采場出礦口和溜井格篩轉(zhuǎn)運(yùn)到集中破碎巷道的大塊得到連續(xù)靜態(tài)破碎，并且靜態(tài)破碎大塊作業(yè)可以和附近的其它作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，破碎時(shí)也不必撤離設(shè)備和對附近設(shè)施及管線進(jìn)行防護(hù)。不僅保證了安全，而且大塊隨有隨破，提高了破碎效率。

鏟運(yùn)機(jī)出礦時(shí)，在采場出礦口不能將大塊逐一挑出，時(shí)常與合格塊度礦石一起被鏟運(yùn)至溜井格篩，不合格大塊就會堵塞溜井格篩，處理起來非常麻煩。使用靜態(tài)破碎劑后，只需用鏟運(yùn)機(jī)將格篩上不能通過的大塊搬運(yùn)至附近不影響作業(yè)的巷道，就近隨時(shí)用靜態(tài)破碎劑破碎即可，提高了出礦效率。

由于首云鐵礦采用無底柱分段崩落法采礦，采場進(jìn)路出礦口被巨型大塊堵塞的情況時(shí)有發(fā)生，鏟運(yùn)機(jī)難以挪動巨塊，以往只能采用鉆孔爆破的方法在堵塞處就地對巨塊進(jìn)行爆破，在出礦口頻繁進(jìn)行炸藥爆破，往往崩壞出礦口眉線影響后續(xù)出礦。在巨塊堵塞的出礦口應(yīng)用靜態(tài)破碎劑就地破碎巨塊后，出礦口的眉線和出礦進(jìn)路內(nèi)附近的設(shè)備，設(shè)施及管線絲毫不會被破壞，還不影響附近的其它作業(yè)。

4 效益分析

首云鐵礦在使用靜態(tài)破碎劑破碎大塊前，采用傳統(tǒng)的鉆孔爆破和裸露藥包爆破兩種方法破碎大塊。

傳統(tǒng)的裸露藥包破碎大塊方法由于炸藥消耗量大且安全性差，在應(yīng)用靜態(tài)破碎劑之前，首云鐵礦使用較多的是在待破大塊上鉆孔裝藥爆破的方法。靜態(tài)破碎劑破碎大塊和鉆孔裝藥破碎大塊可比成本比較如下：

根據(jù)礦山統(tǒng)計(jì)，鉆孔裝藥爆破大塊，每個(gè)大塊至少消耗1發(fā)雷管，平均炸藥單耗0.2 kg/m3，折合每立方大塊破碎雷管單耗1.27發(fā)/m3。雷管市場價(jià)3.2元/發(fā)，炸藥6.17元/kg，破碎每立方大塊需要雷管和炸藥費(fèi)用約5.3元。

試驗(yàn)結(jié)果和井下生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)表明，使用靜態(tài)破碎劑破碎大塊，靜態(tài)破碎劑單耗1.62 kg/m3，靜態(tài)破碎劑市場價(jià)3.2元/kg，破碎每立方大塊需要靜態(tài)破碎劑費(fèi)用約5.2元。

以上比較表明，兩種破碎大塊方式，成本相當(dāng)。

使用炸藥爆破的方法破碎大塊，無論在井下任何地點(diǎn)，每次爆破前都需要將附近的設(shè)備搬離，二次破碎點(diǎn)要遠(yuǎn)離易被爆破損壞的設(shè)施和管線；爆破前還需警戒，附近其他作業(yè)人員需停產(chǎn)撤離躲避爆破沖擊波、飛石和炮煙，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。因此，使用靜態(tài)破碎劑連續(xù)無公害破碎大塊，可以從避免損壞設(shè)備設(shè)施，人員無需躲炮等待通風(fēng)而影響生產(chǎn)等方面取得經(jīng)濟(jì)和安全效益。

5 結(jié)論

通過井下試驗(yàn)，提出了堅(jiān)硬礦石大塊的靜態(tài)無公害破碎方案，消除了傳統(tǒng)的使用炸藥爆破方法破碎大塊帶來的對破碎點(diǎn)附近設(shè)備、設(shè)施和作業(yè)人員的不安全影響，可以實(shí)現(xiàn)堅(jiān)硬礦石大塊的連續(xù)破碎。

設(shè)計(jì)了堅(jiān)硬礦石大塊的布孔參數(shù)，并經(jīng)過試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證。

對靜態(tài)破碎劑破碎大塊和傳統(tǒng)炸藥爆破方法破碎大塊進(jìn)行了可比成本對比分析，結(jié)果表明，靜態(tài)破碎劑破碎大塊和鉆孔爆破法破碎大塊相比，費(fèi)用相當(dāng)。但使用靜態(tài)破碎劑可在連續(xù)無公害破碎大塊，提高破碎效率和出礦效率，避免損壞設(shè)備設(shè)施，人員無需躲炮等待通風(fēng)而影響生產(chǎn)等方面取得經(jīng)濟(jì)和安全效益，可為類似地下礦山大塊二次破碎提供有益借鑒。