張 帥，劉 峰，崔占軍，李永華，丁 科，高淑娜，王宏飛，李 濤

（包鋼白云鐵礦，內(nèi)蒙古 包頭014080）

白云鐵礦是一座大型的露天礦山，作為包鋼（集團(tuán)）公司的主要原料基地，經(jīng)過62 年的開采已經(jīng)進(jìn)入衰減末期。尤其東采場(chǎng)，從山坡露天礦開挖成了深凹露天礦，現(xiàn)采場(chǎng)底部距離封閉圈垂直深度達(dá)到了289 m，采場(chǎng)底部空間狹小，給采礦工作增加了一定的難度。主要體現(xiàn)在爆破規(guī)模小且爆區(qū)接頭多，同時(shí)采場(chǎng)公路系統(tǒng)會(huì)占據(jù)一定空間，生產(chǎn)組織較為困難；而露天開采為了保持正常持續(xù)的生產(chǎn)，需要及時(shí)開拓新的水平，首要任務(wù)就是掘進(jìn)出入溝，而出入溝的掘進(jìn)則是露天礦山掘溝工程的關(guān)鍵所在，直接影響整個(gè)水平的掘進(jìn)速度和采掘設(shè)備的效率[1-2]。針對(duì)白云鐵礦東采場(chǎng)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，先掘臨時(shí)溝再改固定路已經(jīng)不適應(yīng)采場(chǎng)現(xiàn)狀，參考國(guó)內(nèi)其他同類型的礦山掘溝工程，無一例外的都采用先做臨時(shí)出入溝，調(diào)整空間后改變出入溝位置，廢除臨時(shí)出入溝，形成固定斜坡路。

1 掘溝現(xiàn)狀

掘溝是三大工程之一，出入溝更是掘溝工程的第1 步，掘溝位置、孔網(wǎng)參數(shù)、穿孔方法、起爆網(wǎng)絡(luò)等都會(huì)對(duì)整個(gè)掘溝工程的質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。如何優(yōu)化掘溝工藝，正確地選擇掘溝方法，合理地確定掘溝的主要參數(shù)，提高設(shè)備效率和掘溝速度，對(duì)露天礦山的正常開采有著重要意義[3-4]。

白云鐵礦東采場(chǎng)現(xiàn)工作臺(tái)階有2 ～3 個(gè)。完成最上部臺(tái)階的靠界工作的時(shí)候進(jìn)行新水平的開拓工作。新水平的開拓工作主要有以下過程：①掘溝位置的確定：新水平的掘溝位置一般選在礦巖交界部位；②穿孔方式：白云鐵礦采用KY-310 牙輪鉆機(jī)穿全溝等深孔；③爆破：按照以往經(jīng)驗(yàn)采用中間掏槽排間起爆的方式進(jìn)行爆破；④采掘：白云鐵礦采用WK-10 電鏟進(jìn)行采掘，利用10 m3電鏟修筑臨時(shí)出入溝，并形成開段溝，完成掘溝基本工作以后進(jìn)行臺(tái)階擴(kuò)幫。

臺(tái)階擴(kuò)幫到一定程度后根據(jù)推進(jìn)部位和空間需求會(huì)在本水平再重新修筑1 條調(diào)整臨時(shí)斜坡路，廢除第1 條臨時(shí)斜坡路并為靠界爆破創(chuàng)造自由面，最后在固定斜坡路部位完成靠界爆破，并修筑固定斜坡路。此舉需要多修筑2 條臨時(shí)斜坡路，廢除2 條斜坡路，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)成本，增加作業(yè)負(fù)擔(dān)，同時(shí)廢除第1 條臨時(shí)斜坡路時(shí)由于掘溝孔成孔率低，會(huì)出現(xiàn)大面積根底，給廢路工作增加成本，而且極大地降低了工作效率。此外，以往的掘溝方式需要在采場(chǎng)底部靠中間的位置掘溝，運(yùn)礦車生產(chǎn)上一水平的礦巖時(shí)，需要在出入溝兩側(cè)留足夠?qū)挾鹊墓?，?duì)采場(chǎng)空間要求更大。綜合來說，由于狹小的作業(yè)空間限制，使得采場(chǎng)同一水平很難同時(shí)布置2 條斜坡路，掘溝工作成為影響采場(chǎng)正常生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。

2 方案設(shè)計(jì)

2．1 掘溝位置的選擇

與以往在采場(chǎng)最底部平臺(tái)中間部位礦巖交界處開始掘溝不同，現(xiàn)將掘溝部位調(diào)整到固定斜坡路的部位，改變以往掘溝順序，不掘臨時(shí)出入溝和調(diào)整用的臨時(shí)出入溝，直接在固定斜坡路部位掘溝，以往的掘溝順序如圖1，調(diào)整后的掘溝順序如圖2。

圖1 以往的掘溝順序

由于采場(chǎng)底部空間狹小，現(xiàn)在不論在哪個(gè)部位掘溝，都能夠很快形成開拓系統(tǒng)，并進(jìn)行礦巖的采剝，在靠界部位修筑好固定斜坡路后，只需要朝著需要的礦巖地質(zhì)方向不斷推進(jìn)即可；公路系統(tǒng)也較為簡(jiǎn)單，不需要多余的空間來做臨時(shí)公路和臨時(shí)斜坡路，提高生產(chǎn)作業(yè)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)公司的四降兩提有著積極的作用。

圖2 調(diào)整后的掘溝順序

2．2 孔網(wǎng)的選擇

不同于工作幫的臺(tái)階正常推進(jìn)，靠界爆破工作不適用KY-310 牙輪鉆機(jī)的穿爆工作。所以白云鐵礦的靠界爆破工作由乙方單位承包，選用φ120 mm和φ140 mm 的潛孔鉆機(jī)進(jìn)行穿孔爆破；本次掘溝爆破設(shè)計(jì)亦使用小孔徑鉆機(jī)進(jìn)行穿孔爆破。

本次穿孔選用φ140 mm 為主爆孔孔徑，φ120 mm 為預(yù)裂孔孔徑。采用全溝不等深孔的穿孔爆破的方式掘溝，靠近邊坡的炮孔角度按照邊坡靠界爆破角度設(shè)計(jì)，炮孔垂直方向布置示意圖如圖3，炮孔平行方向布置示意圖如圖4；起爆方式為中間孔掏槽爆破，按照正常爆破，中間孔掏槽孔爆破受到的夾制作用較大，孔距比正常爆破的孔距小約20%[5]。

圖3 炮孔垂直方向布置示意圖

1）超深h 與孔深L。白云鐵礦東采場(chǎng)臺(tái)階設(shè)計(jì)高度為14 m，固定斜坡路的角度為8%。可得出固定斜坡路的全長(zhǎng)為175 m。超深h=（0～10）d（d 為孔徑），為了保證爆破質(zhì)量，此次設(shè)計(jì)超深為1.4 m。II區(qū)和III 區(qū)段為了保證孔深，超深設(shè)為1.6 m 和2.0 m。則I 區(qū)段的孔深為全段溝不等深穿孔將出入溝分為3 個(gè)部分[6]，長(zhǎng)度分別為58、58、59 m。I 區(qū)段孔深L1=6 m；II 區(qū)段孔深L2=10.9 m；III 區(qū)段孔深L3=16 m。

圖4 炮孔平行方向布置示意圖

2）填塞長(zhǎng)度T。填塞長(zhǎng)度T =（20～30）d，3 個(gè)區(qū)段分別設(shè)計(jì)為2.8、3.5、4.2 m。

3）孔距和排距。此次布孔設(shè)計(jì)為正三角形布孔，密集系數(shù)m 為1.15，排距b = (1～1.5)T,考慮到掏槽爆破的夾制作用，3 個(gè)區(qū)段排距b 分別設(shè)計(jì)為3.4、4.2、4.6 m。根據(jù)m =a /b 得出3 個(gè)區(qū)段的孔距a 分別為3.8、4.8、5.3 m。

4）單孔裝藥量。根據(jù)乳化炸藥密度和炮孔孔徑可知線裝藥密度t 為20.4 kg/m, 即t = 20.4 kg/m；根據(jù)公式Q=（L-T）（L=L1+L2+L3）t 得出3 個(gè)區(qū)段的單孔裝藥量分別為65.3、160.0、240.7 kg，各區(qū)段孔網(wǎng)參數(shù)見表1。

表1 各區(qū)段孔網(wǎng)參數(shù)

2．3 起爆方式及起爆網(wǎng)絡(luò)

縱觀國(guó)內(nèi)露天礦山，多為傳統(tǒng)的起爆方式，即排間微差起爆[7]，但是該方法爆破振動(dòng)較大，考慮到白云鐵礦東采場(chǎng)采深較大，同時(shí)，在采場(chǎng)北幫C 區(qū)發(fā)生過大規(guī)?；鹿?，為了保護(hù)邊坡的穩(wěn)定性，保障可持續(xù)安全發(fā)展，所以本次爆破設(shè)計(jì)選用的起爆方式為中間孔掏槽逐孔微差爆破，選用最新的數(shù)碼電子雷管，主爆孔以逐孔微差起爆的方式起爆，預(yù)裂孔和輔助孔仍然采用同時(shí)起爆的方式。起爆網(wǎng)絡(luò)圖如圖5。該起爆方式的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以根據(jù)采場(chǎng)巖性以及爆破目的設(shè)置微差時(shí)間，同時(shí)數(shù)碼電子雷管采用芯片延期的方式實(shí)現(xiàn)延期目的，所以在爆破指令發(fā)出后會(huì)直接傳遞到孔內(nèi)雷管上，不存在傳統(tǒng)的導(dǎo)爆管傳爆時(shí)發(fā)生砸管等不利于安全爆破的現(xiàn)象，既安全又高效。

圖5 起爆網(wǎng)絡(luò)圖

2．4 提高成孔率

穿孔是掘溝的第1 步，也是關(guān)鍵的一步，由于在正常生產(chǎn)穿孔爆破的時(shí)候，鉆機(jī)穿孔時(shí)需要超深2 m 左右，超深部分對(duì)底板造成粉碎性破壞。在新掘溝的時(shí)候炮孔基本都是滿孔水，鉆機(jī)穿孔時(shí)，高壓氣體把滿孔的地下水和粉渣一同吹出孔口，形成夾帶粉渣的高壓水流，孔口在高壓水流的作用下不斷沖刷擴(kuò)大成喇叭狀，深部的粉渣無法排出孔外，有的孔甚至沖刷孔壁至坍塌。導(dǎo)致孔深無法達(dá)到技術(shù)要求[8]。為了提高成孔率，首先考慮降低底板表層的過度粉碎，即在該部位上1 個(gè)平臺(tái)在進(jìn)行穿爆作業(yè)的時(shí)候降低孔網(wǎng)參數(shù)，同時(shí)減小炮孔的超深；其次在掘溝爆破前，在掘溝部位的旁邊用310 鉆機(jī)穿3 個(gè)半深孔，提前爆破做水泵坑抽水，降低水位后在進(jìn)行掘溝爆破的穿孔作業(yè)；最后在成孔后及時(shí)爆破，避免爆區(qū)放置時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致塌孔等現(xiàn)象。

2．5 掘溝時(shí)間的選擇

露天礦的掘溝時(shí)間一般要避開雨季和冬季，如果在雨季開始掘溝，由于受到地表匯水和地下水的影響，溝里最下面的臺(tái)階將出現(xiàn)大面積的滿孔水的情況，鉆機(jī)成孔更加困難，嚴(yán)重影響掘溝速度和設(shè)備效率，而且在掘溝過程中如果出現(xiàn)大雨等情況，隨時(shí)有可能出現(xiàn)淹沒臺(tái)階的情況，造成人員和設(shè)備的安全隱患[9]。白云鄂博地區(qū)地處西北，常年少雨，但也出現(xiàn)過暴雨集中的情況，發(fā)生電鏟被淹的事故案例，雨季主要集中在每年的7 — 9 月。所以應(yīng)當(dāng)避開該時(shí)節(jié)；如果在冬天掘溝，由于白云鄂博的冬天氣溫可低至零下30 ℃，所以會(huì)出現(xiàn)成孔后炮孔孔口凍冰的情況，為施工帶來困擾，同時(shí)，完成爆破后如果采掘不及時(shí)，爆堆會(huì)被滲水凍結(jié)，造成挖掘困難，底板不平且無法繼續(xù)向下延深的問題。綜合以上情況，建議掘溝時(shí)間主要集中在每年的4— 6 月。

3 結(jié) 語

白云鐵礦東采場(chǎng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求即時(shí)調(diào)整掘溝作業(yè)方式，從掘溝位置的選擇、穿孔方式和孔網(wǎng)參數(shù)的優(yōu)化、提高穿孔成孔率等方面探討了新掘溝方法的可行性與高效性。有效地利用采場(chǎng)底部狹小的作業(yè)空間，為下一步主采場(chǎng)的深部開采提供參考。