趙 笛 杜英男 任慶偉 黃海輝

(河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司石人溝鐵礦，河北 遵化 064200)

0 引言

石人溝鐵礦隸屬于河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司，位于河北省遵化市西北10 km。該礦采礦方法為分段鑿巖階段礦房嗣后充填采礦法，礦體傾角為65°～75°，平均70°。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。垂直礦體走向布置的礦房原回采過(guò)程中垂直鑿巖巷道的中深孔排面一般在礦體下盤礦巖比值為1時(shí)停止繼續(xù)穿孔施工，此法造成該類礦體下盤礦石的一定損失貧化，且在爆破后上下相鄰分層形成臺(tái)階，各分層崩落的料堆流動(dòng)性受阻無(wú)法滑落至底部受礦結(jié)構(gòu)內(nèi)而永久損失。本文針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展技術(shù)研究，通過(guò)優(yōu)化工程布置，控制爆破工藝，實(shí)現(xiàn)下盤礦石完全回收，并避免下盤巖石混入。

1 原下盤礦石回采方案

原下盤礦石回采時(shí)，控制下盤礦石損失貧化的方案是在穿脈鑿巖巷道中布置的垂直巷道走向的中深孔排線施工至礦體下盤礦巖比值為1時(shí)停止，如圖1。

(a)原中深孔排線布置示意圖

(b)原設(shè)計(jì)爆破效果圖

上述回采方案一是會(huì)造成一定的礦石損失和巖石混入，未能充分利用資源且增加排巖費(fèi)用；二是在爆破后上下相鄰分層形成臺(tái)階，各分層崩落的料堆流動(dòng)性受阻無(wú)法滑落至底部受礦結(jié)構(gòu)內(nèi)，造成炸藥單耗的上升；三是上下相鄰分層的臺(tái)階處阻礙充填料漿的流動(dòng)，降低了充填效率和礦房充盈度和接頂率。

2 下盤回采方案的優(yōu)化

2.1 礦體下盤創(chuàng)新回采穿孔與爆破方案實(shí)施過(guò)程

為了從本質(zhì)上克服下盤礦石的損失貧化等問(wèn)題，依托石人溝鐵礦-210 m中段11-4#穿M2礦房，對(duì)垂直礦體走向布置礦房下盤的中深孔布置進(jìn)行研究和優(yōu)化，通過(guò)在下盤布置鑿巖平巷和垂直礦體走向扇形中深孔組合的方式，使下盤礦石基本全部回收，且避免了巖石混入。

具體方案為在礦體內(nèi)部緊貼下盤礦巖邊界布置沿礦體走向的鑿巖平巷，在鑿巖平巷內(nèi)布置垂直礦體走向的扇形孔，扇形中深孔孔深隨下盤礦體走向精準(zhǔn)控制，見(jiàn)巖即停，如圖2。

(a)縱剖面圖

(b)橫剖面圖

由于下盤沿礦體走向布置的鑿巖平巷內(nèi)的扇形中深孔在本礦房本水平內(nèi)的爆破順序?yàn)樽钅瑸榱吮ＷC爆破作業(yè)人員能夠安全裝藥爆破，在設(shè)計(jì)上將穿脈鑿巖巷道內(nèi)沿礦體走向布置的中深孔末排排線與下盤沿礦體走向布置的鑿巖平巷內(nèi)布置的扇形中深孔排線間預(yù)留3 m的保護(hù)層，以保護(hù)在穿脈鑿巖巷道內(nèi)沿礦體走向布置的中深孔排線全部爆破完畢后，下盤沿礦體走向布置的鑿巖平巷不受損壞。在下盤沿礦體走向布置的鑿巖平巷內(nèi)向3 m保護(hù)層中間位置沿礦體走向穿鑿一排垂直孔，隨下盤扇形中深孔一同爆破，達(dá)到縮短下盤沿礦體走向布置的鑿巖平巷內(nèi)扇形中深孔爆破抵抗線和回收3 m保護(hù)層的目的。

同一分段內(nèi)爆破順序依次為，切割井、切割槽、穿脈鑿巖巷道內(nèi)沿礦體走向布置的中深孔排線、礦體下盤沿礦體走向布置的鑿巖平巷內(nèi)的扇形孔。其中，穿脈鑿巖巷道內(nèi)沿礦體走向布置的中深孔排線爆破后形成空區(qū)，礦體下盤沿礦體走向布置的鑿巖平巷內(nèi)的扇形孔以此空區(qū)為自由面進(jìn)行爆破。爆后效果見(jiàn)圖3。

圖3 爆破后效果示意圖

2.2 礦體下盤鑿巖平巷位置的確定

下盤鑿巖平巷的具體位置需要對(duì)礦房?jī)?nèi)各分段剖面進(jìn)行分析后綜合考慮確定，保證后期下盤鑿巖平巷內(nèi)扇形中深孔的合理設(shè)計(jì)和上下分段的順利銜接，對(duì)下盤鑿巖平巷位置進(jìn)行靈活布置。一般情況下，當(dāng)下盤礦體傾角小于60°時(shí)，下盤鑿巖平巷在礦體內(nèi)緊貼礦巖分界布置；當(dāng)下盤礦體傾角大于60°時(shí)，考慮到上下分段扇形孔銜接問(wèn)題，下盤鑿巖平巷在礦體內(nèi)距離下盤3～6 m布置。單水平下盤鑿巖巷道三維圖見(jiàn)圖4。

圖4 下盤鑿巖巷布置示意三維圖

2.3 下盤扇形孔孔網(wǎng)參數(shù)的確定

2.3.1 下盤扇形孔最小抵抗線的確定

中深孔落礦的最小抵抗線W，一般為鉆頭直徑d的23～30倍，孔底距為(0.85～1.2)W。64 mm孔徑最小抵抗線：

W=1.472～1.92 m

(1)

根據(jù)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)爆破經(jīng)驗(yàn)，取值1.6 m。

2.3.2 下盤主穿巷道垂直孔孔距的確定

孔底距需根據(jù)密集系數(shù)而定。密集系數(shù)的選取是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定的，密集系數(shù)是孔間距(a)與最小抵抗線的比值(W)。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，該礦房選取密集系數(shù)為1。

m=a/W=1

(2)

經(jīng)計(jì)算，垂直孔孔底距a=1.6 m。

3 礦體下盤鑿巖平巷掘進(jìn)臺(tái)車施工規(guī)范

為了提高石人溝鐵礦井下掘進(jìn)工程施工效率，避免因采切工程滯后影響下一工序，提高礦房備礦進(jìn)度，符合開(kāi)拓、采準(zhǔn)和切割三級(jí)儲(chǔ)量平衡的要求，推進(jìn)礦山技術(shù)進(jìn)步，特制定以下作業(yè)規(guī)范：

1)現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員根據(jù)掘進(jìn)施工需要，向臺(tái)車司機(jī)提供掘進(jìn)工程的總長(zhǎng)度和方位并協(xié)調(diào)測(cè)量技術(shù)人員提前在施工現(xiàn)場(chǎng)做好放線工作。

2)采用先探后掘的方式，探明前進(jìn)方向是否有空區(qū)，避免塌方和透水事故的發(fā)生。

3)采用阿特拉斯281掘進(jìn)臺(tái)車進(jìn)行施工，斷面規(guī)格為4.5 m×3.8 m。

4)斷面穿孔畢后，需安排現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和掘進(jìn)爆破技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)孔，驗(yàn)證炮孔孔距和炮孔質(zhì)量是否符合爆破作業(yè)要求。

5)翌日八點(diǎn)班統(tǒng)一安排爆破作業(yè)，四點(diǎn)班統(tǒng)一安排鏟運(yùn)機(jī)出料清底作業(yè)，保證下一班次阿特拉斯281臺(tái)車可以正常進(jìn)場(chǎng)作業(yè)。

6)每次爆破作業(yè)完成，有效通風(fēng)半小時(shí)后，現(xiàn)場(chǎng)爆破技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)炮；現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員需進(jìn)場(chǎng)對(duì)爆破效果進(jìn)行評(píng)估，測(cè)量循環(huán)進(jìn)尺和計(jì)算剩余工程量并對(duì)阿特拉斯281掘進(jìn)臺(tái)車司機(jī)進(jìn)行技術(shù)交底，如炮效不好，則需提出處理方案。

7)掘進(jìn)施工結(jié)束后，需對(duì)每炮數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，對(duì)掘進(jìn)工程進(jìn)行評(píng)價(jià)，成本低于指標(biāo)部分對(duì)臺(tái)車司機(jī)和爆破技術(shù)人員進(jìn)行相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，成本高于指標(biāo)部分對(duì)臺(tái)車司機(jī)和爆破技術(shù)人員進(jìn)行相應(yīng)的考核?！惰弾r平巷掘進(jìn)數(shù)據(jù)匯總及考核表》見(jiàn)表1。

表1 鑿巖平巷掘進(jìn)數(shù)據(jù)匯總及考核表

4 礦體下盤扇形中深孔采礦臺(tái)車施工規(guī)范

為了精準(zhǔn)控制礦體下盤扇形孔的孔深和角度，使中深孔炮孔合理均勻分布，降低下盤礦石的損失率、貧化率和中深孔爆破炸藥單耗，特制定以下作業(yè)規(guī)范：

1)采用阿特拉斯1254采礦臺(tái)車進(jìn)行施工，穿孔深度為3～22 m。

2)現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員需提前帶領(lǐng)阿特拉斯1254采礦臺(tái)車司機(jī)熟悉施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行礦房設(shè)計(jì)交底，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)安全，畫好穿孔排線。

3)現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)工作人員提供的礦體剖面圖分析礦體下盤的賦存形態(tài)，并做出相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合理的扇形中深孔設(shè)計(jì)初稿。

4)現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員以下盤扇形中深孔設(shè)計(jì)初稿為參考，在下盤鑿巖平巷的南、中、北三個(gè)位置各選取三個(gè)角度進(jìn)行探孔，并填寫《礦體下盤探孔記錄表》，如表2。

表2 礦體下盤探孔記錄表

5)阿特拉斯1254采礦臺(tái)車司機(jī)根據(jù)探礦點(diǎn)及探礦設(shè)計(jì)圖進(jìn)行采礦臺(tái)車局部探礦工作，并嚴(yán)格按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行記錄反饋。

6)現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員根據(jù)阿特拉斯1254采礦臺(tái)車司機(jī)反饋的《礦體下盤探孔記錄表》，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)下盤礦體剖面圖進(jìn)行修正。

7)下盤礦體剖面圖修正后，采礦技術(shù)人員根據(jù)修正結(jié)果對(duì)礦體下盤扇形中深孔重新設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)V體下盤南、中、北賦存形態(tài)變化較大時(shí)，有必要作精細(xì)設(shè)計(jì)，即每排扇形孔單獨(dú)做一個(gè)設(shè)計(jì)。

8)現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員將修改后設(shè)計(jì)上交主管領(lǐng)導(dǎo)審核，確認(rèn)無(wú)誤后將《采礦臺(tái)車中深孔作業(yè)記錄表》下發(fā)阿特拉斯1254采礦臺(tái)車司機(jī)進(jìn)行穿孔。

9)現(xiàn)場(chǎng)操作人員嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行穿孔，對(duì)穿孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的礦巖情況變化及時(shí)準(zhǔn)確的填寫到《采礦臺(tái)車中深孔作業(yè)記錄表》，并及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員，如表3。

表3 采礦作業(yè)區(qū)采礦臺(tái)車中深孔作業(yè)記錄表

10)穿孔工作結(jié)束后，阿特拉斯1254采礦臺(tái)車司機(jī)將《采礦臺(tái)車中深孔作業(yè)記錄表》上交現(xiàn)場(chǎng)采礦技術(shù)人員存檔。

5 礦體下盤扇形中深孔的爆破方式

采用控制爆破的方式，具體表現(xiàn)為通過(guò)控制數(shù)碼雷管延時(shí)爆破的時(shí)間長(zhǎng)度，使礦體下盤扇形中深孔同排孔間爆破順序由垂直孔向下開(kāi)始逐漸延后，使得爆破方向?yàn)榇怪钡V體走向的上盤方向，讓下盤垂直礦體走向布置的扇形孔爆破飛石拋擲到已爆破完的延礦體走向布置的排線所形成的空區(qū)中，剩余未被拋擲的礦石，被爆破破碎后，形成礦石料堆，堆在下盤位置，等下一分段礦體下盤扇形孔爆破后落入下一分段，達(dá)到被回收的目的,如表5所示。

圖5 爆破方向示意圖

根據(jù)礦體內(nèi)下盤扇形孔具體的穿孔情況，當(dāng)孔深小于10 m時(shí)，在孔底布置一個(gè)起爆彈；當(dāng)孔深超過(guò)10 m時(shí)，在孔中間和孔底各布置一個(gè)起爆彈，保證爆轟波的有效傳導(dǎo)；當(dāng)?shù)V體下盤傾角較緩，下盤扇形孔數(shù)目較多時(shí)，采用逐孔起爆和V型爆破結(jié)合的方式，增強(qiáng)爆轟波在自由面間的反射作用，提高礦石的破碎效果，確保礦體按設(shè)計(jì)要求順利剝落。

6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)爆破情況

石人溝鐵礦通過(guò)該礦三期工程采區(qū)-210 m中段11-4#穿M2礦房開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)，爆破后形成空區(qū)，人員無(wú)法進(jìn)入，未將被完全揭露的礦體下盤全貌拍攝出來(lái)，只拍攝部分爆破效果照片，如圖6。

(a) 爆破后下盤效果圖(俯視圖) (b)爆破后下盤效果圖(正視圖)圖6 現(xiàn)場(chǎng)爆破效果圖

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)出礦過(guò)程跟蹤和對(duì)爆破后礦體下盤現(xiàn)場(chǎng)觀察，-210 m中段11-4#穿M2礦房一是空區(qū)下盤坡面平滑，各分段下盤礦石均落入底部受礦結(jié)構(gòu)；二是基本實(shí)現(xiàn)了下盤礦石的全部回收，下盤圍巖保留完好基本未造成礦石貧化；三是通過(guò)后期充填工作驗(yàn)證，平滑的下盤坡面保證了該礦房空區(qū)充填料漿較好的流動(dòng)性，上向充填成功接頂，充盈度良好。

綜上，本文所述方案達(dá)到了預(yù)期目的，解決了垂直礦體走向布置礦房下盤礦石損失貧化的問(wèn)題。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在下盤鑿巖巷道鉆鑿扇形中深孔實(shí)現(xiàn)了對(duì)垂直礦體走向布置礦房下盤礦石的全部回收，同時(shí)避免了非必要巖石混入。在提高礦產(chǎn)資源的利用率，保護(hù)礦山遠(yuǎn)景資源的同時(shí)，提高了原礦質(zhì)量，有效控制了礦石損失貧化率。