時(shí)浩然 李曉東 任慶偉

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

0 引言

石人溝鐵礦為降低中深孔礦房大塊率，在控制炸藥單耗不升高的前提下提高爆破質(zhì)量和出礦效率，提出應(yīng)用小抵抗線寬孔距爆破技術(shù)，詳細(xì)論述該方法的實(shí)施方案，并分別在石人溝鐵礦-180 m水平16-1#～17#穿M2、-180 m水平17-1#～17#穿M2、-180 m水平17-1#～18#穿M2等礦房開展工業(yè)試驗(yàn)，對采場爆破質(zhì)量、礦房大塊率、實(shí)驗(yàn)礦房炸藥單耗等因素進(jìn)行評價(jià)。

1 回采工藝介紹

石人溝鐵礦，對于礦體厚度6～8 m的礦體采用分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法進(jìn)行回采。現(xiàn)場采掘設(shè)備主要有boomer 281掘進(jìn)臺車、Simba 1254采礦臺車、Simba 1354采礦臺車、Charmec 6135XCR型裝藥車、阿特拉斯4 m3內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)等大型現(xiàn)代化礦山設(shè)備。

1.1 采準(zhǔn)工程

石人溝鐵礦井下掘進(jìn)、采準(zhǔn)、回采、出礦均采用大型礦山設(shè)備，為了利于設(shè)備作業(yè)，設(shè)計(jì)巷道凈斷面尺寸為4.5 m×3.8 m，呈三心拱布置，拱高1.5 m。采準(zhǔn)工程斷面穿孔工作采用boomer 281鑿巖臺車進(jìn)行濕式鑿巖作業(yè)。采準(zhǔn)工程斷面穿孔工作共需要穿49個(gè)，平均孔深控制在3～3.5 m。斷面布孔圖及段位分布如圖1所示。

圖1 斷面布孔圖及段位分布

1.2 切割工程

切割工程包含切割平巷、切割天井及拉槽，切割巷的掘進(jìn)工作由281掘進(jìn)完成，切割天井由阿特拉斯1254或1354采礦臺車施工。拉槽采用扇形擴(kuò)槽孔形式，通過在切割平巷內(nèi)向礦體上盤布置扇形擴(kuò)槽孔，將切割天井作為自由面，逐排起爆，最終形成切割拉槽，為后續(xù)中深孔排線爆破提供自由面。

1.3 回采工程

回采工程采用Simba1254、1354型液壓鑿巖臺車在巷道內(nèi)鉆鑿上向扇形中深孔，炮孔直徑φ64 mm。最小抵抗線W取值范圍在1.472～1.920 m之間。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，優(yōu)化設(shè)計(jì)前選取最小抵抗線W=1.8 m，中深孔布孔密集系數(shù)取m=1。因此，本次優(yōu)化設(shè)計(jì)前選取孔底距為1.8 m。中深孔爆破采用25 m半秒延期塑料導(dǎo)爆管雷管起爆。為確保不會出現(xiàn)導(dǎo)爆管雷管切管現(xiàn)象，連線時(shí)采用單塑料導(dǎo)爆管雷管反向起爆。為保證單孔炸藥全部起爆，孔內(nèi)采用雙雷管雙起爆彈孔口與孔底雙向起爆。

2 落礦產(chǎn)生大塊的原因

2.1 地質(zhì)條件影響

礦體中存在節(jié)理裂隙面較為發(fā)育或礦體受夾巖侵入的情況，可能會出現(xiàn)中深孔鑿巖過程與設(shè)計(jì)產(chǎn)生偏差，增大扇形中深孔的孔底距或堵孔的情況，導(dǎo)致礦房產(chǎn)生大塊的幾率增大。

2.2 爆破參數(shù)影響

中深孔孔內(nèi)間距大部分小于排距，根據(jù)爆破后巖石破壞總是沿著最小耗能的方向發(fā)展的原理，每排炮孔之間先被擊穿，當(dāng)爆生氣體沿炮孔排面聚集量過多時(shí)，爆破剩余能量不足以破碎崩離母體的礦石，就會產(chǎn)生大塊。

2.3 穿孔質(zhì)量因素

1254型臺車在穿鑿中深孔過程中會受鑿巖巷頂、底板平整度、巷道斷面尺寸、巷道方位、水文地質(zhì)條件等因素影響，出現(xiàn)炮孔偏斜或?qū)嶋H孔深未達(dá)到設(shè)計(jì)要求等問題，使得爆破參數(shù)中的抵抗線和孔底距增大，導(dǎo)致爆破時(shí)炸藥分布不均勻，產(chǎn)生較多大塊。

2.4 爆破施工因素

在爆破員進(jìn)行裝藥過程中會受炮孔變形、堵碴等因素影響，導(dǎo)致裝藥長度未滿足設(shè)計(jì)要求。爆破員在連接起爆網(wǎng)路過程中，可能會出現(xiàn)雷管段別選用錯(cuò)誤或?qū)П芾坠苓B線不正確，出現(xiàn)個(gè)別炮孔拒爆或早爆的現(xiàn)象，都會提高礦房的大塊率，增加爆破作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

3 試驗(yàn)方案

以-180 m水平17-1#～17#穿M2、-180 m水平17-1#～18#穿M2沿脈礦房為試驗(yàn)，通過縮小中深孔排線的最小抵抗線、增大孔底距，使炮孔密集系數(shù)增大，提高爆破效果。從優(yōu)化爆破參數(shù)、改變布孔方式和裝藥結(jié)構(gòu)、規(guī)范穿孔流程3個(gè)方面改進(jìn)。

3.1 優(yōu)化爆破參數(shù)

3.1.1 中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化

1254型采礦臺車使用接桿鑿巖，考慮其鑿巖機(jī)類型、功率輸出有效范圍、孔內(nèi)偏斜率及車攜鉆桿數(shù)目，炮孔深度設(shè)定為最大不超過20～22 m。

在扇形中深孔爆破中，確定最小抵抗線的數(shù)值，可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)式：

堅(jiān)硬的礦石：W=(23～30)d

(1)

式中：W—最小抵抗線，m；d—炮孔直徑，m；

若再考慮時(shí)間跨度，我們以文獻(xiàn)數(shù)量與時(shí)間跨度之比來說明問題，則顯得更為直觀與合理。宋至明中葉跨度六百余年，總計(jì)30部左右。其中宋代近320年，十余部(彭忠德言“12種”)；元代近百年，共7部；明中前期190年左右，十余部；晚明跨度八十余年[注]③本文所言“晚明”，指嘉靖三十九年(1560)至崇禎十七年(1644)，計(jì)84年。，三十余部。據(jù)此筆者統(tǒng)計(jì)，晚明時(shí)期官箴書的“生產(chǎn)”速度約為：宋至明中葉平均速度的6.5倍、宋代的8.5倍、元代的4.5倍、明中前期的5.5倍。當(dāng)然，這些具體數(shù)字絕非科學(xué)與客觀，在此只是為了更加直觀地表明，晚明官箴書的數(shù)量發(fā)生了驟增。

參照經(jīng)驗(yàn)公式(1)，扇形中深孔最小抵抗線W=(1.47～1.92) m，設(shè)計(jì)中取W=1.5 m。

對于扇形中深孔來說，常用孔底距來反映排內(nèi)深孔的孔網(wǎng)密度，確定孔底距可根據(jù)以下關(guān)系式：

a=m×W

(2)

式中：W—最小抵抗線，m；a—孔底距，m；m—密集系數(shù)，m。

采用扇形中深孔布孔時(shí),扇形中深孔孔底密集系數(shù)m=0.9～1.5,設(shè)計(jì)中取m=1.5。

參照經(jīng)驗(yàn)公式(2)，設(shè)計(jì)中孔底距a=2.3 m。1254型臺車現(xiàn)場穿孔作業(yè)情況見圖2。

圖2 1254臺車現(xiàn)場穿孔作業(yè)

3.1.2 爆破時(shí)間間隔

小抵抗線寬孔距爆破技術(shù)充分利用微差爆破作業(yè)原理，通過先起爆的藥包為相鄰的藥包多創(chuàng)造一個(gè)新的自由面，并在爆破過程中對礦石產(chǎn)生二次破碎的效果。相較于原中深孔設(shè)計(jì)單自由面的情況能夠有效降低炸藥單耗，提高炮孔使用率，強(qiáng)化爆破效果。

通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

(3)

式中:Δt—合理起爆時(shí)差，ms；t—應(yīng)力波作業(yè)時(shí)間，ms；k—路徑系數(shù)；W—最小抵抗線，m；vc—裂隙傳播的極限速度，m/s；tb—前藥包為后藥包形成明顯的自由面時(shí)間，m/s；

石人溝鐵礦結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，最終選取微差爆破的間隔為50 ms。

3.1.3 切割天井布置

石人溝鐵礦中深孔礦房切割天井由阿特拉斯1254或1354采礦臺車進(jìn)行穿孔，切割天井段高11～13 m、規(guī)格為2 m×2 m。由4個(gè)直徑為102 mm的空孔和18個(gè)直徑64 mm的裝藥孔，通過分段爆破一次爆破成井完成，切割天井布孔示意圖如圖3所示。

圖3 切割天井布孔示意圖

3.1.4 扇形擴(kuò)槽孔布置

切割平巷布置在靠近礦體上盤的位置，將拉槽孔以孔底距1.2 m，排距1.5 m垂直孔形式布置在切割天井靠近礦體上盤一側(cè)的穿脈巷內(nèi)，如圖4(a)所示。切割平巷內(nèi)布置孔底距1.5 m，排距1.5 m的扇形中深孔進(jìn)行擴(kuò)槽工程，如圖4(b)所示。對于扇形擴(kuò)槽孔爆破選用25 m半秒延期導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行起爆，采用同排同段位，排間分段逐排起爆的方式進(jìn)行。通過在礦體上盤布置扇形擴(kuò)槽孔，能夠最大程度的回收上盤礦石，減少對礦體上盤巖石的破壞，降低了礦石損失。

圖4 (a)切割天井布孔示意圖

圖4 (b)切割天井布孔示意圖

3.2 布孔方式優(yōu)化

3.2.1 中深孔排線布置

中深孔爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化前炮孔布置為平行扇形中深孔布置，為了提高爆破效果，優(yōu)化布孔方式，采用奇偶排相互交叉布置炮孔，中深孔布置如圖5(a)、圖5(b)所示。優(yōu)化后中深孔爆破時(shí)，先爆炮孔可以為后爆炮孔增加臨時(shí)自由面，提高爆破效果。同時(shí)奇偶排中深孔爆破方向交錯(cuò)，礦塊破碎更均勻，有利于降低中深孔礦房大塊率。

圖5(a)奇數(shù)排中深孔布置圖

圖5(b)偶數(shù)排中深孔布置

3.2.2 控制孔口不裝藥長度

為解決扇形中深孔爆破孔口部位炸藥過分集中，爆破后出現(xiàn)孔口部位粉礦過多的現(xiàn)象。通過控制孔口部位填塞長度，解決空口部位炸藥集中的問題?？刂粕刃沃猩羁滋钊L度一般在(0.4～0.8)W范圍內(nèi)，除邊孔外其他相鄰炮孔均采用交錯(cuò)不等的填塞長度，扇形中深孔爆破單排炮孔裝藥長度如圖6所示。

圖6 扇形中深孔裝藥長度示意圖

3.3 加強(qiáng)中深孔施工過程控制

中深孔穿孔過程中，鑿巖臺車司機(jī)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，在鑿巖過程中應(yīng)隨時(shí)關(guān)注鉆孔范圍及傾角，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整，及時(shí)記錄每個(gè)孔的穿孔情況，并反饋給技術(shù)人員，技術(shù)人員要形成相關(guān)臺賬，為后續(xù)爆破作業(yè)提供詳實(shí)的穿孔資料。同時(shí)，技術(shù)人員在中深孔驗(yàn)收要認(rèn)真記錄實(shí)際情況，對不符合設(shè)計(jì)的要進(jìn)行補(bǔ)孔。

4 應(yīng)用評價(jià)

石人溝鐵礦通過該礦三期工程采區(qū)-180 m水平17-1#～17#穿M2、-180 m水平17-1#～18#穿M2沿脈礦房開展工業(yè)試驗(yàn)，其爆破效果如圖7(a)、圖7(b)所示。

圖7(a)-180 m水平17-1#～17#穿M2礦房礦石塊度

圖7(b)-180 m水平17-1#～18#穿M2礦房礦石塊度

通過跟蹤穿孔、爆破試驗(yàn)、現(xiàn)場出礦、殘礦回收等環(huán)節(jié)，-180 m水平17-1#～17#穿M2、-180 m水平17-1#～18#穿M2兩個(gè)沿脈礦房均采用爆破參數(shù)為孔底距2.3 m，排距1.5 m，奇偶排相互交叉布置的小抵抗線寬孔距爆破試驗(yàn)。礦房爆破后，崩落礦石塊度均勻，經(jīng)統(tǒng)計(jì)大塊率明顯降低，具體數(shù)據(jù)分析見表1，出礦效率有效提高。

表1 實(shí)驗(yàn)礦房與原礦房大塊率統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表

5 結(jié)語

石人溝鐵礦在控制采切工程和鑿巖穿孔成本不變的前提下，應(yīng)用小抵抗線寬孔距爆破技術(shù)的中深孔礦房崩落的礦石破碎寬度均勻，經(jīng)表1統(tǒng)計(jì)分析，大塊率明顯降低。通過分析結(jié)果，使得小抵抗線寬孔距技術(shù)扇形中深孔爆破中可以得到推廣，使礦產(chǎn)資源能夠高效開采，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨著礦山的日益發(fā)展，在目前中深孔爆破參數(shù)的基礎(chǔ)上，要努力克服生產(chǎn)面臨的各項(xiàng)困難，繼續(xù)優(yōu)化中深孔爆破效果，從而為礦山的持續(xù)、健康發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。