陳能革 朱 磊

（1.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司；2.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責(zé)任公司；3.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

地下礦山采用充填法開(kāi)采時(shí)，若一步驟回采邊界控制不佳、超欠挖嚴(yán)重，不僅影響開(kāi)采作業(yè)安全，增大支護(hù)工作量和支護(hù)成本，還增加了礦石損失率和貧化率，也對(duì)二步驟回采時(shí)充填體穩(wěn)定和礦石質(zhì)量控制等造成負(fù)面影響［1-3］。

以馬鋼白象山鐵礦地下開(kāi)采為背景，針對(duì)一步驟回采過(guò)程中的采場(chǎng)輪廓控制問(wèn)題，在采場(chǎng)邊界控制過(guò)程中引入預(yù)控界面爆破理念，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，為礦山一步驟回采采場(chǎng)輪廓控制提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 礦山概況

1.1 礦山概況

白象山鐵礦采用地下開(kāi)采，設(shè)計(jì)礦石生產(chǎn)規(guī)模為200 萬(wàn)t/a，采用主井-副井開(kāi)拓，對(duì)角式通風(fēng)系統(tǒng)；礦山屬高溫氣液交代層控礦床，即“玢巖鐵礦”中閃長(zhǎng)巖體與周圍沉積巖接觸帶中的鐵礦床。主礦體賦存于閃長(zhǎng)巖與砂頁(yè)巖接觸帶部位，其形態(tài)受礦區(qū)背斜構(gòu)造控制，橫向呈平緩拱形，產(chǎn)狀與圍巖基本一致。頂板圍巖中閃長(zhǎng)巖占44%、角頁(yè)巖占44%，其余為砂頁(yè)巖和脈巖；底板閃長(zhǎng)巖占69%，角巖為31%。閃長(zhǎng)巖強(qiáng)度變化大，局部遇水軟化。角頁(yè)巖在靠近礦體部位有泥化作用，局部較軟弱。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，共發(fā)現(xiàn)10條斷層，對(duì)地下作業(yè)安全構(gòu)成較大威脅。

礦山采用充填采礦方法開(kāi)采，保證地表不發(fā)生大面積陷落，減輕地表水對(duì)采礦的直接影響。礦山采用上向分層充填采礦法，一步驟先采礦房，待礦房充填后再二步驟回采礦柱［4-6］。

1.2 礦山爆破參數(shù)及邊界控制現(xiàn)狀

采場(chǎng)進(jìn)路寬度為6 m，分2層開(kāi)采；先采用水平鉆孔爆破回采上分層，層高3.5 m，形成作業(yè)空間后，再采用臺(tái)階式下向孔爆破下分層，下分層高度主要有3.5、4.0和7.0 m 3種類型。

下向孔采用鑿巖臺(tái)車鉆孔，孔徑70 mm，炮孔傾角90°，正方形布孔；每排4個(gè)炮孔，排距1.5～1.8 m；采用粉狀乳化炸藥卷進(jìn)行爆破。根據(jù)采場(chǎng)巖性條件，每次爆破2～5 排炮孔；采用逐排順序起爆方式，排間炮孔進(jìn)行微差控制；炮孔平面布置見(jiàn)圖1。

地下采場(chǎng)下分層回采時(shí)逐排起爆炮孔，相鄰邊孔間距與正常爆破排距相同，未對(duì)兩側(cè)的邊孔間距進(jìn)行靈活控制。由于采場(chǎng)爆破參數(shù)、起爆網(wǎng)路等不合理，導(dǎo)致爆破后的采場(chǎng)輪廓不規(guī)則、采場(chǎng)邊界質(zhì)量控制差、超欠挖現(xiàn)象突出，不僅增大了礦石損失，降低了礦石回采率，同時(shí)也增大了二步驟回采的難度，使得二步驟回采時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確掌握采場(chǎng)進(jìn)路的邊界，致使大量充填體混入礦石中引起礦石貧化。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，采場(chǎng)不同區(qū)域的超欠挖幅度達(dá)到30～110 cm，在節(jié)理裂隙、斷層構(gòu)造等處變化幅度更為嚴(yán)重。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原理

預(yù)控界面控制爆破是采用預(yù)裂爆破的思想，將預(yù)裂爆破的原理引入到地下爆破采場(chǎng)輪廓控制中［7-8］。具體手段是在采場(chǎng)輪廓上鉆一排相對(duì)密集的預(yù)先起爆邊孔（與預(yù)裂爆破的預(yù)裂孔類似），并在主炮孔爆破之前起爆；邊孔爆破后，沿相鄰邊孔中心連線形成1條具有一定寬度的貫穿切割縫，獲得較平整的采場(chǎng)開(kāi)挖輪廓，然后再起爆主爆孔。預(yù)裂縫可以降低主爆區(qū)爆破對(duì)采場(chǎng)輪廓的破壞，解決超欠挖控制難題，同時(shí)可以有效削弱爆破振動(dòng)危害［9-10］。

由于地下采場(chǎng)不同區(qū)域的礦巖特性、鉆孔深度等存在一定的差異，常規(guī)爆破參數(shù)不具有普適性，需要開(kāi)展不同預(yù)裂孔孔距、裝藥結(jié)構(gòu)、線裝藥密度等的爆破參數(shù)優(yōu)化，以獲得最佳的采場(chǎng)輪廓控制效果。

2.2 試驗(yàn)方案

在地下-430 m 中段865#、869#、625#采場(chǎng)分別開(kāi)展了分層高度3.5、4.0 和7.0 m 的預(yù)裂爆破試驗(yàn)。在采場(chǎng)進(jìn)路兩側(cè)布置小孔距邊孔，孔距為0.9 和1.0 m，邊孔直徑與正常爆破孔相同；邊孔超前主爆孔起爆，建立采場(chǎng)邊界預(yù)控界面；每次爆破3 排主爆孔，試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

2.3 試驗(yàn)參數(shù)

邊孔采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)，導(dǎo)爆索連接起爆；采用φ32 mm 乳化炸藥卷，單支長(zhǎng)度30 cm、質(zhì)量300 g；采用導(dǎo)爆索起爆，炮孔底部加強(qiáng)裝藥。邊孔超前主爆孔110 ms起爆。

對(duì)于865#采場(chǎng)，邊孔深度3.8 m，相鄰邊孔間距1 m；每孔裝7 支φ32 mm 炸藥卷，裝藥量2.1 kg；其中，孔底連續(xù)5 支，加強(qiáng)段裝藥長(zhǎng)度1.5 m，然后依次間隔30 cm 布置1 支炸藥卷；線裝藥密度為0.55 kg/m。試驗(yàn)邊孔數(shù)量為10個(gè)，總裝藥量21 kg。

869#采場(chǎng)分層高度4.0 m，邊孔深4.3 m，相鄰邊孔間距1 m；每孔裝8.5 支φ32 mm 炸藥卷，單孔裝藥量2.55 kg；其中，孔底加強(qiáng)段裝藥長(zhǎng)度1.8 m，然后依次間隔30 cm布置1支炸藥卷；線裝藥密度為0.59 kg/m。試驗(yàn)邊孔12 個(gè)，總裝藥量30.6 kg。炮孔布置和裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2和圖3。

625#采場(chǎng)分層高度7 m，邊孔深7.3 m，相鄰邊孔間距0.9 m；每孔裝15 支φ32 mm 炸藥卷，裝藥量4.5 kg；其中，孔底加強(qiáng)段裝藥長(zhǎng)度2.1 m，然后依次間隔20 cm 布置1 支炸藥卷；線裝藥密度為0.62 kg/m。試驗(yàn)邊孔12個(gè)，總裝藥量54 kg。

2.4 爆破效果分析

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，在地下采場(chǎng)采用預(yù)控界面爆破技術(shù)，待相鄰邊孔貫穿成縫后，可以形成清晰可見(jiàn)的爆破半壁孔，取得較好的采場(chǎng)輪廓控制效果，改善采場(chǎng)超欠挖量現(xiàn)象；整體上，采場(chǎng)輪廓不平整度可以控制在15 cm 以內(nèi)，在礦石完整性好的區(qū)域可以控制在5 cm 以內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)爆破效果見(jiàn)圖4。同時(shí)，地下采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果有力驗(yàn)證了爆破試驗(yàn)參數(shù)的可行性，對(duì)于-430 m 中段其他采場(chǎng)輪廓控制具有較好的指導(dǎo)作用。

2.5 推薦爆破參數(shù)

考慮到礦山不同中段、不同區(qū)域采場(chǎng)的礦巖特性存在一定的差異，根據(jù)-430 m 中段采場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮推薦一步驟下向孔回采預(yù)控界面爆破參數(shù)如表2所示。

結(jié)合推薦爆破參數(shù)表2，應(yīng)根據(jù)礦山一步驟下向孔回采現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際爆破效果，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，以取得最佳的采場(chǎng)輪廓控制效果，避免超欠挖現(xiàn)象，提高礦石的回收率。

3 結(jié)論

（1）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，預(yù)控界面爆破方法是提高采場(chǎng)輪廓控制質(zhì)量的重要技術(shù)手段，在一步驟下分層回采中，可以形成清晰可見(jiàn)的爆破半壁孔，較好地控制采場(chǎng)超欠挖現(xiàn)象，對(duì)于提升礦石回采率以及開(kāi)采安全具有重要意義，適宜根據(jù)礦石回采需要進(jìn)行針對(duì)性的界面控制技術(shù)應(yīng)用。

（2）根據(jù)礦山巖性條件和下向孔深度的不同，一步驟下向孔回采預(yù)控界面控制時(shí)，推薦邊孔距0.8～1.4 m，孔底加強(qiáng)段裝藥高度1.2～2.1 m，線裝藥密度0.45～0.60 kg/m，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)爆破效果對(duì)參數(shù)進(jìn)一步調(diào)控以取得最佳的采場(chǎng)輪廓控制。