無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)選擇淺析

廖成孟,馬建軍,蔡路軍,吳亞東

(1.重鋼集團(tuán)太和鐵礦,四川西昌 615041;2.武漢科技大學(xué)理學(xué)院,湖北武漢 430081;3.武鋼集團(tuán),湖北武漢 430081)

無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)選擇淺析

廖成孟1,馬建軍2,蔡路軍2,吳亞東3

(1.重鋼集團(tuán)太和鐵礦,四川西昌 615041;2.武漢科技大學(xué)理學(xué)院,湖北武漢 430081;3.武鋼集團(tuán),湖北武漢 430081)

本文簡(jiǎn)述了無底柱分段崩落法大結(jié)構(gòu)參數(shù)下,回采爆破參數(shù)優(yōu)化的一種常用方法?；谏刃闻诳妆茖?shí)際問題,結(jié)合結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)爆破的影響,詳細(xì)闡述了無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)的合理選取,并簡(jiǎn)介了其炮孔布置圖的繪制,對(duì)目前相關(guān)礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

無底柱分段崩落法;回采爆破;爆破參數(shù)選擇

Abstract:A method of the optimization of the blasting parameters designs in the pillarless sublevel caving production was resumed in this paper.The suitable parameters of the production blasting elaborately introduced in this paper was optimized according to the analysis of actual blasting problems of the fanshape blasting in the pillarless sublevel caving production and the affection of the structural parameters. Then the layout of blasting bores was drawn as reference.All these results would be an meaningful example of the relevant actual designs.

Key words:pillarless sublevel caving;production blasting;preferences of the blasting parameters

無底柱分段崩落法,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝成熟和經(jīng)濟(jì)合理,常用于金屬礦山的開采中。隨著研究的深入和應(yīng)用的推廣,其結(jié)構(gòu)參數(shù)加大成為發(fā)展趨勢(shì),并將得到更為廣泛的應(yīng)用。但此過程中,仍存在一些問題,如回采爆破參數(shù)設(shè)計(jì)多采用經(jīng)驗(yàn)值選取,相關(guān)理論分析與指導(dǎo)不夠充分,參數(shù)設(shè)計(jì)及調(diào)整不夠合理,使其在實(shí)際應(yīng)用中總存在一些問題,如貧化率高、懸頂、隔墻和大塊率高等。它們影響了采礦放礦的順利進(jìn)行,如得不到有效解決,就會(huì)影響無底柱分段崩落法大結(jié)構(gòu)參數(shù)的使用效果和應(yīng)用前景。因此,必須對(duì)回采爆破參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。研究適合大結(jié)構(gòu)無底柱分段崩落法的回采爆破參數(shù),具有較強(qiáng)的理論和實(shí)際意義。

1 回采爆破參數(shù)優(yōu)化

無底柱分段崩落法常用扇形中深孔爆破落礦,為端部放礦。近幾年,其結(jié)構(gòu)參數(shù)有從小向大的發(fā)展趨勢(shì)。然而,大間距結(jié)構(gòu)情況下,回采爆破參數(shù)的合理選取研究較少。主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整,導(dǎo)致采礦爆破參數(shù)和回采工藝的變化,使崩落松動(dòng)體和放礦橢球體發(fā)生變化,影響礦石的回收率和貧化率?；夭杀浦械膯慰姿幜靠赡茉龃?而使起爆藥量增加,從而爆破震動(dòng)增大。相關(guān)生產(chǎn)爆破問題出現(xiàn)幾率可能增加,相關(guān)的爆破參數(shù)有可能需要增改。在結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后,優(yōu)化爆破參數(shù)主要有炮孔布置形式、裝藥結(jié)構(gòu)、邊孔角、崩礦步距、孔底間距、孔口堵塞長(zhǎng)度、起爆位置和起爆微差等。

(1)單位炸藥消耗量

炸藥單耗值主要受礦石的可爆性、孔徑、炸藥性能和采幅寬度等因素影響,其最佳值應(yīng)能使噸礦最終成本最低,依體積公式簡(jiǎn)化計(jì)算如下:

式中:q——炸藥單耗,kg/m3;W——最小抵抗線,m;S——一排扇形孔的崩礦面積,m2。

此值亦可進(jìn)行中深孔爆破漏斗試驗(yàn)得出。[1]按藥包最優(yōu)埋置深度的漏斗爆破量(爆渣稱重),來核定最佳單位炸藥消耗量,但得出的指標(biāo)偏低,還應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐適當(dāng)調(diào)整計(jì)算值。

(2)崩礦步距

分段高度和回采巷道間距確定時(shí),崩礦步距存在最優(yōu)值。當(dāng)放礦橢球體與礦石脊面相切時(shí),沿進(jìn)路方向恰與垂直礦巖接觸面相切,此時(shí)步距放出礦石最多且混入廢石最少,但正面損失礦石最大;增大崩礦步距,即一次崩礦層厚度增大,可增加每次礦石爆破方量,但從松散介質(zhì)中獲得的有效補(bǔ)償空間將逐漸減少,造成過擠壓現(xiàn)象,影響崩落體形態(tài),甚至產(chǎn)生貼槽等爆破問題,使放出體的形成與發(fā)育受影響,造成正面損失礦石小而混入廢石多;在放出礦巖品位略大于截止品位時(shí)的步距最合適,此時(shí)的回采效率或回貧差可取得最大值。故基于各種礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)下物理模型模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)合端部放礦數(shù)學(xué)模型,計(jì)算一定結(jié)構(gòu)參數(shù)下崩礦步距與各指標(biāo)的關(guān)系,可得出最優(yōu)放礦步距,必要時(shí)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)校核。[2,3]

在炮孔排面布置已制定的前提下,為使炮孔密集系數(shù)增大,防止正面廢石過早混入和更大可能地回收脊部礦石,可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整炮孔堵塞長(zhǎng)度和合理選擇崩礦步距排數(shù),并微差爆破每放礦步距礦石,以達(dá)到更好裝藥與爆破效果。

(3)最小抵抗線與炮孔密集系數(shù)

最小抵抗線即崩礦步距W,與放礦步距成一定的比例關(guān)系。當(dāng)一排炮孔所裝藥量不足以崩落法放礦步距內(nèi)的礦量時(shí),應(yīng)設(shè)多排炮孔,各排孔裝藥量相等時(shí),常為放礦步距與炮孔排距的除值,一般還應(yīng)根據(jù)一個(gè)中深孔能裝入的藥量(Q1= πd2LΔτ/4)和一個(gè)中深孔需要的裝藥量(單位體積炸藥消耗量乘以該孔所負(fù)擔(dān)的爆破方量Q2= WaL q)相等的原則兼顧選取,轉(zhuǎn)化得到如下炮孔密集系數(shù)m的計(jì)算式。[4]

式中:m——炮孔密集系數(shù),m=a/W;d——炮孔直徑,m;Δ——裝藥密度,kg/m3;τ——深孔裝藥系數(shù),τ為裝藥長(zhǎng)度與炮孔長(zhǎng)度的比值,約為0.7～0.8;q——炸藥單耗,kg/m3。

(4)孔底距

由深孔密集系數(shù)m得:

式中:a——孔底距,m;W——最小抵抗線,m。

孔底距還需根據(jù)實(shí)際炮孔設(shè)計(jì)適當(dāng)調(diào)整?？卓诙氯L(zhǎng)度采用作圖法確定[5](圖1),并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整(圖2)。

圖2 炮孔布置圖

圖1 裝藥長(zhǎng)度計(jì)算圖

(5)裝藥結(jié)構(gòu)和微差時(shí)間

微差爆破可在爆破范圍內(nèi)產(chǎn)生殘余應(yīng)力場(chǎng),改變了后爆炮孔的受力狀態(tài);先爆炮孔為后爆炮孔創(chuàng)造了附加自由面,減小了相鄰炮孔間礦石爆破的夾制作用,并使先后爆破巖塊碰撞擠壓時(shí)間增長(zhǎng),降低了塊度;在時(shí)空上更分散了地震波,使之錯(cuò)開相位,避免了地震波的集中。

為操作方便,采用柱狀裝藥孔底起爆,孔間和排間應(yīng)有合理的微差時(shí)間Δt為:

式中:k1——正波歷時(shí)系數(shù),由試驗(yàn)得出,k1= 1.25～1.8;k2——負(fù)波歷時(shí)系數(shù),由試驗(yàn)得出, k2=q(Q-0.18),其中Q是炸藥與巖石波阻抗比值,q為炸藥單耗;S——礦區(qū)礦巖與巖體脫開的距離,一般取S值為0.01m;V——巖塊平均移動(dòng)速度,由試驗(yàn)得出,V=4～7m/s。

相鄰炮孔填塞長(zhǎng)度交錯(cuò)不同,以免局部炸藥過分集中,使能量不當(dāng)損失。其值按孔徑取L=(20～24)d,并依次遞增,最小填塞長(zhǎng)度Lmin≥0.7W。

擠壓爆破時(shí),間隔時(shí)間應(yīng)大于微差間隔時(shí)間。根據(jù)所選微差毫秒管的實(shí)際微差條件,在試驗(yàn)與應(yīng)用中,應(yīng)因地制宜合理地選取微差間隔時(shí)間,以達(dá)到良好的爆破效果及簡(jiǎn)便操作,降低爆破震動(dòng)。

采用塑料導(dǎo)爆管排內(nèi)孔間交叉微差爆破,一次爆破全排扇形炮孔(圖3)。

3 應(yīng)用實(shí)例[6]

金山店鐵礦張福山礦區(qū)采用無底柱分段崩落法,尚存在一些問題,如懸頂和大塊率高,造成礦石放不出,致使礦石實(shí)際回收利率不高。為此,礦方迫切尋求解決方法。在確定放礦損失貧化指標(biāo)最優(yōu)時(shí),主要根據(jù)崩落礦巖放出橢球體參數(shù)。在進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型計(jì)算的前提下,進(jìn)行了一系列物理模型放礦試驗(yàn)。結(jié)果分析與對(duì)比,得出16m× 14m的大結(jié)構(gòu)參數(shù)下,采用3.9m的放礦步距可形成較好的橢球體(圖4),相比原10m×10m礦塊參數(shù),1.0m可達(dá)到大結(jié)構(gòu)參數(shù)要求。單位炸藥消耗量、采用經(jīng)驗(yàn)值為塊的炮孔排距2排孔崩礦更合理優(yōu)越,符合現(xiàn)今的0.37kg/t。礦方采用大冶生產(chǎn)的2#、4#銨梯油炸藥,炸藥密度為1.07g/cm3。炮孔直徑為80mm?？紤]礦方粉礦量偏大,為獲取較好的炮孔密集系數(shù),使孔網(wǎng)面積最大,將崩礦步距確定為3.4m?？紤]實(shí)際情況,借鑒礦方生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為在采用1.7m的炮孔排距、3.4m的崩礦步距與2.8m的孔底距時(shí),可取得較好的炮孔密集系數(shù)1.7。綜上所述,結(jié)合礦山實(shí)際生產(chǎn)情況,進(jìn)行了中深孔爆破的炮孔參數(shù)分析與設(shè)計(jì)(表1),并開發(fā)了回采爆破參數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)[7,8],提高了參數(shù)選取和設(shè)計(jì)效率。

表1 8孔炮孔參數(shù)表

圖4 物理模型放礦試驗(yàn)放礦橢球體分析

4 結(jié)語

通過大結(jié)構(gòu)礦塊爆破參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用來看,其效果很好,可滿足大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)礦塊下的爆破生產(chǎn),具有一定的參考和借鑒價(jià)值。其爆破能量分布更均勻,并延長(zhǎng)了爆破作用時(shí)間,礦石擠壓更充分,達(dá)到了大間距礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)下,改善爆破與放礦效果的目的。

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[2] 張國(guó)建.無底柱分段崩落法崩落體研究與應(yīng)用[D].北京:北京科技大學(xué),2004.

[3] 王冠利.大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)在上青礦的研究與應(yīng)用[D].沈陽:東北大學(xué),2005.

[4] 熊國(guó)華,趙懷遙.無底柱分段崩落法[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1998,7.

[5] 李洪源.扇形炮孔合理裝藥長(zhǎng)度的計(jì)算[J].云錫科技, 1994,(4):39-45.

[6] 劉智權(quán).大間距無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)的研究[D].武漢:武漢科技大學(xué),2006.

[7] 廖成孟,馬建軍,等.無底柱分段崩漏法回采爆破參數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2007,27(4):61 -63.

[8] 廖成孟.大冶鐵礦露天轉(zhuǎn)地下安全回采工藝研究[D].武漢:武漢科技大學(xué),2007.

The preferences of the blasting design for the pillarless sublevel caving production

LIAO Cheng-meng1,MA Jian-jun2,CAI Lu-jun2,WU Ya-dong3
(1.Taihe Iron Ore Mine,Chongqing Iron&Steel(Group)Co.Ltd,Xichang 615041,China;
2.College of Science,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China;
3.Wuhan Iron&Steel(Group)Corp,Wuhan 430081,China)

TD853.36+2

B

1004-4051(2010)02-0093-03

2009-08-30

廖成孟(1982-),男,江西贛州人,工程師,重鋼集團(tuán)太和鐵礦;

馬建軍(1958-),男,武漢人,武漢科技大學(xué)理學(xué)院,教授;

蔡路軍(1975-),男,武漢人,武漢科技大學(xué)理學(xué)院,副教授;

吳亞東(1979-),男,武漢人,武鋼集團(tuán),工程師。