首云鐵礦無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的研究

徐洲

摘 要：首云鐵礦生產(chǎn)采場采用無底柱分段崩落法開采，無底柱分段崩落采礦法的爆破工作是采礦工程的一個重要環(huán)節(jié)，崩礦步距決定了爆破效果的好壞，進而影響到礦石的回收率和生產(chǎn)成本，同時也影響到安全生產(chǎn)。本文在對采場進行多方案試驗研究基礎(chǔ)上，對首云鐵礦中深孔爆破崩礦步距參數(shù)進行了分析、計算和優(yōu)化。確定了較優(yōu)的參數(shù)組合方案，通過生產(chǎn)實踐，降低了采場貧化和損失指標(biāo)，取得了較好的生產(chǎn)效果。

關(guān)鍵詞：無底柱分段崩落法 降低損失貧化 爆破參數(shù) 崩礦步距

一、引言

首云鐵礦原采用露天開采， 現(xiàn)已轉(zhuǎn)為地下開采， 采用無底柱分段崩落采礦法。該采礦方法的優(yōu)點是回采工藝簡單、靈活性大、作業(yè)安全、便于實現(xiàn)機械化、采礦強度較大；該法的缺點是礦石貧化損失率較大。

為減少對正常生產(chǎn)的影響，試驗地點選擇在II礦帶最南端的29～44m水平。該范圍內(nèi)有兩層礦，其中II①層平均厚度4～5m，傾角80～89°，礦體頂、底板不規(guī)整；II②層平均厚度16～18m，傾角68～80°，礦體頂板不規(guī)整，底板較規(guī)整。該地段有小斷層多條，走向東西，礦體多處被錯斷。

根據(jù)前期礦巖力學(xué)性能實驗結(jié)果，試驗地段礦體堅硬，巖體屬中等硬度。

二、井下崩礦爆破主要參數(shù)確定

1.最小抵抗線（排距）

最小抵抗線W是爆破參數(shù)中最重要的參數(shù)之一，通常根據(jù)鉆孔直徑、礦巖特性、炸藥威力以及對礦巖的破碎程度等要求而定，可按下式計算：

式中：d-孔徑，mm；Simba1354鉆機可選鉆孔直徑在51～89mm之間，可根據(jù)巖性選擇，一般硬巖適合選小直徑鉆孔，參照國內(nèi)相關(guān)礦山使用情況，本次試驗為礦體部位，故選擇鉆頭直徑為76mm，成孔直徑在78～80mm之間；

Q-炸藥單耗，kg/m3； -炮孔裝藥系數(shù)；

D-裝藥密度，kg/m3；m-炮孔密集系數(shù)。

結(jié)合首云礦的情況，選取鉆孔直徑d=0.078`0.08m，壓風(fēng)裝填粘性粒狀銨油炸藥的密度 =1.0～1.1×103 kg/m3，炮孔裝藥系數(shù) =0.7～0.8，孔底密集系數(shù)m=1.1～1.86，設(shè)計炸藥單耗q=0.5～1.0 kg/m3。故可選：W=1.6～1.8m。

2.孔底距

扇形中深孔孔間距有孔底距和孔口距之分，孔底距是指從較淺炮孔的孔底至相鄰較深炮孔的垂直距離，在設(shè)計中用來控制同排炮孔密集度（數(shù)量）；孔口距是指從堵塞較深炮孔裝藥底面至相鄰堵塞較淺的炮孔的垂直距離，它是調(diào)節(jié)孔口裝藥密集度的指標(biāo)，體現(xiàn)崩礦的合理炸藥單耗?？椎拙郺可采用下式計算：

從近幾年井下爆破落礦的發(fā)展情況看出，采用小排距，大孔底距，增大密集系數(shù)是無底柱扇形布孔的發(fā)展趨勢，是有效改善爆破破碎效果的重要技術(shù)途徑。參照同類礦山經(jīng)驗，結(jié)合首云礦的巖性特征取密集系數(shù)m=1.1～1.86，故試驗中孔底距可采用2.2～2.6m。

3.邊孔角

邊孔角是扇形布孔的重要參數(shù)，在無底柱崩落法采礦中，如果分段高度一定時，邊孔角的大小要考慮崩落礦體的側(cè)向自然安息角和鉆機的穿孔能力，特別是上下分層進路交錯布置時，邊孔角決定了最大孔深和排面內(nèi)的炮孔數(shù)量。

堅硬礦石充分破碎時的自然安息角一般不超過60°，考慮到試驗地段礦體屬于中厚偏薄，崩落散體在進路出礦口的兩側(cè)流動性較差，故在滿足鉆機穿孔條件下，盡量選用大邊孔角。試驗選用的Simba1354鉆機的穿孔能力較強，參照同類礦山的經(jīng)驗，本次試驗邊孔角控制在60～65°之間。

三、試驗方案的擬定

影響井下中深孔爆破效果的因素很多，結(jié)合首云礦的實際情況，最主要的影響因素是排距、孔底距和炮孔的裝藥長度，顯然這些因素的影響相互交織在一起，要單獨考察它們對爆破效果的影響在實際生產(chǎn)條件下顯然不太現(xiàn)實。為了即能綜合考察這些因素的影響，又盡可能少得影響生產(chǎn)，采用正交試驗法來制定中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化的現(xiàn)場試驗方案。

正交試驗設(shè)計法，可以減少試驗次數(shù)，縮短試驗周期，降低試驗和生產(chǎn)成本，迅速找到優(yōu)化方案。它利用一套現(xiàn)成的規(guī)格化的表─正交表來安排多因素試驗，并對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，找出較優(yōu)（或最優(yōu)）試驗方案的一種科學(xué)方法。

對于排距和孔底距參照類似礦山經(jīng)驗及目前爆破情況采用等間隔選取，確定大密集系數(shù)布孔原則；對于起爆位置，目前井下上向扇形孔常用的有孔底和孔口起爆，中間起爆法需要在裝藥過程中將裝藥管拔出，安裝起爆藥包后再插入裝藥管，在試驗采場中是不現(xiàn)實的，比較后采用孔底方式。炮孔的裝藥長度則需要整個排面統(tǒng)一考慮，因此試驗就三個因素為目標(biāo)，通過優(yōu)化達到改善中深孔爆破效果的目的，以大塊率和眉線的破壞距離作為考察試驗好壞的技術(shù)指標(biāo)，構(gòu)成正交試驗的因素表1。

表1 試驗因素、條件和指標(biāo)

將影響因素排距、裝藥系數(shù)和孔底距分布用A、B、C表示，采用傳統(tǒng)的正交表來安排試驗，可以選用正交表L9（33）來安排試驗，見表2。

表2 因素水平表

四、爆破效果的觀測

對于井下無底柱分段崩落法爆破落礦，良好的爆破效果意味著禁止出現(xiàn)懸頂、立墻等嚴重影響作業(yè)安全的現(xiàn)象；另外，爆破后的爆堆要破碎均勻、松散，便于鏟運機鏟裝，不合格的大塊少。其次，爆破要為下次爆破創(chuàng)作良好環(huán)境條件，因此，要求爆破后沖均勻，對進路巷道眉線的破壞要小，盡量不影響后排孔裝藥和對后排炮孔造成錯孔、落膛等不良后果。在眾多方面的多個技術(shù)指標(biāo)中，其中眉線破壞距離和大塊率兩個指標(biāo)基本能夠反映爆破效果的優(yōu)劣。一般大塊少，礦巖破碎均勻，爆堆也較松散，便于鏟裝；而眉線破壞小，意味著爆破后沖較小，不易對后排炮孔造成錯孔、落膛等破壞，故選用大塊率和眉線破壞距離來衡量中深孔爆破效果的優(yōu)劣。

五、結(jié)論

結(jié)果表明采用孔底起爆法在首云礦礦體比較穩(wěn)固的條件下，進路的眉線保護較好，為出礦創(chuàng)造了較好的條件。對比國內(nèi)使用simba1354井下大孔徑（Φ76mm）中深孔崩礦的礦山，大紅山礦（礦石f=8～12，大塊率7.93～12.1%），程潮鐵礦（礦石f=8～12，大塊率20%左右），梅山鐵礦（礦體f=10～12，大塊率10.8～67.4塊/萬t），總體而言破碎效果尚可。由此可見，崩礦步距增大對于提高礦山經(jīng)濟效益有利的。因為爆堆體與放出體的吻合程度得到提高，改善了出礦損貧指標(biāo)，進而提高原礦質(zhì)量、降低礦石加工成本。

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