中關(guān)鐵礦分段采礦法底部結(jié)構(gòu)切割槽施工工藝優(yōu)化

李子明

（中國(guó)華冶科工集團(tuán)有限公司）

切割槽施工是采場(chǎng)回采的關(guān)鍵，開掘的切割槽質(zhì)量，直接影響礦房落礦效果和礦石損失率、貧化率的大?。?］。尤其在分段采礦的底部結(jié)構(gòu)拉槽時(shí)，傳統(tǒng)的切割槽施工工藝，需要在底部結(jié)構(gòu)布置垂直于采場(chǎng)的切割巷，在切割巷中逐排布置中深孔，通過控制裝藥長(zhǎng)度逐排爆破形成立槽［2］。底部結(jié)構(gòu)中，切割巷要兼作出礦進(jìn)路，傳統(tǒng)拉槽工藝容易造成切割巷出礦口眉線嚴(yán)重破壞，降低礦石回收率。沙河市中關(guān)鐵礦隸屬于河北鋼鐵集團(tuán)，由中冶京誠(chéng)（秦皇島）工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)，中國(guó)華冶科工集團(tuán)有限公司及溫州井巷等多家單位聯(lián)合建設(shè)，采用豎井開拓方式，設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵礦石260萬t。中關(guān)鐵礦是國(guó)內(nèi)著名的大水礦山，地質(zhì)儲(chǔ)量約為9 500萬t，礦石類型主要為磁鐵礦，平均品位為45%，屬國(guó)內(nèi)高品位鐵礦。2020年6月，中國(guó)華冶科工集團(tuán)有限公司與中關(guān)鐵礦簽訂包采合同，同年8月份，中關(guān)鐵礦主井提升系統(tǒng)與井下溜破系統(tǒng)投入運(yùn)行，正式進(jìn)入生產(chǎn)期。中關(guān)鐵礦屬厚大礦體，礦體最大厚度為174.7 m，采場(chǎng)垂直與礦體走向布置。對(duì)于礦體厚大部分，采用大直徑深孔采礦嗣后充填法開采；對(duì)于接近礦體上盤及邊角礦體，采用分段采礦嗣后充填法開采。分段采礦法中共布置2個(gè)水平，-215 m水平為中深孔鑿巖水平，-230 m水平為底部結(jié)構(gòu)出礦水平。在底部結(jié)構(gòu)切割槽施工過程中，需要專門布置垂直于采場(chǎng)的切割巷，在切割巷中逐排布置中深孔，通過控制裝藥長(zhǎng)度逐排爆破形成立槽，但切割巷受爆破影響破壞嚴(yán)重，造成采空區(qū)內(nèi)大量殘存礦石無法及時(shí)回收。本研究針對(duì)該情況，對(duì)底部結(jié)構(gòu)切割槽施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 采準(zhǔn)工程布置

采場(chǎng)垂直于礦體走向布置，采準(zhǔn)工程主要包括穿脈巷、拉底巷、出礦進(jìn)路、切割巷及切割天井等。穿脈巷作為主要的出礦運(yùn)輸巷道，采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度高，左右兩側(cè)均布置有礦房，在整個(gè)回采階段，不允許進(jìn)行破壞。拉底巷主要作為采場(chǎng)底部的鑿巖巷和受礦巷，為采場(chǎng)爆破提供拉底空間。拉底巷根據(jù)鑿巖設(shè)備的選擇，采用3.0 m×3.0 m的小斷面。出礦進(jìn)路連通穿脈巷和拉底巷，是鏟運(yùn)出礦的通道。根據(jù)采場(chǎng)長(zhǎng)度，每個(gè)采場(chǎng)布置3～5條出礦進(jìn)路，每條間隔8.0 m。采場(chǎng)爆破要格外注意出礦進(jìn)路的爆破，否則進(jìn)路變短造成空區(qū)內(nèi)大量殘礦無法回收。切割天井為切割槽爆破提供自由面和補(bǔ)償空間。切割巷垂直于采場(chǎng)布置，為切槽施工提供鑿巖、爆破空間等，因切割巷內(nèi)需要布置中深孔，切巷僅采用噴射混凝土支護(hù)。上分段采準(zhǔn)工程主要包括鑿巖巷、切割巷、切割天井等。底部結(jié)構(gòu)采準(zhǔn)工程布置見圖1。

2 傳統(tǒng)切割槽施工工藝

切割槽長(zhǎng)為18.0 m，寬度為4.0 m，高度等于分段高度（15.0 m），在底部結(jié)構(gòu)中呈V字形。傳統(tǒng)的拉槽方式首先掘切割巷，在切割巷中打上向平行中深孔，以切割天井為自由面，通過控制裝藥長(zhǎng)度逐排爆破后形成立槽［3］。中深孔鑿巖采用YGZ-90型鉆機(jī)，該鉆機(jī)具有操作簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低的特點(diǎn)，在地下金屬礦山應(yīng)用廣泛。中深孔布孔參數(shù)：排距b=1.0～1.2 m，孔底距a=1.0 m，每排布置9個(gè)炮孔。裝藥利用BQF-100型風(fēng)動(dòng)裝藥器，將炸藥吹入孔內(nèi)。裝藥前，在切割槽縱剖面圖圈定崩落范圍，確定每排炮孔的裝藥長(zhǎng)度與孔口充填長(zhǎng)度；裝藥時(shí)，在半導(dǎo)體輸藥管上利用膠帶做好標(biāo)記控制長(zhǎng)度，整個(gè)裝藥過程需要嚴(yán)格控制。

傳統(tǒng)的底部結(jié)構(gòu)切割槽施工工藝主要存在以下幾方面問題：①切割巷中需要中深孔施工，不宜進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，僅采用噴射混凝土支護(hù)，出礦口支護(hù)強(qiáng)度較低。②底部結(jié)構(gòu)爆破需要形成V字形塹溝式拉底空間，炮孔需逐排減小裝藥長(zhǎng)度，然而風(fēng)動(dòng)裝藥器在裝填過程中，控制裝藥長(zhǎng)度操作繁瑣，較難實(shí)現(xiàn)。③距離切井較近、孔口充填較少的排面，往往形成三角破壞區(qū)，縮短了切割巷長(zhǎng)度，造成空區(qū)內(nèi)大量殘存礦石無法回收。傳統(tǒng)切割槽施工中深孔布置見圖2～圖4。

3 底部結(jié)構(gòu)切槽施工工藝優(yōu)化

“三角破壞區(qū)”正是由于切割巷的存在，為中深孔爆破提供了另一個(gè)下向自由面，導(dǎo)致在裝藥柱下端，抵抗線相對(duì)較小的區(qū)域被完全破壞，造成切割巷破壞?！叭瞧茐膮^(qū)”的形成，往往需要在切割槽成形質(zhì)量與保護(hù)出礦巷兩者之間進(jìn)行平衡，一味地減小裝藥長(zhǎng)度，增大孔底抵抗線，又會(huì)造成開槽面積小，影響整個(gè)礦房的落礦效果。因此，對(duì)底部結(jié)構(gòu)切割槽施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，不再專門布置切割巷道，利用拉底巷與出礦進(jìn)路的交叉位置，布置多排傾斜扇形中深孔，通過逐孔爆破的方式形成切割槽。

3.1 采準(zhǔn)工程優(yōu)化

在原有采準(zhǔn)工程布置的基礎(chǔ)上，不再專門布置垂直于采場(chǎng)的切割巷，增加一條傾斜的出礦進(jìn)路。出礦進(jìn)路內(nèi)不需進(jìn)行中深孔鑿巖施工，仍全部采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度不受影響。

3.2 中深孔及裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化

將中深孔由原來在切割巷內(nèi)逐排布置調(diào)整為在拉底巷內(nèi)傾斜布置。將鉆機(jī)固定在拉底巷內(nèi)特定位置，單排排面垂直于拉底巷道向采場(chǎng)邊界施工，共布置5排，各排面保持孔號(hào)相同、炮孔角度相同［4］。中深孔布孔參數(shù)：排距b=1.0 m，孔底距a=1.0～1.2 m。切割槽中深孔在拉底巷內(nèi)布置，不但保護(hù)了出礦進(jìn)路，同時(shí)減少了鉆機(jī)移動(dòng)頻率，方便施工。

在切槽炮孔布置圖基礎(chǔ)上，繪制裝藥結(jié)構(gòu)圖。單個(gè)炮孔排面為束狀孔，在接近巷道頂板開孔處炮孔過度密集，如不對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，造成孔口處裝藥量過大，不利于巷道的保護(hù)，同時(shí)造成成本增加。繪制裝藥結(jié)構(gòu)圖時(shí)，遵循單排最大無藥段距離小于孔底距的原則，各個(gè)孔口充填長(zhǎng)度控制在1.0～8.0 m［5］。利用風(fēng)動(dòng)裝藥器裝填炸藥時(shí)，控制孔口充填長(zhǎng)度難以把控，但只要誤差不大即可。爆破時(shí)根據(jù)“同孔號(hào)同段位”的原則，向切井一側(cè)逐孔拋擲，可以直接形成V形切割槽。

中深孔裝藥為連續(xù)裝藥的柱狀藥包，爆破作用力主要垂直于炮孔方向，從理論上，這種切槽爆破方式隨著炮孔角度增大，爆破作用方向逐漸發(fā)生變化，容易在頂部邊界形成掛角。因此，炮孔布置參數(shù)不宜過大。爆破時(shí)，除切割井提供自由面以外，上部切巷可以為“掛角區(qū)”提供一個(gè)上向自由面，因此爆破效果并不受影響。

利用這種扇形孔逐孔爆破形成的切割槽具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①切割槽質(zhì)量成形可靠，滿足采場(chǎng)落礦要求。②鉆機(jī)移動(dòng)頻率降低，便于施工。③相對(duì)于逐排爆破，坡面光滑平整無臺(tái)階，利于礦石依靠自重順利滑落。④出礦巷道破壞小，基本不存在“三角破壞區(qū)”，有利于更好地回收采空區(qū)內(nèi)殘存礦石。優(yōu)化后切割槽中深孔布置見圖5～圖6。

4 結(jié)語

中關(guān)鐵礦在分段采礦的施工過程中，通過優(yōu)化切割槽施工工藝，巧妙地解決了切割槽成形與保護(hù)出礦巷之間的矛盾，減小了出礦眉線的破壞程度，提高了礦石回收率，對(duì)于類似礦山具有一定借鑒意義。