無(wú)底柱分段崩落法中崩礦步距優(yōu)化研究及應(yīng)用

宋慶昌

(五礦礦業(yè)（安徽）工程設(shè)計(jì)有限公司， 安徽 合肥 230000)

0 引言

無(wú)底柱分段崩落法具有安全高效、工藝簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，在我國(guó)金屬礦山中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。無(wú)底柱分段崩落法在放礦過(guò)程中，首先放出純礦石，覆蓋巖層隨著礦石的不斷放出而下降，當(dāng)?shù)V石與巖石混合放出時(shí)，礦石開(kāi)始出現(xiàn)貧化，到截止品位時(shí)，停止出礦，沒(méi)有被放出的崩落礦石將難以回收，從而形成損失。

針對(duì)此類問(wèn)題，很多專家對(duì)于松散截止礦巖的流動(dòng)性問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，探索出諸如“隨機(jī)介質(zhì)放礦理論[2]”“橢球體放礦理論[3]”等放礦理論。一方面，這些理論的研究大多數(shù)是在垂直回采進(jìn)路平面上進(jìn)行的放礦研究，比較適用于底部放礦，但無(wú)底柱分段崩落法的放礦方式屬于端部放礦[4]；另一方面，放礦問(wèn)題的研究涉及到爆破、放礦兩個(gè)工藝過(guò)程，現(xiàn)有研究中有的單純從爆破角度研究對(duì)放礦效果的影響，有的單純從散體介質(zhì)的角度研究放礦過(guò)程中礦巖的流動(dòng)性。行鵬飛等[5]通過(guò)室內(nèi)相似材料放礦模擬試驗(yàn)，測(cè)得了礦巖散體流動(dòng)參數(shù)和沿進(jìn)路方向放出體形態(tài)，得到了不同崩礦步距下的貧損指標(biāo)。宋超[6]通過(guò)物理放礦試驗(yàn)得到了邊孔角大小對(duì)損失貧化率之間的規(guī)律特征。丁航行等[7]采用PFC3D軟件建立了6組不同的放礦模型，以貧化損失率為指標(biāo)優(yōu)化出最佳崩礦步距。許多學(xué)者從不同角度對(duì)如何控制貧損率開(kāi)展了大量研究工作，本文主要研究崩礦步距對(duì)無(wú)底柱分段崩落法在經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)方面的影響。

1 礦山概況

北洺河鐵礦礦床為接觸交代矽卡巖型磁鐵礦，地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖松軟破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙水難以控制，F(xiàn)3斷層影響范圍廣。該礦采用無(wú)底柱分段崩落法，在覆巖下放礦，采用端部移動(dòng)漏斗出礦，由于礦石與廢石的接觸面較多，崩落體形態(tài)變化較大，放礦過(guò)程中損失和貧化問(wèn)題非常突出，統(tǒng)計(jì)表明，北洺河鐵礦采場(chǎng)貧化率為15%～25%，有的采場(chǎng)貧化率達(dá)40%以上，綜合回采率為83%左右，并且出現(xiàn)眉線破壞嚴(yán)重，推墻、懸頂爆破事故多，大塊率高，炸藥單耗高等現(xiàn)象。

而根據(jù)橢球體理論，影響崩落體形態(tài)和放出體形態(tài)的因素很多，主要影響因素為爆破參數(shù)、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)（分段高度H、進(jìn)路間距B、崩礦步距L）、礦石性質(zhì)、覆巖厚度、鏟裝的深度和厚度以及放礦口的尺寸等[8-9]。北洺河鐵礦現(xiàn)有分段高度15 m，進(jìn)路間距18 m和崩礦步距1.7 m，考慮利用現(xiàn)有工程，在保證分段高度和進(jìn)路間距不變的前提下，利用端部放礦理論中貧化損失指標(biāo)的計(jì)算公式優(yōu)化崩礦步距，以期獲得良好的回采效果。

2 崩礦步距參數(shù)優(yōu)化分析

為了減少中深孔施工工程量，降低鑿巖成本和爆破時(shí)炸藥單耗，避免前排爆破沖擊波對(duì)后排炮孔的破壞。改善在圍巖條件差的情況下的爆破效果，同時(shí)為裝藥臺(tái)車施工創(chuàng)造條件，在設(shè)計(jì)中將中深孔崩礦步距從1.7 m增加到了2 m，見(jiàn)表1。炮孔直徑不變，每排炮孔增加一個(gè)孔，降低孔底距，增加單排炮孔裝藥量，同時(shí)也是解決兩邊炮孔在爆破時(shí)由于夾制作用較大，爆破效果較差，出礦口扇形面打不開(kāi)的問(wèn)題，達(dá)到提高礦石回采率的目的。

表1 爆破參數(shù)對(duì)比

（1）鉆孔設(shè)備。采用Simba H1354采礦鑿巖臺(tái)車，配備Φ76 mm鉆頭。

（2）中深孔爆破參數(shù)確定和選擇依據(jù)。利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算最小抵抗線值。根據(jù)所選擇的鉆孔設(shè)備大小，可知孔徑為80 mm。最小抵抗線W為孔徑的25～30倍。

計(jì)算得出最小抵抗線值為2.0～2.4 m。單排炮孔數(shù)目為11個(gè)，邊孔角為57°。為了保證試驗(yàn)的成功率，防止采場(chǎng)爆不開(kāi)，決定先取較小值2 m崩礦步距進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果再進(jìn)行下一步調(diào)整優(yōu)化。

3 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 工業(yè)試驗(yàn)選址

為了試驗(yàn)爆破參數(shù)的實(shí)用性和可行性，針對(duì)井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，根據(jù)不同的巖性及巖石硬度系數(shù)，選擇不同水平進(jìn)路礦巖分別進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表2。

表2 不同礦巖部位現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選址

3.2 中深孔設(shè)計(jì)及施工

根據(jù)上述確定的爆破參數(shù)，對(duì)-185 m水平1#采場(chǎng) 1-6進(jìn)路和-200 m 水平 3#采場(chǎng)（3-14進(jìn)路、3-15進(jìn)路）分別進(jìn)行回采設(shè)計(jì)變更。-185 m水平1-6進(jìn)路炮排原設(shè)計(jì)為5261 m（32排），變更后為5042.5 m（28排），節(jié)約218.5 m（4排），見(jiàn)表3和圖1。

表3 -185 m水平1-6進(jìn)路經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

圖1 -185 m水平1-6進(jìn)路炮排設(shè)計(jì)變更平面對(duì)比

-200 m水平3-14進(jìn)路炮排原設(shè)計(jì)為6874.5 m（48排），變更后6812 m（43排），節(jié)約62.5 m（5排）；-200 m水平3-15進(jìn)路炮排原設(shè)計(jì)7261 m（49排），變更后6929 m（42排），節(jié)約332 m（7排），見(jiàn)圖2、表4和表5。

表4 -200 m水平3-14進(jìn)路經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

表5 -200 m水平3-15進(jìn)路經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

圖2 -200 m水平3-14進(jìn)路、3-15進(jìn)路炮排設(shè)計(jì)變更平面對(duì)比

原設(shè)計(jì)采用單排同段爆破，推墻、懸頂爆破事故多發(fā)，大塊率高。變更設(shè)計(jì)開(kāi)展多分段爆破，后期的應(yīng)用過(guò)程要求爆破采用3個(gè)段別或4個(gè)段別爆破，一是起到減震的目的，降低對(duì)后排炮孔的破壞，二是中間炮孔爆破后為兩邊炮孔提供臨空面，解決兩邊炮孔在爆破時(shí)由于夾制作用較大，爆破效果較差，出礦口扇形面打不開(kāi)的問(wèn)題，進(jìn)一步改善爆破效果和達(dá)到從源頭上控制大塊同時(shí)提高礦石回采率的目的。通過(guò)采取多分段爆破之后，-170 m水平8#采場(chǎng)、9#采場(chǎng)回采率和-185 m 水平的 3#采場(chǎng)和-200 m水平3#采場(chǎng)回采率得到了提高。

3.3 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果及效益分析

爆破效果分析：綜合以上 3個(gè)部位中深孔米數(shù)、炸藥量和礦量，本次設(shè)計(jì)3條進(jìn)路共節(jié)約613 m（16排）。中深孔施工方面，嚴(yán)格控制質(zhì)量過(guò)程管理：繼續(xù)優(yōu)化排線標(biāo)定，提高排線標(biāo)定的精度；嚴(yán)格要求中孔施工人員按照操作規(guī)程和圖紙進(jìn)行施工；針對(duì)破碎部位卸釬現(xiàn)象，反復(fù)沖洗炮孔內(nèi)壁，將孔內(nèi)碎渣沖洗干凈，確保能夠正常裝藥。

爆破炮排共49排，5次懸頂，1次前貼，爆破事故率為12%，爆破事故多的主要原因是1-6進(jìn)路切巷為蝕變閃長(zhǎng)巖，頂板破碎，切巷交叉口處進(jìn)行了U型支架支護(hù)，爆破時(shí)炮孔變形嚴(yán)重，不能正常裝藥，拉槽高度沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求和隔排爆破后造成5次懸頂。如果此次計(jì)算不包括1-6進(jìn)路，3-14和3-15進(jìn)路共爆破炮排31排，1次前貼，則爆破事故率為 3%，并且未出現(xiàn)懸頂和眉線破壞，爆破效果較好。

（1）毛礦回收率。-185 m水平1-6進(jìn)路，-200 m水平3-14、3-15進(jìn)路設(shè)計(jì)出礦量為74 311 t，實(shí)際出礦量為86 830 t，毛礦回采率為116.85%。

（2）大塊率。-185 m水平1-6進(jìn)路，-200 m水平3-14、3-15進(jìn)路大塊個(gè)數(shù)為1265個(gè)，大塊總重量為6325 t，大塊率為7.28%，低于北洺河鐵礦8%的平均水平。在對(duì)所有試驗(yàn)爆破出礦統(tǒng)計(jì)整理后發(fā)現(xiàn)，大塊率最高達(dá)到21.64%，為1-6進(jìn)路第13排與上分層放透后，大塊率最低為1.45%。

（3）炸藥單耗。-185 m水平1-6進(jìn)路，-200 m水平3-14、3-15進(jìn)路實(shí)際出礦量為86 830 t，實(shí)際消耗炸藥為33 315 kg，炸藥單耗為0.38 kg/t，本次試驗(yàn)不包括切巷巖石炮排和二次處理以及二次爆破。如果按每噸礦石增加0.1 kg炸藥計(jì)算，則炸藥單耗為0.48 kg/t。

（4）返粉率。通過(guò)對(duì)裝藥量的統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)回收計(jì)算。炸藥裝藥量為33 315 kg，返粉量為2095 kg，返粉率為 5.92%，低于北洺河鐵礦返粉率為6.00%的要求。

（5）優(yōu)化崩礦步距后，在 3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)采場(chǎng)中深孔工程量可節(jié)約炮排 16排，節(jié)約鑿巖量為613 m。中深孔單價(jià)為23.52元/m，節(jié)約鑿巖成本為14 417元；節(jié)約炸藥3.482 t，其成本為23 329元，故中孔優(yōu)化后共節(jié)約成本為37 746元，推廣到全礦則每年可節(jié)約鑿巖量1.8萬(wàn)m，炸藥量189 t，共計(jì)可降低成本127萬(wàn)元。

4 結(jié)論

綜合技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，無(wú)底柱分段崩落法放礦過(guò)程中，造成端部礦石品位降低的原因是少量正面廢石的混入，造成放礦截止品位的主要原因是頂部的覆蓋巖層混入大量廢石。通過(guò)優(yōu)化崩礦步距參數(shù)至2 m，降低前排爆破震動(dòng)對(duì)后排炮孔的影響，在一定程度上緩解軟巖和節(jié)理裂隙對(duì)炮孔造成的變形、錯(cuò)位和堵孔現(xiàn)象；改善爆破質(zhì)量，提高出礦效率，減少眉線破壞，降低推墻和懸頂爆破事故的發(fā)生率，獲得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使得毛礦回采率達(dá)到了 116.85%，大塊率為 7.28%，炸藥單耗為0.48 kg/t，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，具有較大推廣價(jià)值。