上向扇形深孔爆破技術(shù)在某鈾礦頂柱回收中的應(yīng)用

張榮榮，劉益鑫

(中核韶關(guān)錦原鈾業(yè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512329)

鈾礦資源是國(guó)家的戰(zhàn)略性資源，對(duì)于鈾礦資源必須盡可能地回采利用，減少資源損失。頂柱回收受礦體巖性、厚度、地質(zhì)條件、回采設(shè)備、環(huán)境條件等因素影響，不同的條件適宜的回收方法也不同[1-2]。在鈾礦采場(chǎng)頂柱回收中，普遍采用的方法是人工在采場(chǎng)頂柱下采用鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖作業(yè)；但某鈾礦采場(chǎng)因頂柱有較大裂縫，存在冒頂塌方風(fēng)險(xiǎn)，因此禁止作業(yè)人員進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行回收施工作業(yè)。

為了充分回收鈾礦資源，尋求安全高效的頂柱回收模式，通過(guò)對(duì)頂柱回收方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較，結(jié)合頂柱實(shí)際情況，選擇適合該采場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全的回收方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂柱的安全高效回收。

1 采場(chǎng)概況

1.1 地質(zhì)概況

某鈾礦床位于211礦區(qū)中部偏西，北接305礦床，西為306礦床，位于棉花坑斷裂帶(走向50～60°)與油洞斷裂帶(295～310°)的夾持部位。該礦床屬于熱液充填型礦床，礦體走向330～355°，傾向南西，傾角70～85°，局部近于直立。

礦體為急傾斜脈狀礦體，礦石主要為含赤鐵礦化硅化巖和含礦蝕變破裂花崗巖，礦石密度2.56 t/m3，松散系數(shù)1.5，賦礦圍巖為花崗巖或石英脈巖，礦石及圍巖的含水性極弱，滲透性差。礦區(qū)內(nèi)無(wú)大的地表水體，且區(qū)內(nèi)地勢(shì)較陡，溝壑縱橫，利于自然排水，地表水垂直滲入差，水文條件總體簡(jiǎn)單。

圍巖硬度系數(shù)介于8～12，堅(jiān)硬完整。圍巖蝕變普遍而強(qiáng)烈，自巖漿晚期的自變質(zhì)至巖漿期后的高、中、低溫蝕變作用均很發(fā)育，巖性致密，裂隙不發(fā)育，含水率低。各類(lèi)蝕變主要受近南北向斷裂構(gòu)造控制，特別是中低溫?zé)嵋何g變，具有顯著的水平分帶性[3]。自構(gòu)造帶中心向兩側(cè)依次為硅化、赤鐵礦化、絹云母化、綠泥石化、高嶺石化，直至正?；◢弾r；而在垂直方向上的分帶性不明顯[4]。與鈾礦化關(guān)系密切的蝕變主要是硅化、赤鐵礦化、黃鐵礦化及紫黑色螢石化。

某采場(chǎng)礦體主要以硅化碎裂巖為主，偶見(jiàn)硅化破裂花崗巖，圍巖為粗、中粒蝕變花崗巖，絹云母化、綠泥石化明顯。礦體整體呈梯形，下部礦體厚長(zhǎng)，越往上礦體厚度越薄、長(zhǎng)度越短。礦體靠近頂柱，晚期構(gòu)造活動(dòng)越強(qiáng)烈，硅化碎裂巖越發(fā)育，礦體越破碎，礦帶兩邊存在主裂隙和次級(jí)陡傾斜裂隙。

1.2 采場(chǎng)現(xiàn)狀

某采場(chǎng)位于302礦床，縱向位于-50 m中段至0 m中段，高50 m；橫向位于33號(hào)勘探線(xiàn)以北30 m，31線(xiàn)以南24 m，礦體傾向?qū)偌眱A斜礦體，傾角88°，走向NNW。采場(chǎng)共布置3個(gè)順路井，3個(gè)充填井(10Z01、10T02、10T01)，采場(chǎng)底部保留5 m自然底柱，采用上向水平分層干式充填采礦法。采場(chǎng)從切割層開(kāi)始拉底往上回采，分層高度2 m，采用兩采一充方式，即每回采4 m高度后，采場(chǎng)內(nèi)崩落的礦石通過(guò)順路井集中出礦，采空區(qū)通過(guò)充填井下放充填料進(jìn)行充填。充填平場(chǎng)完成后，保留2 m的作業(yè)空間，進(jìn)行下一循環(huán)回采。

該采場(chǎng)在回采到距離上中段運(yùn)輸巷道5 m左右時(shí)，采場(chǎng)礦體長(zhǎng)度沿走向從104 m減小至65 m。采場(chǎng)目前處于充填階段，采場(chǎng)10T01天井以南的充填已完成，10T01天井以北采空區(qū)為空頂狀態(tài)，空頂高約5.5 m。該采場(chǎng)頂柱長(zhǎng)65 m，剩余高度4.6 m，礦石量2 908 t。

采場(chǎng)在充填階段作業(yè)時(shí)，頂板出現(xiàn)冒頂脫層現(xiàn)象，10T01天井和10Z01天井之間頂板的東西兩側(cè)出現(xiàn)大口裂隙，上部中段沿脈頂板有裂隙。出于安全考慮，避免造成冒頂塌方生產(chǎn)安全事故，作業(yè)人員不能再進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行施工作業(yè)。

2 頂柱回收工藝優(yōu)選

2.1 常規(guī)工藝回收頂柱

采用常規(guī)工藝回收頂柱，需要作業(yè)人員進(jìn)入采場(chǎng)，每班通過(guò)YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)對(duì)頂板進(jìn)行鑿巖布孔爆破，崩落的部分礦石需要留在采場(chǎng)內(nèi)作為作業(yè)平臺(tái)，同時(shí)要留有足夠的作業(yè)空間；多余的礦石需要用電耙耙至順路井出礦格內(nèi)，在頂柱全部回收完后集中出礦。

2.2 下向扇形深孔爆破工藝

下向扇形深孔爆破工藝即根據(jù)采場(chǎng)頂柱現(xiàn)狀，布置合理的深孔爆破參數(shù)，利用原上部中段沿脈作為鑿巖巷道，在上部沿脈內(nèi)使用鉆機(jī)向底部采場(chǎng)頂柱施工下向扇形深孔，在完成鑿巖裝藥爆破工作后，通過(guò)在頂柱脈外布置的出礦巷道與采場(chǎng)連通，用無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)出礦。

2.3 上向扇形深孔爆破工藝

根據(jù)采場(chǎng)頂柱現(xiàn)狀，在頂柱脈外布置1條上向扇形深孔鑿巖巷道，在鑿巖巷道內(nèi)進(jìn)行深孔鑿巖布孔，然后通過(guò)一次性裝藥爆破來(lái)崩落頂柱礦體，再通過(guò)在頂柱脈外布置的出礦巷道與采場(chǎng)連通，用無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)出礦。

2.4 工藝優(yōu)選比較

根據(jù)各頂柱回收工藝內(nèi)容，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)比分析優(yōu)缺點(diǎn)(表1)，優(yōu)選出合適、安全的頂柱回收工藝。

為降低作業(yè)難度和強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)效率，通過(guò)頂柱回收工藝的比較，選用上向扇形深孔爆破技術(shù)回收頂柱，滿(mǎn)足安全生產(chǎn)需要的同時(shí)高效回收鈾礦資源。

表1 頂柱回收工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of top pillar mining technology

3 上向扇形深孔爆破工藝

3.1 頂柱回收采準(zhǔn)設(shè)計(jì)

根據(jù)頂柱現(xiàn)狀，布置2條脈外巷道(脈外鑿巖巷道和出礦巷道)。脈外鑿巖巷道和出礦巷道分別布置于礦體的上下盤(pán)，采用斜坡道方式施工。脈外鑿巖巷道底板標(biāo)高為-3.4 m，出礦巷道底板標(biāo)高為-7.2 m，采場(chǎng)頂柱底部標(biāo)高為-4.8 m，充填料頂部標(biāo)高為-7.2 m，在出礦巷道中每隔一段距離布置與采場(chǎng)貫通的聯(lián)絡(luò)道作為出礦通道。鑿巖巷道用于上向扇形深孔鑿巖，采準(zhǔn)工程布置如圖1所示。

1—出礦巷道；2—鑿巖巷道；3—聯(lián)絡(luò)道；4—上部中段運(yùn)輸巷道；5—頂柱采場(chǎng)邊界。圖1 采準(zhǔn)工程布置圖Fig.1 Layout of mining preparation project

3.2 采礦設(shè)備配置

3.2.1 鑿巖設(shè)備

選擇鑿巖設(shè)備主要考慮炮孔深度、礦體賦存條件、礦巖性質(zhì)、采礦方法和裝藥方式等因素。礦巖堅(jiān)固性系數(shù)(f)為8～12，礦石密度為2.56 t/m3，松散系數(shù)為1.5，炮孔直徑為55 mm。為節(jié)約生產(chǎn)成本，充分利用原有設(shè)備，本次深孔鑿巖最深炮孔長(zhǎng)為10.5 m，結(jié)合礦山現(xiàn)有設(shè)備情況，選取YGZ-90型礦用圓盤(pán)式鉆機(jī)作為鑿巖設(shè)備，可滿(mǎn)足炮孔深度施工要求。

3.2.2 裝藥設(shè)備

目前礦山有BQF-100型風(fēng)動(dòng)裝藥器，是專(zhuān)門(mén)使用散裝銨油炸藥的裝藥設(shè)備。為節(jié)省成本和采購(gòu)時(shí)間，選取BQF-100型風(fēng)動(dòng)裝藥器作為本次深孔爆破散裝銨油炸藥的裝藥設(shè)備。

3.2.3 出礦設(shè)備

采用無(wú)軌鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行出礦作業(yè)，出礦巷道斷面為2.6 m×2.6 m，屬于小斷面巷道，巷道轉(zhuǎn)彎半徑最大5.8 m、最小3.2 m。礦山現(xiàn)有WJ-1內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)機(jī)身寬1.3 m，轉(zhuǎn)彎半徑最大4.3 m、最小2.6 m，滿(mǎn)足要求，可選為出礦設(shè)備。

3.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

地下礦山深孔爆破采礦，首先要形成自由面和補(bǔ)償空間，然后進(jìn)行崩礦作業(yè)。在回采過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置炮孔、排距、抵抗線(xiàn)等爆破參數(shù)，提高爆破效果。

根據(jù)采準(zhǔn)工程布置，本次采場(chǎng)頂柱回收在鑿巖巷道進(jìn)行炮孔鑿巖，炮孔深度在5 m以上，炮孔布置采用上向扇形方式，炮孔直徑(d)為55 mm。根據(jù)最小抵抗線(xiàn)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式W=(25～30)d，可得最小抵抗線(xiàn)為1.37～1.65 m，即最大不能超過(guò)1.65 m。根據(jù)采場(chǎng)頂板礦石巖性，本次爆破炮孔排間距取1.40 m。

孔底距用于控制孔底深度的密集程度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式a=(1.1～1.5)W[6]555計(jì)算得出孔底距為1.54～2.10 m。堵塞長(zhǎng)度L=0.7W，因此堵塞長(zhǎng)度理論值為0.98 m，實(shí)際取1.0 m，線(xiàn)裝藥密度取2.55 kg/m。炮孔排面布置如圖2所示。

1—炮孔；2—鑿巖巷道；3—采場(chǎng)邊界；4—上部中段運(yùn)輸巷。圖2 炮孔排面布置圖Fig.2 Layout of shot hole row arrangement

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)與爆破網(wǎng)絡(luò)

此次深孔爆破共施工48排炮孔，其中27、28、29排為掏槽孔，掏槽孔內(nèi)橫向炮孔中的電子雷管設(shè)置成同段微差，從掏槽孔往采場(chǎng)南北兩邊的各排炮孔中的電子雷管設(shè)置成同段微差；起始電子雷管微差設(shè)置為25 ms，往后每段微差依次遞增75 ms。采用連續(xù)裝散裝銨油炸藥，孔內(nèi)全長(zhǎng)敷設(shè)導(dǎo)爆索，孔內(nèi)電子雷管延時(shí)。

每個(gè)炮孔裝好電子雷管后，用編碼器對(duì)每發(fā)電子雷管進(jìn)行微差設(shè)定，然后將電子雷管腳線(xiàn)與起爆電線(xiàn)連接，用起爆器起爆。

3.5 爆破裝藥及堵塞參數(shù)

在深孔鑿巖完成后，根據(jù)炮孔實(shí)際驗(yàn)收數(shù)據(jù)，對(duì)單個(gè)炮孔裝藥量、裝藥長(zhǎng)度、電子雷管段數(shù)進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)整個(gè)深孔爆破需要的裝藥和堵塞長(zhǎng)度等參數(shù)(表2)。

表2 爆破裝藥及堵塞參數(shù)Table 2 Blasting charge and plugging parameters

3.6 材料消耗

對(duì)深孔爆破作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的材料消耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表3)，以全面了解材料消耗情況。

表3 材料消耗Table 3 Material consumption

3.7 應(yīng)用效果

3.7.1 取得的成效

1)采用深孔爆破技術(shù)順利完成了對(duì)該采場(chǎng)頂柱礦體的回收工作，設(shè)計(jì)回收礦量2 908 t，實(shí)際回收礦量2 410 t，回收率83%?；具_(dá)到了預(yù)期效果，有效回收了鈾礦資源。

2)首次引用了電子雷管，可對(duì)每個(gè)雷管獨(dú)立進(jìn)行時(shí)間設(shè)置、雷管性能檢測(cè)；在整個(gè)爆破網(wǎng)絡(luò)連接后，可對(duì)爆破網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)。當(dāng)所有網(wǎng)絡(luò)合格后，方可起爆，實(shí)現(xiàn)了爆破網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)安全。

3)首次采用BQF-100裝藥器進(jìn)行散裝硝銨炸藥裝藥工作，炮孔內(nèi)炸藥更密實(shí)，裝藥速度更快，減少了裝藥勞動(dòng)強(qiáng)度。

4)深孔爆破回收頂柱礦體有效規(guī)避了常規(guī)回收頂柱礦體存在的安全問(wèn)題，在采場(chǎng)外施工，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.7.2 不足及改進(jìn)措施

1)由于采場(chǎng)頂柱礦體冒頂后形態(tài)變化大，炮孔鑿巖時(shí)有穿孔。因此在裝藥爆破前需要對(duì)穿孔的炮孔進(jìn)行堵孔，堵塞工作難度高，工作量大。在以后深孔爆破鑿巖時(shí)，需要詳細(xì)調(diào)查礦體形態(tài)分布，準(zhǔn)確設(shè)計(jì)炮孔參數(shù)。

2)對(duì)BQF-100裝藥機(jī)輸藥管的拔管速度控制不精，導(dǎo)致不能完全按設(shè)計(jì)裝藥量裝藥，有些甚至將整個(gè)炮孔裝滿(mǎn)，減少了孔口堵塞距離，導(dǎo)致了炸藥單耗增加。下一步可引進(jìn)更先進(jìn)的散裝炸藥裝藥器，提高裝藥精度，減小人工操作強(qiáng)度。

3)炮孔排間距雖然在最小抵抗線(xiàn)范圍內(nèi)，但爆破得到的大塊礦石多。在深孔爆破排間距的設(shè)計(jì)中，要充分考慮地質(zhì)條件、礦體巖性、礦體厚度等，以降低大塊產(chǎn)出率。

4 結(jié)論

上向扇形深孔爆破技術(shù)在頂柱回收中的成功應(yīng)用，形成了適合中等厚度及以下礦體的深孔爆破技術(shù)，并得出相應(yīng)爆破參數(shù)。結(jié)合無(wú)軌開(kāi)采應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，上向扇形深孔爆破技術(shù)進(jìn)一步提高了采礦工效和本質(zhì)安全度，為礦體破碎、易冒頂脫層、安全風(fēng)險(xiǎn)較大的采場(chǎng)頂柱回收，提供了一種安全回收技術(shù)。