貴州某磷礦深孔爆破回采技術(shù)研究*

王 東

(貴州開磷有限責(zé)任公司,貴州 開陽 550302)

0 引言

隨著生產(chǎn)成本的上升及對安全環(huán)保的愈發(fā)重視,企業(yè)需要根據(jù)礦山實際技術(shù)經(jīng)濟條件,探索安全、高效、節(jié)能的開采方式,以最大化利用寶貴的礦產(chǎn)資源[1-3]。由于各個礦山的礦脈走向、覆巖性質(zhì)、水文地質(zhì)條件等存在差異,故采用的開采方法也會不同[4-6]。為此,在確定生產(chǎn)流程和開采方法之初,礦山應(yīng)結(jié)合初步設(shè)計中的生產(chǎn)能力等資料初選采礦方法,再經(jīng)過專家評定及科研機構(gòu)的進(jìn)一步研究,在技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)可達(dá)預(yù)期的前提下,選擇最優(yōu)開采方案,以使企業(yè)獲得相對理想的綜合效益。

在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中,由于礦巖體的性質(zhì)不同,采用鉆爆法施工時所產(chǎn)生的效果也存在差異。采礦巷道的尺寸和幾何形態(tài)取決于礦山中段生產(chǎn)能力及圍巖的完整性,而裝藥量對巷道穩(wěn)定性和礦石塊度會產(chǎn)生直接影響,因此礦石采掘效率要與采礦流程相匹配[7-8]。如在礦山開采的爆破作業(yè)中,為了達(dá)到預(yù)期的爆破效果,需根據(jù)現(xiàn)場實際情況,確定合理的裝藥量和炮孔排距等參數(shù),并應(yīng)用微差爆破等方法以減少震動[9-11]。針對硬巖礦山的鉆爆采礦,根據(jù)不同開采條件,對大直徑深孔爆破落礦和中深孔爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,通過現(xiàn)場實驗和分析,確定合理的爆破參數(shù)[12-14]。

對于某些特殊礦體的開采,由于地應(yīng)力的綜合效應(yīng)較顯著,為保證礦體開采效果,龍衛(wèi)國等[15-17]開展了炮孔形態(tài)研究,通過探究中深孔破壞規(guī)律并采取合理的護(hù)孔措施,獲得了理想的礦石塊度。羅俊峰等[18-20]基于貴州甕福磷礦的礦脈形態(tài),開展了爆破技術(shù)研究,并將其應(yīng)用于地下開采和露天開采中,各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期。甕福磷礦在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了一定量的磷礦渣,而隨著開采規(guī)模的增大,采空區(qū)數(shù)量也越來越多,為了處理固體廢棄物和控制地壓,實施了充填開采[21-23]。隨著甕福磷礦礦體開采條件的變化,為滿足磷礦資源開采需求,本文分析了大塘礦中采區(qū)的礦巖條件,結(jié)合采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)等指標(biāo),開展了深孔爆破回采技術(shù)研究,旨在為后續(xù)的采礦提供依據(jù)。

1 工程概況

甕福磷礦地處貴州省中部的甕安縣和福泉市境內(nèi),其所屬的大塘礦一標(biāo)段承擔(dān)了大塘礦段中部E8+250-E10+100線、標(biāo)高1 130～1 200 m礦體的開采工作,此區(qū)域內(nèi)礦段沿走向約為26°～28°,除局部礦體產(chǎn)狀向西北小幅倒轉(zhuǎn)外,整體上呈傾向南東的形態(tài)。礦山地質(zhì)資料顯示,此區(qū)域內(nèi)的礦體厚度變化不大,賦存情況較為簡單,主體上形態(tài)較為規(guī)整。對于礦體中相對規(guī)整的白云巖夾層,為了消除廢石對礦石品位的不利影響,在采礦過程中將白云巖夾層上下礦體劃分為兩層,分別采取相應(yīng)的采礦方法開采。

隨著開采的不斷深入,結(jié)合當(dāng)前甕福磷礦的實際情況,需要重新確定采礦結(jié)構(gòu)參數(shù),在選用高效進(jìn)口機械設(shè)備的基礎(chǔ)上,根據(jù)產(chǎn)能要求適當(dāng)加大采場階段與分段高度,為提高井下作業(yè)效率和降低成本創(chuàng)造條件。在國內(nèi)外類似礦體高效采礦技術(shù)研究中,均涉及了高效設(shè)備及鉆爆技術(shù)的應(yīng)用。結(jié)合選礦工藝對礦石質(zhì)量的相關(guān)要求,需對大塘礦采礦方法進(jìn)行優(yōu)選。經(jīng)過一系列技術(shù)經(jīng)濟對比分析,為了減少采切比和提高回采效率,最終確定采用VCR(大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦)法開采。由于該礦段礦體較厚大,因此采場采用垂直走向方式布置。

2 礦房回采方案

對于采用鉆爆法開采的礦山,影響采礦效率和采礦成本的因素較多,在礦體開采之前需要進(jìn)行初步研判與分析。根據(jù)礦體厚度及產(chǎn)狀條件確定采礦方法,結(jié)合礦體爆破條件及破巖效果,將落礦塊度控制在合理范圍內(nèi),以提高出礦效率和臺班工作效率,降低大塊率。根據(jù)大塘礦目前的采場與礦柱布置情況以及礦體與圍巖的物理力學(xué)參數(shù),針對局部圍巖破碎的情況,采用先采第1礦房,間隔3個礦房后再采第4個礦房,即實行“隔三采一”的采礦工藝布置形式。

根據(jù)礦體豎直方向的埋深條件,同時結(jié)合礦山生產(chǎn)能力及礦石選別要求,有時需要單個或者多個中段聯(lián)合作業(yè),以滿足日常生產(chǎn)對礦石的需求[24]。因此,大塘礦總體上采用下行式開采方式組織生產(chǎn),開采方案中的采切工程布置剖面見圖1,采切工程布置側(cè)視圖見圖2,圖中對應(yīng)的工程名稱見表1。采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)為:采場長度15 m;采場的寬度與礦體厚度相同,根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)為28～34 m;采礦中段高度55 m;為減小受礦過程中礦石對底部結(jié)構(gòu)的沖擊,采場塹溝高度設(shè)為15 m,呈上口寬15 m和下口寬為4 m的“喇叭口”形。

表1 VCR法采礦對應(yīng)的工程名稱

圖1 采切工程布置剖面圖

圖2 采切工程布置側(cè)視圖

3 礦房回采工藝

3.1 礦體鑿巖爆破方案

在采用鉆爆法的礦體開采設(shè)計中,需要考慮礦巖體的完整性及可破性等性能指標(biāo)[25],以選擇相適應(yīng)的鉆孔設(shè)備。在鉆孔爆破準(zhǔn)備階段,使用Simba364深孔鑿巖臺車鑿巖,將設(shè)備安放于采場頂部的鑿巖硐室后,向下鉆進(jìn)至拉底受礦硐室的頂板。由于采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)與巖體工程條件關(guān)系密切,依照前期爆破試驗確定鉆孔直徑為140 mm,孔深控制在40 m左右,實際以穿過拉底受礦硐室的頂板為準(zhǔn),理論計算所得的臺班效率為80 m。為了避免大塊率超過限定值,在施工下向鉆孔時要求鉆孔偏斜率≤3%,正常的中間部位炮孔間距為2.35 m左右,底部排距控制在3.1 m左右。

在現(xiàn)場施工過程中,根據(jù)圍巖條件采用光面爆破,以控制工程界限在設(shè)計范圍內(nèi),當(dāng)?shù)V柱邊幫影響深孔臺車作業(yè)時可作適當(dāng)調(diào)整,在采場邊界、礦柱采場、礦柱邊幫及拉槽部位需采用合理的鑿巖爆破參數(shù),以實現(xiàn)預(yù)定的技術(shù)目標(biāo)。結(jié)合以往的爆破經(jīng)驗,炸藥采用標(biāo)準(zhǔn)的粒狀炸藥。為了提高作業(yè)效率和保證爆破效果,在采礦過程中使用袋狀炸藥,以人工手動裝藥的方式進(jìn)行填裝、壓實、封閉等作業(yè)。在實際應(yīng)用中,人工裝藥具有下向孔裝藥效率較高及節(jié)省設(shè)備費的優(yōu)點。在切割天井施工中,采用反井鉆機自下而上的方式鉆鑿,在滿足采礦工藝的同時使成井形態(tài)較為規(guī)整。

3.2 通風(fēng)除塵與礦石運輸

有效的通風(fēng)是保障安全生產(chǎn)的必要條件,可以通過機械或自然通風(fēng)的方式來實現(xiàn)對礦井環(huán)境的凈化,為生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。在大塘礦采礦過程中,充分利用已有工程條件,考慮通風(fēng)需求,建設(shè)必要的通風(fēng)工程,采用機械通風(fēng)和自然通風(fēng)相結(jié)合的方式,借助主風(fēng)流負(fù)壓實現(xiàn)正常通風(fēng)。采場通風(fēng)時新鮮風(fēng)流經(jīng)1 130 m中段,流入1 145 m上盤沿脈巷后再由出礦進(jìn)路聯(lián)絡(luò)道流入采場空區(qū),工作面產(chǎn)生的污風(fēng)上升,流經(jīng)頂部的鑿巖硐室、下盤回風(fēng)巷,再從上部中段回風(fēng)巷流入下盤回風(fēng)井,最終排出地表。

采場分次爆破后礦石落入底部塹溝,具有一定塊度分布的礦石堆積于底部結(jié)構(gòu)的出礦進(jìn)路,為了提高出礦效率和保障作業(yè)人員安全,使用斗容為4 m3的EST/ST1030電動鏟運機出礦,設(shè)備在出礦進(jìn)路進(jìn)入采場裝礦,然后鏟運至上盤溜礦井卸礦,依次循環(huán)進(jìn)行出礦作業(yè)。礦石卸入溜井后順溜至1 130 m運輸水平,再由運礦車運輸至地表的原礦倉。在礦石運輸過程中,綜合考慮采礦進(jìn)度和運輸車輛調(diào)度,靈活調(diào)整采礦生產(chǎn)與運輸流程,使各工序相互協(xié)調(diào),合理統(tǒng)籌,以高效的礦石運輸為采掘、加工及銷售提供保障。

4 結(jié)語

在大塘礦深孔爆破采礦技術(shù)研究中,由于礦巖體力學(xué)性能的特殊性,局部礦巖體較為破碎,制訂合理的安全與質(zhì)量保證措施尤為重要。在采礦方案設(shè)計與實施過程中,建立健全了安全管理機制和安全保證體系,加強了安全事故的源頭控制。因B4-B3礦層地質(zhì)品位較低,為了確保采出礦石的質(zhì)量,因此前期暫不爆破。

在鑿巖爆破控制方面,深孔鑿巖按照礦層的傾向和走向合理布置孔位,從而在滿足深孔臺車的施工要求將孔布置在脈內(nèi)的同時,減少了廢石的混入。爆破作業(yè)時記錄每個孔的巖性變化情況,通過避開廢石爆破而將貧化率控制在6%以內(nèi)。在落礦后的鏟運與運輸環(huán)節(jié),及時清除礦堆里夾雜的廢石或大塊以及掉落的錨桿和錨網(wǎng)等雜物。通過采取一系列保障措施,礦山在日常生產(chǎn)中實現(xiàn)了資源最大限度地回收與利用。