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大孔径采矿爆破及采场边界控制爆破技术研究

[日期:2019-10-24]   来源:中国爆破网  作者:鄂尔多斯爆破信息网   阅读:5246[字体: ]

   明

 

(安庆铜矿,安庆246131)

 

摘自《工程爆破文集》第七辑

 

    高阶段大直径深孔采矿法是安庆铜矿主要的采矿方法,文章就大孔径采矿的几种爆破方式及采场边界控制爆破技术进行了分析和总结。

关键词  高阶段采场,大直径深孔采矿,VCR法爆破,侧向爆破,采场边界,控制爆破

 

1  前言

大直径深孔采矿法是随着潜孔钻机的发展和应用而发展起来的一种采矿方法,70年代中期,VCR法在加拿大涅瓦克矿回采间柱试验成功,并很快在世界地下矿山得以推广应用。1982年,我国凡口铅锌矿首先利用VCR法进行间柱和矿房回采试验,随后相继在铜录山铜矿、凤凰山铜矿、狮子山铜矿进行试验,各矿山的试验研究成果均达到国外先进水平,试验成果很快在生产中推广应用。

多年来,采矿界普遍认为在矿岩稳固的急倾斜厚大矿体和块状矿体中采用大孔径,加大孔距和最小抵抗线是增加采矿量、扩大回采规模、提高劳动生产率和经济效益的有效逾、径,大直径深孔采矿法自下而上进行回采,使露天矿山的穿孔、爆破技术应用于地下矿山成为现实,同时代表着地下矿山采矿方法的发展方向。

 

2  采矿方法概述

安庆铜矿矿体属急倾斜矿体,矿体厚度多为50~70m,部分厚大区域达100m左右,矿体上盘为石灰岩,下盘为矽卡岩、闪长岩,矿石类型有磁铁矿含铜、单铁矿、矽卡岩台铜三种,矿、围岩均属中等稳固以上的岩层。采用大直径深孔采矿法双阶段连续回采,回采阶段高度达120m,采场垂直矿体走向布置,分矿房、矿柱两步骤回采,矿房、矿柱宽度均为15m,长度为矿体厚度,高度120m,采场布置上、下两层凿岩硐室,采用Simba261型潜孔钻机分段凿岩,炮孔直径Ф165mm,采场底部布置堑沟式拉底、双侧进路出矿的底部结构,采用ST-5C型铲运机出矿,采场出矿完毕,嗣后一次充填,矿房为一步骤回采采场,实行尾砂胶结充填,矿柱为二步骤回采采场,采用尾砂充填,图l为安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿示意图。

 

3  采场布孔

采场的布孔参数依据爆破漏斗试验结果而定,矿房采场中部炮孔布孔参数取3.0m×3.0m,为有效地控制采场边界,边排孔实行光面爆破,孔网参数取2.2~2.5m×2.0~2.2m(抵抗线×孔间距),边孔至采场边界0.5m.矿柱采场两侧是充填体,矿柱采场的布孔原则是保护两侧的充填体,尽量减少超爆引起的充填体的片落以及爆破规模过大所引起的充填体的垮落。矿柱采场中间孔采用3.0m×3.0m的孔网参数,边排孔依据加强松动爆破理论,采用2.0m×2.0m的布孔参数,实行加强松动爆破,边排孔距充填体边界1.5m~1.7m。

1  安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿示意图

Fig.1  Sketch map 0f high level large-diameter long hole mining method at Anqing Copper Mine

 

采场爆破方式

大直径深孔采矿法的爆破方式通常是VCR法爆破,演变方式有“VCR法切槽—全孔侧向爆破”和“VCR法切槽—分段侧向爆破”,图2为三种爆破方式示意图。

2  大孔采场爆破方式示意图

Fig.2  Sketch map of blasting method in large-diameter long hole stope

 

4.1  VCR法爆破

VCR法爆破即下向倒漏斗爆破,是采用高密度、高威力、高爆速、低感度的****(安庆铜矿用的是普通********),以球形药包(直径与长度之比不超过1:6的药包)自下而上分层爆破。VCR法爆破的装药结构是炮孔下部堵塞1.0~1.5m,药包30kg,上部瞎1.2~1.6m,分层爆破高度2.5~3.0m。VCR法爆破的特点是:(1)爆破效果好。由于形药包的爆破能量利用充分,故矿石破碎块度均匀,大块率仅为1.5%左右;(2)VCR法爆破对硐室、出矿工程及采场围岩破坏性小。VCR法爆破的爆破自由面是下向的,只要控制好炮孔下部堵塞长度、装药量、上部堵塞长度、起爆顺序、最大单响药量、爆破规模,就可以有效地控制爆破对硐室、出矿工程及采场围岩的破坏;(3)采场爆破频率高,爆破作业量大,爆破作业成本高。

 

4.2 全孔侧向爆破

全孔侧向爆破是沿采场高度方向利用VCR法爆破形成竖向切割槽作为自由面,其余炮孔采用球形或柱状药包全孔一次侧向爆破。全孔侧向爆破的特点是(1)爆破规模大,最大单响药量难以控制,爆破对采场稳定的破坏性大;(2)由于岩体存在裂隙,爆破能量利用率低,爆破效果差,大块率为6%左右;(3)采场爆破频率低,采场爆破作业量小,爆破成本低;(4)炮孔下部部分为挤压爆破。

 

4.3 分段侧向爆破

基于对以上两种爆破方式的试验研究,并结合安庆铜矿采场特点,周围工程相互关系,生产能力和劳动生产率的要求,安庆铜矿进行了“VCR法切槽一分段侧向爆破”的采场爆破方式试验并获得成功,其崩矿顺序是先用VCR法爆破形成竖向切割槽,然后以切割槽作自由面,进行分段侧向崩矿,通过控制侧向崩矿的分段高度和崩矿步距来控制爆破规模。

依据对各种形式的爆破方式的研究结论,安庆铜矿矿房采场采用“VCR法小断面切槽一高分段侧向爆破”的爆破方式,切槽范围有3m×3m~5m×5m,侧向爆破分段高度10~15m;矿柱采场采用“VCR法大断面切槽一小分段侧向爆破”的爆破方式,切槽范围10m×10m,侧向爆破的分段高度6m左右。VCR法切槽爆破的装药结构是炮孔下部堵塞0.8~1.0m,药包30kg,上部堵塞1.0~1.2m,分段侧向崩矿采场中间炮孔的装药结构是炮孔下部堵塞0.8~1.0m。单层药包20~25kg,空气间隔0.8~1.0m,上部填砂1.2~1.5m。

VCR法切槽一分段侧向爆破”的爆破方式可有效地控制爆破规模,减少爆破对采场暴露边帮的破坏,减少爆破次数,提高爆破效率,降低爆破成本,并为采场边排孔实施控制爆破和留矿爆破创造优越的爆破条件,有利于维护采场稳定。

 

采场边界控制爆破    

采场边排孔爆破是影响采场边界规整程度的直接因素,并进一步影响到采场的整体稳定性,为此,矿房采场边排孔实行光面爆破,确保采场边界规整,矿柱采场边排孔实行加强松动爆破,减少边排孔爆破时对充填体的破坏。

 

5.1 光面爆破

光面爆破是沿设计的开挖边界钻凿一排光爆孔,减少装药量,多用不耦合装药,在主体超前爆破后,光爆孔里的每个药包均有临空面,将光爆孔爆破,从而形成一个光滑平整的岩壁。

光面爆破孔径165mm,孔问距2.0~2.2m,抵抗线2.2~2.5m,不耦合系数3.0~3.3,线装药密度5.75~6.25kg/m,炮孔邻近系数0.8~1.0。安庆铜矿在多个采场进行了边排孔光面爆破,爆破后,采场帮壁平整,爆破效果良好,但由于岩体弱面的存在,采场空区暴露时间过长时,帮壁存在局部的片落,因此采场爆破完毕,应组织强化出矿,强化充填,缩短采场空区的暴露时间,确保采场稳定。

 

5.2 加强松动爆破

考虑到矿房采场爆破时对矿柱产生一定程度的破坏作用,矿柱采场周边岩体受到破坏,矿柱回采时两侧为充填体,为保护充填体,依据“体积法的原理”,边排孔实行加强松动爆破。

 

加强松动爆破爆破作用指数函数f(n)=0.86,孔径165mm,抵抗线2.0m,孔间距2.0m,空气间隔0.6m,单层药量3~5kg。采场爆破后,经测定,尾砂混入率为3~5%,而采用加强松动爆破之前,采场尾砂混入率为7~10%,由此来看,加强松动爆破对减弱爆破对两侧充填体破坏作用是有效的。

 

5.3  起爆方式

安庆铜矿采场爆破采用非电起爆系统,起爆****是高精度等间隔毫秒****,段别间微差间隔时间25ms,VCR法切槽爆破应保证中心首响切槽炮孔所爆岩体破碎并在即将抛出时起爆后响炮孔,经过对中间孔与边孔选择25ms、,50ms、75ms和100ms四种不同微差间隔时间情况下的爆破高度对比试验,合理的起爆方式为中心切槽孔与边孔合理间隔时间为75~100ms,边孔间微差间隔时间为25~50ms。

侧向爆破采场中间炮孔采用群孔起爆,两排为一段次,中间孔先爆,边排孔滞后,采用“一字形”起爆,起爆孔数3~4个,这样可减少边排孔爆破对采场边界的破坏,使光面爆破和加强松动爆破达到预期的爆破效果。图3为采场爆破起爆顺序示意图。

3  采场爆破起爆顺序示意图

Fig.3  Sketch map of blasting initiating in stope oaving

 

6  几点结论

6.1 高阶段大直径深孔采矿法的使用条件是急倾斜中厚以上,形态较规整,矿、围岩均稳固的矿体。

6.2 采场爆破方式依据矿、围岩的稳固情况而定,分段侧向爆破具有技术上较为稳妥、灵活性较强的特点,具有很高的推广应用价值。

6.3 安庆铜矿针对矿房矿柱采场爆破进行技术研究,形成了成熟的采场爆破方式和边排孔控制爆破技术,矿房采场爆破最大单响药量控制在800~1000kg,矿柱采场爆破最大单响药量控制在400kg以内,矿房采场边孔实行光面爆破,采场帮壁基本规整,矿柱采场边孔实行加强松动爆破,可防止充填体受到破坏而产生较大范围的垮落。

 

 

6.4  实践表明:炮孔质量,充填体质量是制约高阶段大直径深孔采矿法成败的关键,采场爆破是采场回采的核心环节,只有严格控制炮孔质量,通过有效的爆破技术来实现采场的规整性、稳定性,并在保证充填体质量的前提下,才能实现采场顺利回采。

6.5  高阶段大直径深孔采矿法采场结构合理,凿岩效率高,爆破工艺先进,一次崩矿量大,出矿集中连续,机械化程度高,一次连续充填快,作业安全,采场生产能力和劳动生产率高。

 

参考文献

《采矿手册》编辑委员会.《采矿手册》第二卷.北京:金工业出版社.1990

高金石,张奇.《爆破理论与爆破优化》.西安:西安地图出版社.1993


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