湘西金矿矿岩分采控制爆破的研究.pdf

≯ 强壮 辞≤ 幕 ； 采矿l 敝 醚肄辩 { } 强 9 t 一 } 若 砀 家 锄 季 铡 喀 湘西金矿矿岩分采控制爆破的研究 湘 西 金 矿 刘 用 章 弋 0 8 t 摘要 ，我 在机挑 水 削 充填法 倾斜薄矿脉中． 进行 矿岩 控制爆破技术研 究并获得成功。在设法的采筠进行矿岩井采试验时 ．肖 j 壁栗用定 向爆破抛掷围告充填空 区． 松动爆破回采矿 脉 ，配上 微型铲 运 机出矿兼 辅助 充填 改进 稻完 善了 回采 工 艺 ．较 好地解 决了开 采缓懊 斟薄矿 脉作 业 中矿岩 递搬和工充填、接顶等一系列拄术难题，使谖法的回采工艺在开采这类矿脉时，更显示出独持的凫进性 关键词缓 倾斜 薄矿 脉矿岩分采定向抛掷爆破松动爆破削壁充填 湘西金矿传统式的削壁充填法开采缓倾 斜极薄和薄矿脉已有3 0 多年的历史，在 生产 中虽然积累了较多较好的经验，但此法仍存 在 不少 的 问题 。最为 突出的 问题是采场生 产 能力小 ，回采周 期长、人 工充填 劳 动 强 度 大、 占用的工时多、效率低。采场平均月出 矿能力仅达2 5 0 t左右 ， 而为了满足矿山年产 量要求，只有 增加 生产 中殴 和采 场个 数，使 得采掘作业战线拉得很长，巷道维护工作量 增加，设备和管线占用多，出矿成本不断升 高，生产管理十分 困难，并且很容易造成开 拓欠帐 ，采 掘失调，生 产接 替不上的 被动局 面。另外，在用此法开采的采场中，若遇到 厚 矿体 时， 由于失去充 填料来源，充 填 难于 接顶，使采场大面积空顶、悬顶， 给回采作 业 带来安全威胁，冒顶片帮伤亡事故不断发 生 。为 了提 高采场生产能力， 解决人工充 填 和采 场顶 板冒落的安全 问题而 进行了 “ 机 械 化水平分层 削壁充填法 采场矿岩分采 控制 爆破 技术与 微型 铲运 机兼辅 助充 填作业 的试 验研究工作。试验研究和实践表明，在用该 法的采场进行 分采矿岩 时，削壁采用 定向抛 掷 围岩充填 空区，松动爆 破 回采矿 脉，用微 型 铲运 机 出矿 比电 耙出矿 效率 高， 利用 抛掷 爆 破和铲运机 辅助充填可 代替人工 充填， 实 湘西金矿矿岩 分采控制爆搜的研究一刘用章 现了充填与 出矿 作业 机械化 ，大大提 高了采 场生产能力 。与 此同时，在抛 掷爆破充填 时 叉能充 分利用爆力 的挤压作用， 促使充填严 密接顶 ，消除了过去开 采这类采 场大面积空 顶 、悬 顶的不安垒 因素 。 由于采 场全 面密实 接 顶充 填， 又可有效地缓解采矿 过程 中顶底 板应力集 中，有利于保持顶板稳定和采场地 压管理，这对改善安全条件、降 低 贪 损 指 标 、提 高采矿综 合效益均具有重要 意义 。现 就矿岩 分采 控制爆破 技术的研究 情况叙述如 后 。 1 矿床地质 与凿岩爆 破 技术 条件 谈矿层属 中低温 热液充填 金、锑 、钨伴 生的石英脉矿矿床。矿体有层间脉、同脉、 节 理脉 三种 类型，其 产状与岩层基本 一致 ， 倾角2 0 。 ～4 5 。 ，平均 2 6 。 。具有工业 价 值 的 层 问脉 有四条，备脉相互平均 分布 ，分 段 富 集， 形成 脉厚0 ． 1 ～2 ． 5 m，单 个矿体是 走向 长5 0 5 0 0 m、倾斜长5 0 0 2 0 0 0 m的板 状硪 体 。矿体沿倾斜方向厚度较稳定，沿走向方 向变化大 。 矿石 坚硬而 稳固，f 8 ～1 2 ，近矿顶底 板 围岩 均为 紫红色 板岩 及蚀变 板岩， 呈 中厚 维普资讯 薄层状，断层节理发育，属中等稳固至不稳 固岩层，f 4 ～8 。围岩允许暴露 面 积5 0 ～ 1 5 0 m。 。石 英脉 与围岩接触 界线 明显 ， 容 易 分离 、识别，但有时石英脉上 下盘 中的 网状 细脉与 围岩界限不十 分明显 。 由于成矿后 的 断层破 坏了岩体的整体性 ，上 盘围岩易顺层 剥落或沿断层、节理面塌落，给开采带来很 不 利的 因索 。 矿岩的凿岩爆破性能较好，矿石脆性尤，爆 破后易成无定形的碎块或粉矿 矿石体重为 2 ． 8 2 t l m }岩石体重为 2 ． 7 t ／ m。 |粉散系数 为 1 ． 6 。 2缓倾斜薄矿脉机械化 水平分层削壁充填法方案 该方案主要 适用于开 采矿石稳 固及 围岩 不稳固的脉厚0 ． 6 ～1 ． 5 m，倾角小 于3 0 。的 矿体，其采场结构特征见图 1。矿块沿走向 布最，在矿体下盘掘凿运矿的斜坡道和溜矿 井，逆倾斜上向台阶式的水平分层回采，台 阶宽 2～2 ． 5 m，每分层均从联络道 开 始 沿 矿体走向向两翼回采至矿块边界。采幅高度 控制在2 ． 5 ～3 ． 3 m，分层回采工艺采用凿岩 圈 1 机 械化 水平 分层 削壁充填 采 矿 法典 型方案 图 l 一顺路天井 j 2 一回采分屠 f 3 一铲运机维修嗣 室 4 一脒外运输巷道 5 一下水乎沿脉乎巷，B 一 穿 脉 巷 道 ；7 一溜矿井 8 一转向硐室；9 一锇型铲运 机} 1 o 一切言 f 巷遭{1 1 一分段联络道；1 2 一上水平梧脉 孕巷 1 3 一上 承平脒 外运输 巷道 ； t 4 一斜 坡道 1 5 一 削壁尥孔 1 6 - 一 锚杆 机打眼分次爆破矿岩，削壁时采用定向爆破 将 围岩抛 掷 到下分层 空区充填 。 用E Hs T一 0 ． 5 微型电动铲运机清理完未抛 出的围岩后 ， 再用浅 孔松 动爆 破落矿 ，铲运机 出矿 并沿斜 坡道将矿石 运至淄矿 井，随着 回采工 作面的 推进安装楔管式 锚杆护顶 。 3 矿岩分采控 制爆破技术 及其使用效果 3 ． 1 定向抛掷爆破的应用 3 ． 1 ． 1目的 ，要求及 特点 定向抛掷 爆破 的 目的就是将 爆破下的周 岩，最大限度地抛掷到已采分层 的 空 区 充 填，并随分层 向上 圆采使 之充填接顶，而 同 时又不允许带下矿石抛至充填体 内，增大矿 石损失。抛掷后的各分层台阶要标准成形并 要求底板平整，以利于铲运机运行。削壁抛 掷爆破的特点是在具有夹制作用的倒喇叭口 条件下进行的爆破，为了适应这种条件，将 炮孔沿分层方向或与分层方向呈一定角度平 行布置 ，利用靠 近削壁底板炮孔 和中闽的炮 孔组成的平面，药包按一定的方 向 进 行 起 爆 。平面药包 由 2个或多个柱状药 包组成 ， 各平面药包用半秒差雷管分段起爆，每次爆 破不仅要抛掷药包平面所包围的岩石，而且 还要将接近矿脉下的炮孔用松动爆破的大部 分岩石也要抛出。采用不同的抵抗线控制抛 掷速度以求得不同的抛掷距离，以不同的抛 角来获得不同的抛掷方向。 3 ． 1 ． 2 基 本公式 在抛掷岩石区的空气阻力忽略不计的情 况下，设岩石抛掷水平距离和高差距离分别 为 D和S 见 图 2 ，平面药包 与水 平 面 夹 角用口 表示 以下简称抛角，单位炸 药消 耗量Q与上述参数 有如 下关 系式 Qf a， 1 } 。一 D⋯⋯ ⋯⋯1 q I l 。BB 式 中f 口 ， 抛 角及 落 差 系 数 甬 数 I 有 色矿 一l 9 9 4 ． 5 维普资讯 e 爆破岩石密度，k g ／ m。 } g 重力加速度，m／ s ， 炸 药抛掷能量 有效利用 系数 } e D B 炸药 比能 量N m／ k g ； D 水平抛掷距离 ， } 落差系数 ， 即水 平抛掷 距离 与岩 石降落抛掷距离之比，其值根据抛掷 情况可 为 正值 ，也可 为负值 。 其 中f 口， c t g a s i n a 2 囝 2 削壁定 向抛掷爆破充填 示意图 3 ． I ． 3 抛掷爆破参数的确定 根据矿 山现有凿岩设备 和爆破器材，选 用7 6 5 5 型风 钻，钎头直径 3 8 ～4 0 mm， 2 岩石硝铵炸药和矿 自制乳化油炸药，药卷直 径3 2 ram，长2 0 0 mm， 2 药每卷重 0 ． 1 5 k g ， 乳化油炸药包每个重0 ． 2 k g ， 爆破时，采用非 电导爆管起 爆系统，半秒差雷管超爆。 I 孔深和孔径。按抛掷爆破原理， 抛掷药包平面越大越有利于定向爆破。但由 于 受矿 脉厚度 的限制，炮孔太 深不利于 控制 嗣 石损失贫化，因此，一般采取 炮 孔 深 为 2 ． 0 ～3 ． 3 m，孔径4 0 ～4 2 m } 2 炮孔装填。为了加大岩石的抛掷 量，抛掷 炮孔的装药 系数 一般 为 0 ． 8 。 但 削 壁时为 了 防止带下 矿石 ，靠 近矿脉下 的削壁 炮孔，一般采用间隙装药爆破，装药系数为 0 ． 3 ～O ． 6 ，其 中前排自出面好的炮 孔 为O ． 3 锅 西壹矿矿 岩 舟采 控 jI i4 爆破 的研 究一瓤 章 ～O ． 4 ，随后的炮孔适当增大，最后排 顶 角 上 的炮孔装药 系数 为0 ． 5 ～0 ． 6 ， 3 抛距和抛角 。抛 角是 抛掷 爆破 中 的一个棱心参数 。根据回采条件，一般抛掷 的水 平距 离为 4 ～6 m， 高差 距离 为 0 ． 8 ～ 一 2 ． 5 m，落差系数为 一0 ． 6 ～ 0 ． 4 。并 由 公 式 1 可知，单位药耗与抛掷角及落差系数 的函数成正比，当落差系数和抛 掷 距 离 一 定，抛 角接 近于最 佳抛 角时 ，该 函 数 值 最 小，此时的单位药耗 电最小，爆破成本则最 低。 削壁 前排几个炮孔爆 破时 ，抛 掷空间 比 较 大，抛掷岩石 的着 落点低 于 削璧岩石的质 心 ，落差系数为正值 。此时抛角为 9 0 。或 单 个炮孔爆破都能将爆破岩石抛向 采 空 区 l克 填。随后的抛掷炮孔是关键，抛掷条件差， 落差 系数 为负值，此 时的抛角为 4 5 。 ～6 0 。 获 得结果是，使 函数 f ，a 值达 到 或接 近 于最小 值，其 值等 于4 ～7 }另 一方面，利 用抛角来控制被抛掷的岩石沿着 抛 物 线 运 行，使大部分岩石越过前排炮孔爆破下来的 岩石 障碍直接抛 向空 区顶部充 填，接顶后 的 剩余岩石在重力作用下 自然堆积成爆堆，其 堆积坡面角，一般达到4 0 。 ～4 3 。 ，见图 5} 4单位药耗，最小抵抗 线 及 孔 州 距 。抛 掷爆破参 数犬部分是根 据 试 验 确定 的 。其具体 方法是 根据 爆破 抛掷条件 ，取 ， 6 ，D5 m，依 前人的 实 际 经 验和现 场试验 的凿岩爆破参 数， 结 合 公 式 1 ，玻不同的炸药能量 利用 系数q 0 ． 0 3 ～0 ． 0 6 ，得 出四种不 同的单 耗，最小 抵抗 线 和孔间距，见 表 I。试验表 明，在 使用 2 岩石炸药时，方案 I 能获得良好 的 抛 掷 效 寰 1 现场 试验用的抛 掷爆 破技 术参数 维普资讯 果，在使用乳化油炸药时，方案 Ⅱ也能获得 同样的抛掷效果。非抛掷爆破炮孔的抵抗线 为0 ． 8 ～ 1 ． O m，靠 近矿 脉下 的 削壁炮 孔 ，尤 其是 近顶角上炮孔 ，夹制作用 大，其 抵抗线 还应减少 0 ． 2 ～0 ． 4 m，一 般 为0 ． 5 ～0 ． 8 m。 3 ． 1 ． 4削壁炮孔 排列和起爆 顺序 根据矿岩稳 固程度和脉 幅变化 情况， 削 壁炮 孔排列一 般为梅 花形 、平行两 种形 式， 见图 3。为 了保持 回采 中的采 充乎衡 ，当脉 幅稳 定变化 不大 时，按图4 1 的抛 掷方 向 将 围岩抛 至下方 空区充满接顶 ， 当脉幅 由厚 变薄，分层 之问 出现充 填料 不足时 ，按 图 4 2 抛 掷方 向指 向充填料不 足的空 区 进行 抛 掷充填， 当脉幅 由薄变厚 ，应预先按 图 4 3抛 掷方向将 削壁围岩抛 向后 方未充满 的空区给予补偿充填 。通 过调整抛 掷方向 ， 可将薄 矿脉 地段 多余的 削壁围岩抛至厚 矿体 地段未 充满 的空区充填 。这样除 能保 持采 场 分层之间采克平衡外，还可减少铲运机辅助 充填作业时阈和 废石 外运 。 起爆顺序 ，第一 排炮孔的爆破 顺序依 矿 脉厚度 和矿岩稳定 性而 定 。当矿岩 均稳 定， 采用 同段 起爆 ， 当矿脉稳 固性 较差或矿脉较 厚时 ，宜先起 爆底板两个炮 孔，再爆顶上炮 窜 窜 窜 田3削壁炮孔排列 示意图 4 一梅花 ；b 一平行式1 ． 2 一起爆崾序 孔，后两排爆破顺序是 当削壁量能满足充 填时采用图 3 a 3 、b 3 起赫顺序；当矿脉 厚度 较 大，围岩较稳固时 ，应 利 用 爆 破 顺 序，词整 削壁的抛掷 方向，保 证充填接 顶效 果 ，应按 图 3 a 2 、b 4 起 爆顺序进行 。 图4 炮 孔方 向与抛掷 方向关系 图 l 一炮 孔 ；2 一抛 5 方 向 3 ． 1 ． 5 定 向抛 掷爆 破充填 效粜 实例 抛 掷爆破 效果是 一项综合性 指标 ，它不 仅直接 取 决于炮 孔排列方式 、 方 向、 装 药 量、超爆顺序及平面药包与水平面的夹角， 同时还与矿 岩稳定性 、回采 分层 宽度等 密切 相关。情况不同、效果差异甚大，其实例见 图 5。此 例的矿脉厚度为o ． 6 ～l 。 2 m， 主脉 与 网脉均不稳固， 削壁时 网脉容 易带下来 ， 这时要适 当调整爆破 参数 和起 爆顺序，靠近 网脉下 削壁炮孔，只能采用 分段 间隙装药 的 松动爆破 ，以减少装 药量 ， 防止矿石 带下 被 抛出。即使落下矿石也只能限制 落在 台 阶 上 。在 表 2的爆破参数下 ，本佩_ 能获得较好 的抛掷 效果 ，经测定和计算 ，得 出削壁宽度 1 ． 0 5 m，高度1 ． 8 ～2 ． 1 m， 平 均 单 位 药 耗 1 ． 3 9 k g ／ m。 ，抛掷率8 8 ． 9 1 ，接顶 率8 8 ， 爆堆 坡面角 4 1 。 ， 控顶距3 ． O m， 抛掷 矿 石 损 失 率0 ． 5 ～ 1 ． 0 丧2 不稳定矿脉的 爆破参数 炮 孔 编 号 起 爆 顺 声 最 小 蔷 抗 跛 孔 n问 l 距孔 m 稼 与 矿 碧 同 砸 抛 角 装 药k g置 装 填 系 数 55 0 6B 。 0 T 0 3 5 0 B 0 4 0． 8 有 色 矿 山 1 9 0 4 。 ～ 维普资讯 圈5 矿脉不 够稳固的炮 眼排列及 爆破 效果 3 ． 2 松动爆 破 回采矿脉 落矿炮孔的装药量 ，炮孔排列及角度 ， 在技术上要求不允许破坏上盘围岩，保持顶 板完整，控制矿石不飞入充填体内，减少粉 矿损失。爆破后的爆堆较为集 中，有利于发 挥铲运机铲装 效果 。据此 ，根 据矿脉厚 度 ， 落矿炮孔布置有两种形式 ， 当脉幅犬 于1 ． 5 m 以上，则沿倾斜方向打垂直浅孔，采取小间 距，间隔装药的加强松动爆破方法，当脉幅 小于 1 ． O m以下 ，采取宽 f H] 距，间隔 装 药 的 减弱松动爆破，炮孔滑分层方向平行布置在 矿 脉内，见 图 3 a 2 。松动爆破必然导 致 大块产出率提高，一般达1 5 ％～2 0 ，经二 次破碎后，大块率下降到1 0 以下。结果表 明，在 削壁充填法回采工艺中，采用加强式 减弱松动爆破 回采 矿石，有 利于顼板维护和 降低矿石贫化损失率。 4 评价及技术经 济指标 4 ． 1评价 1 在使用机械化水平分层 削壁充填 法开采倾斜极薄及薄矿脉的实践表明，定向 抛掷爆 破技术实用性强 、机动 灵活 ，只要 削 壁厚度能够平行布置 2 个以上炮孔。就可以 施 行定 向抛掷爆破，抛掷 距离 和抛 掷方 向可 通过调整炮孔的布置形式和装 药量，以达到 预期的抛掷效果， 2 削壁围岩所采用定向抛掷爆破参 数和起爆顺序是台理可行的，在抛掷距离 4 ～ 6 m时，嗣岩抛掷率一般达到8 0 ％ ～9 0 ， 平 均为8 7 ． 9 ，充填接顶 率为7 O ～ 9 0 ， 有 效地 发挥 了此法随 采随充 控制 地压 的积 极 作用 ，改 善 了作业 条件 ，保证 了安全生产 ， 3崩 落在水平分层上未抛掷出的少 部分围岩，可使用微型铲运机清理并铲运至 充填废石堆上 ，这样，抛掷充填加上铲运机 辅助充填，可 以替代过去传统式 的 人 工 充 填，大大减 轻了工人 的劳 动强度，提 高了充 填效率。同时还使每一循环中充填作业所占 用 的时 间由原 5 5 减少到 l 1 ％，从而 加快 了 回采进度，提高了采场生产能力，实现了采 场运搬 无轨化， 4采用松动爆破 回采 矿脉，是控制 矿石贫化损失的一项有效措施，经统计，贫 损 指标 可分 别减少3 ～5 ％和I ～ 1 ． 5 。 4 ． 2 主要技术 经济指 标 表3 主要 技术 经济指标 ～ 法 ～ 掌 子 面 工 教 ，t／ 工 ‘ 斑 8 ．。 6 5 ． B磊 嚣 囊 莆 怯 矿 石 拥 失 率 ， 袖 s ． z 翥 箭 盏 荛 趣 冀 克 填 接 顶 率 晒 7 0 9 0 3 5 4 5 譬 饕 荤 采 场生 产能 力提高 了两倍 ， 掌子 面工 效 提 高了1 ． 4 2 倍 ，损失 率和 贫化 牢 分 别 下 降 2 和8 ． 3 ％， 采场充填率提 高2 5 ～3 5 ％． 但 采矿直接成本 有所 上升 ，见 袁 3。成本 费 用高的原因，除铲运机轮胎等配件消耗费用 外，为 了适 应铲运机工作 高度 ，分层 圆采时 必须多削一部分围岩量，使凿岩爆破材料消 耗升 高，单 位采 矿费用 增加 了0 ． 7 5元／ t 。此 法虽增加了部分采矿成本费用，但 由于它在 稍西金矿矿岩骨采控制爆破的研究刘用章 维普资讯 毫秒级导爆管非电起爆系统在落矿中的应用 金 渠 金 矿 f ． 弓、 b 【 摘 要 】 导 爆 管 非 电 起 爆 系 统 是 7 。 年 代 束 发 展 起 来 的 新 型 爆 醢 器 材 ．此 文概述 了导 爆管非 电起爆 茉 ’ ’ 蠓 t需 蓖 关 键 词 ； 毫 愎斐 塑 墼 堡管 道 效 应 竹 锃 1 导爆管的传爆原理 非 电起爆系统 的第一代是导火索 、导爆 索、第二代是塑料导爆管非电起爆系统，是 瑞 典诺纳 尔 No n e 1 利用 管道 效应研 制的 。 管道效应可用小试验验证，装满了硝化甘油 的小管子不传播爆轰披，褶反，未装炸药的 小管子，则在管道内传播爆轰波。 导爆管内存药量很少，管内炸药量只有 0 ． 3 6 ～0 ． 4 mg ／ c m ，当导爆管被击 发 后， 引起低能爆轰，使冲击波沿着管 道 轴 向 传 递，在 传递过程中使导爆管中的药物发生化 学变化，给冲击波能量，而管道提供了冲击 波的 传播条件 ，使 之连续不 断、稳 定传播 。 管内的爆轰产物沿爆轰方向在管道中运动， 好像活塞在管道中运动一样，使管道内产生 冲击波 ，坡 阵面前面 的介质受到 压 缩 和 扰 动 ，管 壁在 冲击 波作 用下，先是膨胀 ，后 又 收缩，产生径向的弹性冲击波，从而使冲击 波在管内传播，见图 l 。该囹中s 的 位 置是 以Vs 速度传播的冲击波波阵面，0区 由的空 气和炸药是静止不动的， l区是被压鳙的空 气， 2区有炸药颗粒、空气和反应生成物， 3区是混合反应区，在 2区和 3区里发生化 开采 中的机械化程 度高， 回采 亡 艺 先进，采 场出矿能力大，采克效率高，安垒可靠，综 台效益好 ，仍是一种很有发展前途的采矿方 法 。 由于此法在 回采工 艺 中，采 用 了控制爆 学变化的生成物急速膨胀产生压力波，使 1 区的空气压缩，压缩空气推动冲击波阵而继 续 滞V s 方 向运 动， 2区和 3区的 气 体 向、 } s 的反 方向形成 气流，在 3Ⅸ足够远 的地方反 应 停止，气 体静止 。 图1 冲击波在管内的运动状况示意图 试验用胃管同时超爆一束几十根导爆管 时，可观察到不紧贴雷管壳的导爆管管壁未 被炸破，但传爆管 已起爆。逮一现象说明导 爆管中的炸药不是靠火焰起爆，而是由于雷 管爆炸后突然压缩导爆管管壁，在瞥内产生 一 定强度的冲击渡 日 f 起 炸药的化学变化 ，使 冲击波稳定传播。 2 导爆营非 电起爆 系统 的 组成和应用 2 ． 1 组成 导爆管 电起爆系统的主体是导爆管干 非 电雷管，全系统 包括 四种元件； 1 ． 击 发元 破和微型铲运机出矿兼作辅助充 填 配 套 技 术 ，使采矿 指标 大为改善 与普通 削壁充填 法相 比 。 参 考文献 咯 责任编 辑周 致勤 一 6一 有 一l g 9 4 ．5 维普资讯