张庄铁矿高阶段边帮光面爆破试验与应用.pdf

第38卷第1期 2021年3月 Vol. 38 No.l Mar. 2021 bMg d o i10.3963/j. issn . 1001 -487X. 2021.01.009 张庄铁矿高阶段边帮光面爆破试验与应用 陈五九张德明2,王玉営 1.安徽马钢张庄矿业有限责任公司，六安237471 ；2,湖南中大设计院有限公司，长沙410083 摘 要张庄铁矿一直采用大直径深孔爆破进行矿石崩落回采,新中段增加至90 m高后，为了有效控制爆 破对高边帮完整性的影响，结合本矿山工程特性，通过分析现有控制爆破技术的适用性，引入光面爆破技术， 定型孔径、装药直径、炮孔间距等爆破参数后，按不同线装药密度进行爆破工业试验。整个采场爆破后利用 空区扫描技术对空区边界形状进行绘制，由此分析各组爆破试验实际效果，并确定了适合张庄铁矿高阶段边 帮的主要光面爆破参数为孔径165 mm、装药直径70 mm、不耦合系数2. 36、线装药密度2 kg/m,该技术已在 张庄铁矿其他采场广泛应用。 关键词高阶段边帮；控制爆破；光面爆破；爆破效果；线装药密度 中图分类号TD235 文献标识码A 文章编号1001 -487X202101 -0058 - 06 Tests and Application of Smooth Blasting on Hig h-stag e Slope in Zhang zhuang Iron Mine CHEN Wu-jiul, ZHANG De-ming2, WANG Yu-f u 1. An hu i Ma st eel Zha n gzhu a n g Min in g Co Lt d , Lu a n 237471, Chin a; 2. Hu n a n Zho n g-d a Design I n st it u t e Co Lt d, Cha n gsha 410083, Chin a Abstract Large diameter deep hole blasting has been used for ore caving mining in Zhangzhuang iron mine. To effectively control the blasting impact on the integrity of the high-stage slope, the mine introduced a smooth blasting technology based on the engineering characteristic of the mine and the application of existing controlled blasting tech nology when a new middle section increased to 90 m high. According to different linear charge densities, a blasting industrial test was carried out after fixing the blasting parameters such as the hole diameter, charging diameter and hole spacing. By using the goaf scanning technology, the boundary shape of the goaf was drawn after mining of the whole stope. And then, the actual effect of blasting tests in each group was analyzed. Finally, the main smooth blasting parameters suitable for the high-stage slope were determined as follows the hole diameter was 165 mm, the charging diameter was 70 mm, the decoupling coefficient was 2. 36, and the linear charging density was 2 kg/m. This technolo gy has been widely used in the other stopes of Zhangzhuang iron mine. Key Words high-stage slope； controlled blasting； smooth blasting； blasting effect； linear charging density 近来年,随着我国地下采矿装备水平的大力提 升，采用大直径深孔爆破法对低品位大型矿体的矿 收稿日期2020-10 - 08 作者简介陈五九1969 -，男，高级工程师，安徽马钢张庄矿业有 限责任公司副总经理，E-mail 13855581259 163. com。 通讯作者张德明1982 -，男,博士后，湖南中大设计院有限公司 冶金综合设计所副所长,E-mailleo820425 126. comD 石崩落技术在国内得以广泛应用，该方法爆破工序 简单，回采周期短，爆破规模大，生产能力高，是大型 矿山比较青睐的采矿方法之一九刃。然而,采场结 构参数大,边帮高是其显著特征，再加上大规模的爆 破作用，边帮控制较困难，实际生产中经常出现采场 高边帮的超、欠挖现象,这不仅影响矿山的经济技术 指标，还会产生极大的安全隐患3勺。实践经验表 第38卷第1期陈五九，张德明,王玉富 张庄铁矿高阶段边帮光面爆破试验与应用59 明对地下采场实施控制爆破技术，可有效控制爆破 后高边帮的形状及完整程度,提高矿柱的稳定性，但 对控制爆破的参数大多是借助理论分析、数值模拟、 半经验法等手段进行获取,而其受诸如地质因素、材 料因素和人为因素等多方面影响，难以准确获得相 关参数，直接应用其研究结果风险较大［砂。因此, 选择合适区域进行现场工业试验是改变爆破技术, 获取爆破参数的最直接也是最有效的方法之一，其 研究成果往往可以直接应用于生产实践中。 1试验背景 张庄铁矿是特大型地下铁矿山，主要为石英磁 铁矿体，坚硬完整，普氏硬度系数/二15 16,直采 用大直径深孔爆破进行矿石崩落回采，见图1。其 爆破参数主要为炮孔直径0 165 mm,装 140 mm 药卷乳化炸药，一步回采时采场宽度15 m,中间炮 孔孔网参数3mx 3 m,边孔孔距2 m,与中间炮孔间 距2.5 m,距采场边界0.5 m；均采用间隔装药方式, 边孔装药量较中间孔低30〜40,综合单耗超过 0.4 k g/to 由于一步回采时对边帮并未实施有效的控制爆 破技术,仅降低单孔装药量,导致边帮参差不齐,超 挖现象明显，严重影响二步回采时爆破工作的实施, 同时二步回采时又有大量充填体崩落，造成矿石的 大量贫化。目前矿山为了进一步降低采切工程量, 提高回采效率，将新中段高度由60 m提高到90 m, 随采场高度的增加，一步矿房回采时的原岩矿柱稳 固性进一步削弱,为保证采场作业安全,降低矿石损 失与贫化,提高原岩边帮的完整程度,应对边帮实施 有效的控制爆破技术，采用传统的方法获得爆破参 数不足以解决矿山现有的实际问题，必须通过理论 分析并开展爆破工业试验研究，获得适合张庄铁矿 的边帮控制爆破方式及相应的技术参数。 图1阶段空场采矿方法示意图 Fig. 1 Schematic diagram of stage empty mining 2控制爆破方式及参数分析 21控制爆破方式选择 一步回采时深孔爆破主要控制对象为原岩边 帮,确保爆破后原岩边帮的完整性,为采场充填和二 步回采提供良好的边帮控制条件，减少充填体不规 则形状的产生现象，进而削弱充填体因自身形状产 生垮落现象的发生,进一步降低贫化率,故可在原岩 边帮处实施的控制爆破技术主要有预裂爆破和光面 爆破两种，两者的主要技术区别是与主爆孔的起爆 顺序不同皿⑴。 由于，前期进行预裂爆破探索性试验结果表明， 受地质结构弱面和大药量主爆区爆破共同影响,不 同孔间距和不同线装药密度下预裂爆破均无法取得 较好的爆破效果，因此考虑试验采用光面爆破技术 对一步回采原岩高边帮的完整性进行控制。 2.2控制爆破参数分析 考虑到矿山目前采用的钻机型号和钻孔深度， 钻进165 mm孔径时的孔偏斜率较低，因此定型孔 径165 mm；同时考虑到钻孔施工方便和采场实际宽 度限制，主爆孔参数已定型，故光爆孔距边帮 0.5 m,距主爆孔2 m,根据经验光面爆破的不耦合 系数一般在2〜3为宜卫何，故采用70 mm药卷乳 化炸药进行装药［⑷，不耦合系数2.36。 因此,需要通过爆破试验确定的参数主要是炮 孔间距和线装药密度，两者成正比关系，而一般情况 下光面爆破需采用药串间隔装药方式，为了简化试 验方案与过程，可先固定其中一个参数，探寻合理的 另一参数。相比于线装药密度，孔间距是较为容易 固定的参数，为方便钻孔施工，可按1/2主爆孔排距 施工光爆孔,其值为1.5 m,同时70 mm药卷乳化炸 药单长0.5 m,单重2 k g,最大线装药密度为连续装 药时的4 k g/m。因此，可据此下调装药量，试验合 60爆破2021年3月 理的线装药密度［1517］ O 3爆破工业试验过程及结果 3.1光面爆破试验设计 在张庄矿705采场试验光面爆破，分别按 70 mm 药卷间隔 10 c m、20 c m、30 c m、40 c m、50 c m、 60 c m、70 c m和80 c m进行装药爆破试验,炮孔布 置及编号规则见图2。由于光面爆破需与主爆孔同 次毫秒微差起爆（微差间隔时间大于50 ms）,而矿 山主爆孔设计采用两梯段爆破方式（见图3）,故炮 孔单长50叫梯段爆破高度25 m,每次爆破2排8 个主爆孔和8个光爆孔,每组参数爆破4次,具体单 次爆破参数见表1。孔内全长敷设导爆索，单侧4 个光爆孔同段起爆，孔网参数及起爆顺序见图4O 孔底与孔口均进行堵塞,孔口堵塞长度3 m,孔底堵 塞长度1 m。 P13 P14P23 P24Pl PlPll P12 图2光面爆破工业试验炮孔布置（单位m） Fig. 2 Layout of blasting holes for smooth blasting industrial test（ unitm） P9 P10 Pll P12 P13 P14 P15 P16 图3两梯段爆破示意图（单位m） Fig. 3 Schematic diagram of two-bench blasting（unitm） 图4光面爆破孔网参数及起爆顺序（单位m） Fig. 4 Parameters and initiation sequence of smooth blasting （ unitm） 3.2光面爆破试验过程 整个采场的所有炮孔按设计参数全部施工完毕 并完成切割槽爆破后,对炮孔进行孔深和偏斜率测 定，满足要求后进行本次爆破试验。按不同线装药 密度共进行了 8组试验，首先在切割槽北侧的两侧 边帮处分别按药卷间隔30 c m和60 c m进行装药爆 破，再在切割槽南侧的两侧边帮处分别按药卷间隔 40 c m和50 c m进行装药爆破,观察爆破效果后再 决定其他区域的爆破参数。 （1）装药 由于在进行深孔爆破时，采场底部的“ V ”型嵌 沟已通过中深孔爆破施工完成,故每个炮孔底部处 于临空状态，装药时需先将自制混凝土托盘利用铁 丝悬吊放入孔底，再利用矿渣进行孔底堵塞，见图5 和图6。所有炮孔底部堵塞完成后,先进行主爆孔 装药工作，采用140 mm药卷间隔装药，间隔器采用 1.2 m长竹筒，同时进行光面爆破药串制作,按设计 药卷间隔距离将炸药捆绑在导爆索和铁丝上，在孔 口处利用短钢筋和竹筒拉紧铁丝进行悬吊，防止导 爆索手拉破坏，同时导爆索适当增加长度便于捆绑 起爆雷管，见图7。当光爆孔的单孔装药量超过 25炖时，人工装药较为困难，可分两段装药,每段单 独敷设导爆索并用铁丝悬吊［⑻。所有炮孔装药完 成后进行孔口堵塞工作,方式与孔底堵塞一致，先下 放混凝土托盘，再填入矿渣。 第38卷第1期陈五九，张德明,王玉富 张庄铁矿高阶段边帮光面爆破试验与应用61 表1单次试验爆破参数 Ta bl e 1 Upper t r a pezo id a l ho l e a r r a n gemen t a n d in it ia t io n n et wo r k 注屮ii、Pi2为主爆孔;SC为光爆孔;药卷装药间距10-80 cm分别对应线装药密度3.6-0.8 kg/mo 排号孔号孔深/m 梯段爆破 高度/m 排间 距/m 孔间 距/m 线装药密度/单孔 药量/炖 导爆管 备注 kg-m-1段别数量 P12 孔深基本维持在25 m左右,个别炮孔存在后带现 象,但孔深均超过22 m,整体爆破控制效果较好，降 低了由于后带现象导致大块率产生的可能性。 每次爆破后的出矿过程中对出矿块度进行观 察，矿石整体较均匀，平均块度为300 mm,经统计大 块率低于8，较试验之前的15显著降低，见图9 所示。另外,整个采场出矿完成后进行三维扫描，扫 描结果显示按70 mm药卷装药，间隔距离50 c m的 爆破区域光面爆破效果最好，整体边帮轮廓线与设 计值相差较小，见图10。故可推断在边帮处采用 70 mm药卷装药的光面控制爆破技术后，大块率没 有增加,控制爆破效果较好，减少了超挖现象引起的 大块矿石自然垮落。因此,可确定l・5m孔间距时, 张庄矿合理的光面爆破线装药密度为2.0 k g/m。 a 140 mm药卷装药 a 140 mm cartridg e charg e b 70 mm药卷装药 b 70 mm cartridg e charg e 图8光面爆破后效果图 Fig. 8 Smooth blasting effect a试验前爆破块度 a Blasting frag mentation before test b试验后爆破块度 b Blasting frag mentation after test 图9试验前后爆破块度对比图 Fig. 9 Contrast diagram of blasting fragmentation before and after test 图10空区扫描结果图 Fig. 10 Empty area scanning result 4结语 通过多组光面爆破试验并分析爆破试验结果, 针对在张庄铁矿岩石硬度大的孔深高的特点，一步 回采时对高边帮实施光面控制爆破技术可有效控制 主爆破对边帮的损伤，提高边帮的完整性程度，同时 第38卷第1期陈五九，张德明,王玉富张庄铁矿高阶段边帮光面爆破试验与应用63 采用165 mm孔径、70 mm装药直径、1.5 m孔间距、 2 k g/m线装药密度是较为合理的光面爆破参数，该 技术在其他采场进行大规模应用。所总结的爆破施 工技术经验及主要参数可为类似矿山提供借鉴。 参考文献References [1] 王善元.我国大直径深孔采矿技术的研究与发展趋势 [J].矿业研究与开发,1998,338-11. 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