地下磷块岩深孔回采爆破参数优化.pdf

第 31 卷 第 4 期 2014 年 12 月 爆 破 BLASTING Vol. 31 No. 4  Dec. 2014 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2014. 04. 012 地下磷块岩深孔回采爆破参数优化* 柴修伟 1， 姚金蕊2， 赵 勇2， 张电吉1， 张 寿2， 马伟杰1， 尹 涛1 （1. 武汉工程大学 资源与土木学院， 武汉 430073； 2. 贵州开磷集团矿业总公司， 开阳 550302） 摘 要 随着矿山的生产规模日趋加大， 地下深孔爆破技术成为目前大型地下矿山安全高效采矿的主要手 段。以开阳磷矿区的马路坪矿下磷 4 盘区作为研究对象， 通过现场声波测试分析其矿岩可爆性， 结合地下实 际生产情况， 采用竖直扇形布孔和倾斜扇形布孔相结合的布孔方式， 并进行现场爆破试验。试验结果表明 改进的布孔方式能够降低爆后矿房上部 “三角区” 受顶板压应力作用时的应力集中和矿房底部根底， 同时提 出了合理的爆破孔网参数， 可以指导矿山的实际生产。 关键词 地下磷矿；回采爆破；马路坪矿；孔网参数 中图分类号 TD235. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2014） 04 -0054 -04 Optimization of Longhole Parameters of Stoping Blasting in Underground Hard-to-mine Ore Body CHAI Xiu-wei1， YAO Jin-rui2， ZHAO Yong2， ZHANG Dian-ji1， ZHANG Shou2， MA Wei-jie1， YIN Tao1 （1. School of Resources and Civil Engineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430073， China； 2. Guizhou Kailin Mining Co Ltd， Kaiyang 550302， China） Abstract With the increasing of mining production， the underground deep hole blasting technology became a major means of safe and efficient mining in large underground mine. With the zone 4 of under phosphate in Maluping mine as the research object， the rock blastability was analyzed through field acoustic test. Combined with the practical production situation of underground， the vertical fan bore cloth and tilted fan holes arrangement way were designed， and the on-site tests were pered. The test results show that the improved hole arrangement re- duced the effect of stress concentration at the chamber upper ＂triangle＂ under the roof pressure stress and the toe rock phenomenon at the bottom of chamber. Furthermore， the reasonable blasting hole parameters was also put for- ward to guide the actual production of the mine. Key words underground phosphate；stoping blasting；Maluping mine；blasthole parameter 收稿日期 2014 -10 -17 作者简介 柴修伟 （1980 - ） ， 男， 博士、 副教授， 主要从事爆破工程、 矿山数字化研究，（E-mail） 342650018 qq. com。 通讯作者 尹 涛 （1990 - ） ， 男， 硕士研究生， 从事爆破工程研究， （E-mail） 1095685591 qq. com。 基金项目 国家自然科学基金项目 （51474159） ； 武汉工程大学科学 研究基金项目资助 （13125042） 地下深孔爆破技术以其延米崩矿量大、 一次爆 破量大、 劳动生产率高、 回采强度高、 爆破作业条件 安全、 综合成本低等优点成为目前大型地下矿山安 全高效采矿的主要手段 ［1］。国内外的许多学者对 孔网几何参数、 装填参数和起爆参数等爆破参数进 行了研究和优化， 文献资料显示， 国外侧重于通过人 工智能技术 ［2］、 图像分析技术［3］、 数学建模技术预 测和分析爆破块度来研究和优化爆破参数 ［4］； 国内 学者最初主要通过经验公式和工程类比的方 法 ［5， 6］、 物理试验来优选爆破参数， 随着人工智能和 计算机技术在国内的发展， 专家系统、 系统工程、 数 值模拟等手段也被很多学者用来研究和优化爆破参 数 ［7-10］。 贵州开磷集团开阳磷矿区以其缓倾斜、 中厚矿 体、 顶板不稳固的矿体赋存条件成为地下难采矿体。 以开阳磷矿区的马路坪矿下磷 4 盘区作为研究对 象， 通过分析研究其矿岩可爆性， 结合地下实际生产 情况， 进行现场试验研究， 对不同炮眼布置方式对爆 破效果的影响进行分析， 以利于安全高效开采和降 低爆破成本。 1 矿山工程概况 马路坪矿处于开阳磷矿区中部， 矿体呈稳定层 状产出， 矿层倾角 20 45， 矿体厚 3 6 m。整体 稳定， 矿石本身无粘结性， 节理以及小滑动面较为发 育。其接触面与矿层非常光滑， 在矿层回采一定距 离后， 处于悬空的这层顶板极易发生较大面积的垮 落。地下采矿采用分段空场崩落法回采矿石， 采矿 方法为端部退采分段空场法， 在阶段高度 40 m 的范 围内， 划分为 3 个分段。回采前沿矿体底板在矿体 内掘进分段出矿平巷， 到达矿块边界， 再用扇形中深 孔爆破爆破成槽的切割方式， 采用 90 型风动凿岩机 钻凿扇形中深孔， 单排扇形孔回采矿石， 孔口距 60 cm， 无炮泥堵塞， 每次回采矿体宽度 3. 0 m， 爆破 使用非电导爆管雷管及铵松腊炸药爆破落矿 （有水 炮孔采用 1岩石乳化炸药） 。 2 马路坪矿岩物理性质及可爆性 在矿岩中实施爆破， 被爆矿岩体的地质特征十 分重要， 国内外对爆破工程地质的研究都非常重视， 国内学者多从定性角度分析 ［1］； 而国外学者更侧重 定量分析， 如 C W Livigston 以其变形能爆破漏斗理 论对岩石的爆破性进行分级， F C Bond 用爆破功指 数进行岩石爆破性分级以及前苏联的哈氏分 级 ［11， 12］。 通过对马路坪矿下磷 4 盘区的矿岩进行声波测 试， 进而根据岩石的物理参数求其波阻抗， 然后结合 坚固性系数来计算矿岩的可爆性及其爆破分级。测 试采用 RSM-SY5 智能型超声波测试仪， 使用一对 30 kHz 平面纵波换能器， 通过声波仪器发射和接受 超声波， 得到岩体声波波形和波速， 声波测试结果如 表 1。 表 1 马路坪矿矿岩纵波速度测试结果 Table 1 The test results of Maluping mine ore-bearing rock P-wave velocity 测点位置 测点编号 纵波速度/ （ms -1） 测点编号 纵波速度/ （ms -1） 平均纵波速度/ （ms -1） AB -011979AB -0342120 AB -0121034AB -0352120 AB -0131015AB -0362120 AB -0141034AB -0372120 AB -015997AB -0382120 AB -0161015AB -0391485 下磷 640 分层 4 盘区 N1 矿房 AB -0171015AB -04016671595 AB -0231485AB -0411617 AB -0241446AB -0421527 AB -0251408AB -0431408 AB -0261485AB -0502632 AB -0271339AB -0542913 AB -0281775 由现场测试数据计算可知， 下磷 640 分层 4 盘区 N1矿房的平均波速为 1595 m/ s， 由马路坪矿地质报 告得知， 矿层岩体的平均密度为 2.9 103kg/ m3。根 据公式 ［1］ Z ρc 可计算出下磷 640 分层 4 盘区 N1矿房矿岩波 阻抗值为 4. 625 106kg/ m3m/ s， 根据马路坪矿采 矿技术资料， 其平均坚固性系数 f 7。参照常用的 矿岩可爆性分级判据 ［1］， 可知该矿岩体属易爆范 畴， 见表 2。 表 2 爆破性分级指标 Table 2 Blasting classification inds 坚固性系数波阻抗 （ 106kg/ m3m/ s） 岩石可爆性级别 ≤8 ≤6 易爆 8 126 8中等 12 168 12难爆 16 1812 15很难 ≥18 ≥15 极难 55第 31 卷 第 4 期 柴修伟， 姚金蕊， 赵 勇， 等 地下磷块岩深孔回采爆破参数优化 3 孔网参数设计 马路坪矿目前采用单排炮孔侧向崩矿回采方 法， 由于底部矿体的夹制作用， 回采爆破后矿房底板 常留有根底， 如采用双排炮孔延期爆破回采， 后排炮 孔爆后根底现象更为严重。为减少根底和加快回采 进度， 通过对马路坪矿岩可爆性分级的研究， 结合以 往工程经验， 对回采的布孔方式和孔网参数进行优 化改进， 即两排炮孔呈 “倒梯形” ， 第 1 排炮孔为竖 直扇形孔， 第 2 排炮孔为倾斜扇形孔； 每排炮孔的孔 距自底板眼至顶板眼逐渐增大， 分 2 段微差起爆。 3. 1 孔距 根据该矿生产需要， 采用毫秒微差爆破技术一次 回采两排扇形炮孔， 同排炮孔不等孔距， 根据矿体倾 向及上下分层间距， 每排布置 7 个炮孔， 第 1 排下部 孔距为0.7 m， 上部孔距为0.35m， 第2 排下部孔距为 0.73 m， 上部孔距为 0. 36 m， 炮孔倾角从下至上分别 为6、 17、 24、 29、 34、 40、 43， 如图1 所示。 图 1 炮孔布置示意图 （单位 mm） Fig. 1 Layout of the blastholes （unit mm） 3. 2 排距 （最小抵抗线） 根据以往工程经验 ［1， 13］， 结合现场情况， 两排炮 孔呈 “倒梯形” 布置。第 1 排炮孔为竖直扇形孔， 每 孔最小抵抗线均为 3. 0 m， 第 2 排炮孔为倾斜扇形 孔， 倾斜夹角为 75o， 即底板眼排距为 1. 2 m， 顶板眼 排距为 2. 0 m， 如图 1 所示。这种炮孔布置方式一 方面可以很大程度上降低根底现象； 另一方面在回 采爆破后， 可以减弱顶板与矿体间的夹制作用， 使得 处于矿层顶部 “三角区” 的矿体承受的顶板压力大 大降低。 4 现场试验及效果分析 4. 1 爆破现场试验 根据上述改进的炮孔布置方式， 在马路坪矿下 磷4 盘区655 分层 N2矿房 （矿体倾角为38） 和 S2 矿房 （矿体倾角为 28） 进行了两次现场试验， 由于 受制于矿房的结构限制， 两次爆破试验的实际参数 有所不同， 但都基于 “倒梯形” 的炮孔布置方法， 用 于验证这种布孔方式。炮孔编号自底板至顶板依次 为 1 7， 爆破参数如表 3 和表 4。 4. 2 实验效果及其分析 经爆后现场检查， 试验 1 爆后矿石块度较均匀， 有少量大块出现； 留根底现象得到消除， 部分底板遭 到破坏， 这主要由于底板眼炮孔装药量偏大， 顶板眼 装药量偏小以及人为机械的原因产生一定量矿岩大 块， 部分底板岩石遭到破坏。试验 2 矿石块度均匀， 无大块矿石出现， 矿体顶、 顶板保留较完整， 无明显 顶板塌落和破坏。见图 2。 表 3 试验 1 爆破参数 Table 3 Blasting parameters of trial 1 炮孔编号 孔深/ m 炮孔 倾角/ 孔距/ m 雷管 段别 堵塞 长度/ m 1560. 7011. 5 29170. 7011. 5 314240. 7012. 0 前排 炮孔 419290. 7022. 0 517340. 7021. 5 614400. 3522. 0 79430. 3521. 5 1560. 7341. 5 29170. 7341. 5 314240. 7342. 0 后排 炮孔 419290. 7352. 0 517340. 7351. 5 614400. 3652. 0 79430. 3651. 5 65爆 破 2014 年 12 月 表 4 试验 2 爆破参数 Table 4 Blasting parameters of trial 2 炮孔编号 孔深/ m 炮孔 倾角/ 孔距/ m 雷管 段别 堵塞 长度/ m 13. 1-5. 0 0. 7011. 5 26. 15. 00. 7011. 5 前排 炮孔 37. 621. 50. 7012. 0 413. 230. 00. 7021. 5 510. 737. 00. 7022. 0 63. 146. 00. 3521. 5 14. 22. 00. 7341. 5 212. 013. 00. 7341. 5 后排 炮孔 313. 020. 00. 7342. 0 412. 531. 00. 7351. 5 510. 641. 00. 7352. 0 66. 146. 50. 3651. 5 图 2 爆后效果对比 Fig. 2 Comparison of blasting results 5 结论 在对马路坪矿的矿岩可爆性分析基础上， 结合 类似工程经验和现场地质情况， 对该矿地下采场回 采爆破原有布孔方式进行优化改进， 进行 2 次现场 爆破试验， 得出以下结果 （1） 对两排回采炮孔布置时， 竖直扇形布孔和 倾斜扇形布孔相结合， 很大程度上能够改善单排炮 孔回采费时费力和留根底的难题。 （2） 改进炮孔布置方式， 减少回采爆破次数， 优 化矿山回采爆破工艺， 同时减小矿层上部 “三角区” 受顶板压应力作用时应力集中现象， 使得该部分矿 体更加稳定， 不易发生冒顶、 片帮现象； 避免工作人 员在顶板极不稳定的情况下的危险作业， 从而减少 矿山地下采场回采过程中的人力和财力的消耗， 提 高了矿山安全效益。 （3） 根据矿山的实际地质条件下， 通过现场爆 破试验，“倒梯形” 的炮孔布置方式时， 合理的排距 为前排炮孔排距为 3. 0 m， 第 2 排底板眼排距为 1. 2 m， 顶板眼排距为 2. 0 m。 参考文献 （References） ［1］ 汪旭光. 爆破手册 ［M］ . 北京 冶金工业出版社， 2010. ［2］ M Monjezi， H Dehghani. uation of effect of blasting pattern parameters on back breaks using neural networks ［J］ . 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