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缓倾斜极薄矿脉开采爆破参数优化试验研究 第六图书馆 合理的选择爆破参数对最大限度地减小爆破对顶板岩石的破坏、降低贫化率和维护采场顶板的安全有重要意义。针对金山金矿 阳山矿段的开采技术条件,利用正交试验方法,对缓倾斜极薄矿脉开采进行了爆破参数优化的试验研究,其结果对缓倾斜极薄矿 脉的开采具有重要意义。合理的选择爆破参数对最大限度地减小爆破对顶板岩石的破坏、降低贫化率和维护采场顶板的安全有 重要意义。针对金山金矿阳山矿段的开采技术条件,利用正交试验方法,对缓倾斜极薄矿脉开采进行了爆破参数优化的试验研究 ,其结果对缓倾斜极薄矿脉的开采具有重要意义。爆破参数 优化 正交试验 缓倾斜极薄矿脉爆破王宁 韩志型 李向东 [1]西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳621010 [2]长沙矿山研究院,湖南长沙4100122007第六图书馆 第六图书馆 第2 4卷第 3期 2 0 0 7年 9月 爆破 BLASTI NG Vo 1 ． 2 4 No． 3 Se p． 2 0 0 7 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X { 2 0 0 7 0 3 0 0 2 6 0 4 缓倾斜极薄矿脉开采爆破参数优化试验研究 王 -7 ， 韩 志 型 ， 李 向 东 1 ． 西南科技大学土木2 1 2 程与建筑学院， 四川 绵 13 6 2 1 0 1 0 ； 2 ． 长沙矿山研究院， 湖南 长沙 4 1 0 0 1 2 摘要 合理的选择爆破参数对最大限度地减小爆破对顶板岩石的破坏、 降低贫化率和维护采场顶板的安 全有重要意义。针对金山金矿阳山矿段的开采技术条件 ， 利用正交试验方法， 对缓倾斜极薄矿脉开采进行了 爆破参数优化的试验研究， 其结果对缓倾斜极薄矿脉的开采具有重要意义。 关键词 爆破参数 ； 优化； 正交试验； 缓倾斜极薄矿脉 中图分类号 T D 2 3 5 ． 4 文献标识码 A Op t i mi z a t i o n o n Bl a s t i n g P a r a me t e r s o f Ge n t l y I n c l i ne d a n d Ve r y Th i n Or e Ve i n S t o pe WA NG Ni n g ， H A N Z h i ． x i n g ， L I X i a n g ． d o n g 1 ． S o u t h w e s t U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Mi a n y a n g 6 2 1 0 1 0 ， C h i n a ； 2 ． C h a n g s h a I n s t i t u t e o f Mi n i n g R e s e a r c h ， C h a n g s h a 4 1 0 0 1 2 ， C h i n a Ab s t r a c t I n c o n s i d e r a t i o n o f t h e t e c h n o l o g i c a l mi n i n g c o n d i t i o n s o f t h e g e n t l y i n c l i n e d a n d v e r y t h i n o r e v e i n o f J i n g s h a n Go l d Mi n e ， b l a s t i n g p a r a me t e r s w e r e o p t i mi z e d b y t h e o r t h o g o n al t e s t ． T i l e a p p l i e d t h e o p t i mi z e d b l a s t i n g p a - r a me t e rs r e d u c e d d a ma g e o f t h e r o o f r o c k a n d c u t d o w n t h e d i l u t i o n o f o r e ． Ke y wo r d s b l ast i n g p ar a m e t e rs； o p t i m i z a t i o n ； o r t h o g o n al t e s t ； g e n t l y i n c l i n e d and v e ry t h i n O re v e i n 1 前言 2 开采技术条件及采矿方法 刖 吾 升米于 文 不杀仟及米刨刀 金山金矿阳山矿段是石英脉型金矿床。脉矿厚 度在0 ． 1 一1 ． 7 6 之间， 品位极高， 矿石与围岩界线明 显， 容易分离。金山金矿曾采取边探边采， 先掘进底 板岩石， 后回采石英脉矿石， 人工块石砂浆砌柱的全 面法回采方案。该方法明显存在人工劳动强度大， 成本高， 劳动生产率低， 粉矿损失较高等缺点。为了 寻求合理的采矿方法， 对缓倾斜极薄矿脉开采进行 了爆破参数优化试验研究。经过试验采场的回采， 试验取得了圆满成功， 技术经济指标达到国内先进 水平， 该方法是极薄矿脉回采技术的突破， 具有先进 性和新颖性。 收稿日 期 2 0 0 7 0 1 1 5 ． 作者简介 王宁 1 9 6 2 一 ， 男； 绵阳 西南科技大学土木工程与建 筑学院教授． 金山采矿矿床为一受韧性剪切带控制的变质一 热液型金矿床。矿体主要赋存于双桥山群第一 、 第 二岩性层问破碎带内和破碎带上盘。矿床的工业类 型属贫硫化物蚀变质岩和石英脉型。根据矿山的矿 物组合、 结构、 构造等特征， 分为块状矿石、 条带状矿 石和石英脉矿石 ， 石英脉矿石在整个矿区所占的比 例少， 但矿石品位高， 金属量多， 极富经济价值。 石英脉型矿体赋存于蚀变岩型矿床上盘的黑色 绢云母化千枚岩中， 顺层产出， 由分布在同一层位的 多个石英透镜体构成， 矿体呈脉状或串珠状， 矿脉形 态沿走向和倾 变化很大， 走向、 倾向均不连续。其 上盘围岩由砂质凝灰质千枚岩、 杂砂岩、 玄武岩构 成， 蚀变作用较弱， 顶板不太连续， 矿脉厚度 0 ． 1 一 1 ． 7 6 in ， 平均0 ． 5 in以内， 倾角 l 5 。 一3 2 。 ， 平均 2 0 。 ， 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第 2 4卷第 3期 王宁等缓倾斜极薄矿脉开采爆破参数优化试验研究 2 7 品位极高 ， 矿岩界线 明显 ， 矿石可爆破性较好 。 试验采场采用全粒级废石胶结条柱连续分条采 矿法 图 1 ， 该法矿块沿走向布置 ， 每个矿块划分为 若干垂直走 向布置 的分条 ， 每个分条先掘 上山联通 上、 下 2个 中段的沿脉巷道 ， 回采时， 以上 山为 自由 面， 由上往下扩帮进行 ， 只采矿石 ， 按脉 厚 0 ． 5 m考 AA 广B 虑， 采幅控制在 0 ． 8 m以内， 形成“ T ” 字形采空区， 分条采完后削取上山一侧矿体底板的废石 ， 以全粒 径废石胶结充填上山另一侧采空区， 形成 2 m宽的 胶结条柱 ， 分条回采顺 序 由削底一侧 向填充一侧的 方 向连续推进 ， 使每一 回采分条有一侧为原生矿体 ， 另一侧为胶结条柱 ， 以确保 回采工作安全顺利进行。 A 1 ． 电耙硐室；2 ． 沿脉巷道；3 ．上山； 4 ．分段巷道；5 ． 平溜口；6 ． 掘进炮孔 ； 7 ． 回采分条；8 ． 充填分条；9 ． 胶结条柱。 图 l 全粒级削壁废石胶结条柱连续分条采矿法方案图 F i g 1 Mi n i n g me t h o d i n s t r i p s w i t h f u l l s i z e wa s t e r o c k c e me n t e d p i l l a r s 分条 回采法是 以上山为 自由面， 自上而下扩帮 进行， 设计两侧 回采宽度均为 2 m， 浅眼落矿 ， 单采 矿石， 采幅稍大于脉幅。考虑到顶板、 底板的夹持作 用， 为了减少围岩崩落造成矿石贫化及方便凿岩， 每 侧矿体分2次回采， 每次回采宽度为 I ． 0 m， 各分条 上山两侧的矿石采出后形成“ T ” 字形采空区， 为了 使崩落矿石大部分落在上山内， 减少损失贫化率及 人工清理的工作量， 以利出矿， 采用微差控制爆破技 术， 正交试验方法优化爆破参数， 达到爆破集中， 超 挖量较小， 顶板破坏程度较小 ， 粉矿量较小的目的。 3 极薄矿脉浅眼控制爆破技术 试验以上山为自由面， 在上山一侧打与上山中 线成一定夹角彼此平行的炮孔， 炮孔布置图如图2 示， 炮孔排列成“ 之” 字型， 分段起爆进行定向抛掷 爆破， 回采矿石基本上抛掷到上山中， 形成集中爆 堆， 利于出矿和减少清理工作量。 由于极薄矿脉脉幅波动较大， 第一次与第二次 扩帮回采凿岩条件不一样， 矿石抛掷距离也有一定 的差别， 因此选用凿眼角度不同， 形成第一次与第二 次抛掷角不一样， 以求达到较为相同的抛掷效 果 引。 厂 A ] A A ． A 图2 回采炮孔布置示意图 F i g 2 S c h e ma t i c p l a n f o r b l a s t i n g h o l e a r r a n g e me n t 3 ． 1 爆破参数的确定 根据矿山现有设备和技术条件及石英脉矿体的 赋条件， 采用7 6 5 5 风钻凿岩， 钎头直径 3 8 _ _ 4 0 m m 使用2 岩石炸药 ， 药卷直径3 2 m m， 长2 0 0 m m。 每卷 药重 1 5 0 g ； 采用非电毫秒管起爆系统， 多段起爆。 1 孔深 为了确定炮眼深度和钻眼角度， 采用作图法比 较不同的钻眼角度时第二崩矿效果见表 1 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 2 8 爆破 2 0 0 7年 9月 表 1 不同倾 角炮 眼崩矿量效果 比较表 根据现场凿岩条件， 上山每侧 2 m宽度矿体分 2 次扩帮回采。2次回采宽度为 l m。通过上述作 图比较 ， 选取第一、 第二次扩帮炮孑 L 方 向与上山轴向 分别为 4 5 。 、 6 0 。 夹角可得第一次 回采孑 L 深 1 ． 6 m， 第 二次扩帮回采孑 L 深为 1 ． 3 m， 孑 L 径 4 0 _ _ 4 2 m m。这 样第一次扩帮矿石最大抛掷距离为 3 m， 第二次扩 帮矿石最大抛掷距离为 6 m。 2 炮孑 L 装药系数 试验采场平均脉厚为 0 ． 2 9 m左右， 为尽量减轻 爆破对顶、 底板的破坏 ， 减少 回采幅度， 炮孑 L 装药系 数取 0 ． 4 4 O ． 6 9 。 3 最小抵抗线与孑 L 间距、 排水距的确定 浅眼爆破时， 炮孑 L 深度 ， 最小抵抗线 ， 炮孑 L 间距 a之间的关系可用下式确定 0 ． 3 5 一1 a 1 一1 ． 5 式中， 为炮孑 L 深度， 取 1 ． 3 m左右 ； 为最小抵抗 线 ， 取 0 ． 4 5 一1 ． 3 m， 根据金山金矿 阳山区段试验采 场脉幅， 最小抵抗线取 0 ． 5 - ． o ． 9 m； a为炮孑 L 间距， 根据现场条件， 取 0 ． 6 4 一 1 ． 1 m。 4 微差爆破合理时差的选取 多排控制抛掷爆破每段起爆时差是决定抛掷效 果关键参数之一。按照微差爆破的机理描述， 爆破应 力波和高压气体的作用过程， 大致分为3 个时间段。 第一时间段 应力波作用时间， 一般指应力波传 播从爆源至临空面 自由面 来回所需要的时问； 第二时问段 爆破气体作用抛出体与原岩体刚 裂开所需要的时问； 第三时间段 爆破气体继续作用， 便是合理的微 差时间， 可用下式表示 A t4W／ C oKl W／ DPS ／ V 式中， △ ￡ 为合理时差， s ； 为抵抗线， m； K 为系数， 取2 _3 ； C o 为岩石中弹性纵波速度， m ／ s ； C 为岩缝 扩展速度， m ／ s ； S为破裂体移动距离， 取 0 ． 0 8 _ _ o ． 1 m； V 为破裂体移动的平均速度， m ／ s 。 使用试验采场条件， 计算出合理的微差间隔时 间 △ f ≥3 0 ． 1 m ／ s 。 根据现场条件 ， 微差间隔时间取 3 0 _ _ 6 5 ms ， 采 用 l 、 3 、 5 、 8 、 9 、 1 0 毫秒 非 电雷管 ， 雷管线 长 3 mo 3 ． 2 起爆系统 爆破采用导火索一火 雷管一导爆管系统 ， 爆破 工作在上 山 自上而下进行 ， 每次爆破排数限制在 7 排 以内。 4 爆破参数优化 对于极薄矿脉浅 眼控制爆破 ， 各爆破参数对爆 破作用的影响程度各不相 同， 其 中主要影响因素有 最小抵抗线、 孑 L 间距 、 装药系数等。寻求这三者合理 取值和最佳搭配 ， 是取得 良好爆破效果的关键。由 于岩石介质的复杂多样性 ， 目前仍无一种有效 的理 论方法计算出最佳的爆破参数， 根据前人的经验和 近视理论计算各参数仍然同实际条件有所出入， 所 以常用现场试验 的办法来确定 ， 但若现场各因素各 个水平进行搭配逐一试验 ， 工作量十分艰巨， 得不偿 失。因此 ， 试验研究 中， 采用三因数三水平的正交试 验法对爆破参数进行优化设计 ， 寻求最佳爆破参数， 以便控制采幅， 减少超挖量， 矿石破碎时矿粉尽量 小， 降低损失、 贫化率， 取得较佳的经济效果。 4 ． 1 正交试验设计 对爆破作用的几个主要影响因素抵抗线、 孑 L 间 距、 装药系数， 都有较大的取值范围， 为了有充分的 代表性， 在各取值范围内取较小、 较大、 中间 3 个数 值 表2 ， 据此确定三个因素三个水平， 采用 。 3 正交表 ， 进行试验。 表2 主要爆破参数取值表 4 ． 2 现场试验 正交表 中列出 9组试验 ， 根据这 9组试验的因 数进行组合， 在试验采场进行试验。爆破效果用炮 孑 L 利用率、 超挖系数、 块矿 2 5 m m 产出率进行考 核， 上述 3 个指标按下列方法和公式进行统计和计 算。爆破效果统计结果见表 3 。 1 炮孑 L 利用率 ／ ， 、 ’ 7 f 1 一 l T 1 0 0 ％ 、 L／ 式中， ’ 7 为炮孑 L 利用率； L为爆破前实测孔深， m； L 为爆破后残余孑 L 深， m。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第 2 4卷第 3期 王宁等缓倾斜极薄矿脉开采爆破参数优化试验研究 2 9 2 超挖系数 卢 式中， 口为超挖系数 ； 为爆破出矿后实测采幅， m； A 为设计采幅， m。 3 块矿 2 5 m m 产出率 e 1 0 0 ％ 。 式中， e 为块矿 产出率 ； Q为爆破范 围的矿 量 爆破 前测得的脉矿平均厚 爆破面积 矿石体积 ； Q 为每次爆破后大于2 5 m m的块矿。 表 3 正交试验现场爆破效果统计表 5 试验结果分析 根据表3中试验， 进行单一指标的极差分析， 即 计算每个指标中各个因素的各个水平的和 I、 Ⅱ、 Ⅲ以及各个水平的平均值 I ／ 3 、 Ⅱ ／ 3 、 I ll ／ 3与极差 尺 ， 从中确定出最优水平， 并划分出各因素的主次顺 序 表4 。 从表 4中的极差 R值可 以看 出， 就对炮孔利用 率的影响程度而言， R R R ， ， 即最小抵抗线对炮 孔利用率的影响最显著 ， 孔间距次之 ， 炮孔装药量系 数在次之。对采幅超挖系数和块矿产出率的影响而 言， R ， R R 即炮孔装药系数程度显著。还可以 通过 因素一 指 标 图 来 刻 画 。对 每 个 因素 ， 以指 标 I． ／ 3 、 Ⅱ- ／ 3 、 Ⅲ- ／ 3 为纵坐标 ， 因素水平为横坐标 作 因素一 指标图 图 3 。从 图 3可 以看 出炮孔 间距 在 0 ． 8 6 11 1 时， 最小抵抗线在 0 ． 7 m左右 ， 装药系数 在 0 ． 4 4时各指标为最佳。 指 标 - 一 、一 ． ． ， ＼ ．_ 0 ． 6 4 0 ． 8 6 1 ． 1 0 0．5 0 ． 7 0．9 0 ． 4 4 0 ． 5 6 0．6 9 炮孔间距 最小抵抗线 装药系数 - ＼／V ． 0 ． 6 4 0 ． 8 6 1 ． 1 0 0．5 0．7 0 ． 9 0 ．4 4 0 ． 5 6 0 ． 6 9 炮孔间距 最小抵抗线 装药系数 ‘ ＼ 表4 爆破效果分析 炮孑 L 间距 最小抵抗线 装药系数 图 3 因素与指标关系曲线 F i g 3 T h e r e l a t i o n s h i p o f f a c t o r s a n d i n d e x 将试验取得的爆破参数应用于试验采场， 取得 了良 好的经济效益， 主要技术经济指标为 每米炮孔 崩矿量 1 ． 1 5 t ／ m， 采幅超挖量 0 ． 2 5 m， 炮孔利用率 因素 因素 因素 9 2 ％， 炸药 0 ． 3 8 k g ／ t ， 雷管0 ． 7 7发／ ￡ ， 回采爆破成本 下转第 3 8页 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 3 8 爆破 2 0 0 7年 9月 l O 岩石清碴完毕 ， 应进行水深测量 ， 若发现浅 点 ， 根据情况补爆。 6 爆破效果和分析 1 由于事前对围堰地形地貌 、 水深情况及施工 过程中出现的问题进行 了充分 的估计 ， 并能及时采 取措施 ， 确保 了工程顺利实施 ， 于 2 0 0 7年 1月 5下 午 3 3 O准时起爆 。 2 爆破后 ， 船坞围堰按预期设想效果 起爆 ， 个 别飞石最远距离不到 6 0 m， 由于采取 了有效的防护 措施 ， 对周围设施没有造成破坏。 3 为评估爆破震动对重点保护对象的影响， 在爆 破前分别在重点保护对象埋设振动传感器 ， 每个测点 布设 2个传感器， 分别测定垂直方向和水平方向振动 速度， 经爆破振动i 贝 4 试测定振速均小于计算值 ， 满足 振速允许标准， 经检查爆破震动没有对船坞周围设施 造成破坏。因此采用逐孔微差爆破技术及围堰体与 坞墩、 坞门底板之间设置减震孑 L 是合理有效的。 4 在清渣过程 中， 没有特别 的大块存在 ， 没有 欠挖 ， 清渣顺利。由于坞墩与被炸堰体之间打了减 震孔 ， 清渣后经检查坞墩没有造成明显破坏。 爆破结果表明本次在特殊环境条件下爆破拆除 围堰所采用的爆破方案可行 、 爆破参数合理 ， 各项防 护措施正确 。由于爆破达 到了预期 目的， 得到了业 主和公安机关的认可 ， 取得了非常好的社会效应。 参考文献 [ 1 ] 张正宇 ， 张 文， 吴新霞， 等． 现代水利水电工程爆破 [ M] ． 北京 中国水利水电出版社， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 于亚伦． 工程爆破理论与技术[ M] ． 北京 冶金工业出 版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 中华人民共和国国家标准． G B 6 7 2 2 --2 0 0 3 ， 爆破安全 规程[ S ] ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 张中雷， 管志强． 舟山马峙岛 3 01 0 万 t 级船坞围堰 拆除爆破技术[ J ] ． 工程爆破， 2 0 0 6 ， 1 2 1 2 9 ． 3 4 ． 上接第 2 9页 3 ． 2 元／ t ， 矿石损失率3 ． 4 7 ％， 矿石贫化率2 9 ． 4 5 ％。 6 结 论 通过对金山金矿缓倾斜极薄矿脉开采的爆破参 数优化研究， 得到了在试验矿块开采技术条件下合 理的爆破参数 口 0 ． 8 6 ， l r／ 0 ． 7， 0 ． 4 4 。由于试 验采场矿石回采采用了优化的爆破参数进行爆破， 爆破效果良好， 试验达到预期的目的。 a ． 金山金矿石英脉型极薄矿体应用控制爆破技 术， 有效地控制采幅， 最大限度地减少爆破对顶板岩 石的破坏， 降低贫化率， 维护采场顶板的安全。 b ． 分条内分 2次扩帮 回采 ， 克服了极薄脉矿的 夹制作用， 改善了崩矿效果， 扩帮矿石大部分被抛掷 于上山之中。 减少人工清矿， 减轻工人的劳动强度， 爆破块度适中， 粉矿量少， 提高回收率， 取得了显著 的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 贾广辉， 倪庆均， 孙强． 含煤矸石薄煤层炮采面爆破参 数的优化试验[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 O O 4 ， 3 2 1 2 6 1 ． 6 3 ． [ 2 ] 华 伟 ， 刘洪露． 黄沙矿区采矿方案的优化及效果 [ J ] ． 采矿技术， 2 0 0 6 ， 6 2 1 3 ． 1 5 ． [ 3 ] 东兆星 ， 李佃平． 隧道掘进常用掏槽方式及参数合理 性评价 与分 析 [ J ] ． 岩 石力 学 与工程 学报 ， 2 0 0 3 ， 2 2 9 1 4 7 8 1 4 8 2 ． [ 4 ] 李其昌， 吴超． 优化凿岩爆破参数降低回采大块率 [ J ] ． 中国钨业， 2 0 0 4 ， 1 9 3 2 4 - 2 6 ． [ 5 ] 付在升， 庙延钢 ， 张智宇． 云锡老厂锡矿 1 3 2 3 矿体爆 破参数优化的试验研究 [ J ] ． 云南 冶金， 2 0 0 5 ， 3 4 6 3 - 6． 1 6 ． [ 6 ] 张燕军 ， 姚香． 盘区采场凿岩爆破参数优化试验研 究[ J ] ． 黄金， 2 0 0 1 ， 2 2 1 0 1 7 2 1 ． 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆