间柱采场阶段深孔台阶崩矿采矿方法的研究.pdf

7 7 ／ j } ／ 间柱采场阶段深孔台阶崩矿 采矿方法的研究 北京矿冶研究总院 凡 口铅锌矿 型庄．雄唐 华蓉程耀逸 谢源张成张银平 杨耿柱 i 3 l 据要 罔大直径阶段辣 【 台阶崩矿采矿} 击回采阅柱采场 ，是 七 五 国家重点科 技攻羌项目的研究内容之～a在采场爆玻中，采甩了{ 芏 _捷装药、空气间隔分辟柱杖装药、孔内微 差、阶殷侧向崩矿等控伟 l 爆破措施，达蓟了理想的崩矿效果，有最地保证了间拄采场唾捌充填体 的 稳定。 ‘ 关键葡 堡 塑 柱 状 裴药 空 气 间隔 1． 概 逆 阶段深孔台 阶崩矿采 矿法是地 下大 直径 深孔 栗矿技术的有 代表性 的方案之一。它 是 露 天矿台阶 岿矿技 术在 地下开采 中的应 用， 也是地 下开采技 术向现 代大型 } 匕 、高强 度、 高效率方向发 展的重要成就 。 阶殴深孔 台阶 崩矿采 矿方法的实质 是 l住采 场上部开挖凿岩硐 室，钻凿下向大直径 深孔 在采场的局部 面积上先形成 竖向切割 槽，然后以切割 穑为 自由面 和补 偿空间，采 用连续柱状或分层柱状 装药，进行采 场的垒 段高或台阶状侧向崩矿。 与V0R法相 比，阶段 深孔 台阶 崩矿 采 矿法具有更高的采场生产能力和更高的作业 放 率，同时 具有 进一步简 化回采工艺、提高 炮孔利 用率 、使 用成本较低的炸 药、降 低回 采 作业成本等优 点。 从 国外一 些采矿夫 国犬直径深孔采矿技 术的应用情 况看，VCR 法球 形药包 崩矿方 案已逐渐过 渡到柱 状装药 、侧 向崩矿方 案 我国在 最初的 凡 口铅锌矿VCR法 采 矿 试验 究 ，就 己使川 了球状装药与柱状 装药 相 孔 内 微 段 侧 向 些 聋 f ； 亥 昌 衍 结 合的联 台爆破崩矿方案。 在 厂峪 金矿 的 阶段挤压崩矿及狮 子山铜矿的束状深孔 崩矿 也都使用 了柱状装药 侧向崩矿 方案 。各个矿 山均有着其独特的矿床地质 条作，即使 同一 个矿山的 同一个矿体的不 同部 位，开 采技术 条忭也可 能有很 大差别。做为一种 先进 的开 采方案，阶段渌孔台 阶崩矿采矿法在地 下矿 山开采中的应 j { j 与发展 也是一种必然结果 。 l g 8 6 年 6月， 阶段深孔 台阶崩矿 采矿法 被剁为国家重点攻关项 目的试 验研究 内容。 试验研究工作在广东 凡 臼铅 锌矿进行 。首 先 进行 了使用该方法 回采矿房 采 场 的 试 验 研 究，之后又进行 了回采 问柱采 场 的试 验研 究。本文主要是论述回采问柱采场的试验应 用情况。 2 ．采场试 验 2 ． 1 间柱采塌 的技 术条件试验 采场 选在 几 口铅 锌矿东 区金星岭 2号矿 俸 一1 6 0 ／ ／ 1中 刘庆林工 程 师北京西 直门外 文兴街 1号 都缔1 0 呻 4 4 卢f{ 坤高缎工程师广东韶关市仁化县邮编 1 2 3 2 5 下 巧 维普资讯 2 段 ，采场编号为4 W 。 2号矿体 依附 _F矿 区 内主 要构造之一F 断层产 出 ， 顶 底 盘 围岩 为瘤状 ．条纹状 、条带状 灰岩，属中 等 稳 固岩石，普 氏系数 f6 ～8 局部挤 压带 受地 下水 渗透氧化较深 ，稳固性较差，含有 泥质 岩、破碎氧化未胶结 的破 碎带等，普 氏 系数 ，3 ～4 左右 。矿体成矿后 曾受 构造应 力的作 用，结构 面方 位多变， 局部 岩矿 力学 性质 变差，矿石较 坚硬，普 氏系 数 ，l 0 ～ l3。 此 处矿体厚大集中， 蜘柱 采场垂直 于矿 体走 向，其北 部是顶盘 围岩， 南部 与含黄铁 矿较 高 、氧化较深 、尚未 进行设计 的矿块在 不 同分段存在着不同的接触关 系。东西两侧 为使 用上向分层充填浩 回采 的矿房 采场充填 体。充填体质量变化 不一 ，在垂直方向上变 化 尤 为 明显 。 间拄采 场宽度为8 m，顶 、底 盘 围 岩对 采 场回采影 响不 大，采场 长度平均6 7 ． 312 ] ， 两侧充填体的稳 定性 是影 响采场安垒顺利 回 采 的主要 因素 。 2 ． 2采 准切割 工作阶段深孔 台 阶 崩矿采 矿 方法的采准切 割量 小，采场结构简单。在 采场上部水平开 挖凿岩硐室时，相邻 的3 E 采场正在 一1 1 0 m水平进行 回采 作 业，为避 免相互 影响，硐 室 由一1 2 0 i n 中段 水 平下降 一 个分 段开挖 ，底板位于 一1 2 7 m 水 平。 底 部 结构设计在 一1 6 0 m中段 水平 ，包 括 硐 室 的采场 实际 高度 为3 5 ． 4m。 根据该采矿方法的崩矿特点，炮孔布置 以垂直采场方向划分瀑孔排线。阃柱采场两 侧 为充 填体，边 孔距充填体 的距 离是炮孔 布 置 的关键参数之一 ，因为在 崩矿爆破 时，既 要保证耐两侧充填 体不 造成严重 破坏 ，又要 保 证 良好的崩矿质 量。根据 崩矿特点分析 ， 炮孔 采用 3个孔一排和 2个孔 一排的 式 交 错 布孔 ，两排孔 为一组 ， 崩矿步距定 为 5 r a 。 由于采 场两侧为充填体 ，凿岩硐 室不宜垒 面 拉开， 根据炮孔 3、 2交错 布置的特 点，硐 室平面设 计为齿槽状 留临时 小矿 柱以维护 硐室的稳 定性。在局部不稳 固 段，采 用锚 杆加金 属网支护法加 固顶板。 底部 结构形式为堑沟一铲矿进路一 铲运 机 巷道一 溜矿井，使 用LF 一4 ． 1 型铲运机 出 矿。采场 结构 见图 l。 图 1 阶段深孔台阶崩矿采场结构图 2 ． 3 布孔设计及凿 岩该问拄 采 场 的尺寸 较大，平 均长约6 7 ． 3 m，深孔崩矿 回采矿量 达 5万 多 t，两侧充填体在采场 回采后 期暴 露 面积 达1 9 8 0 m 。 因而在设计 爆 破 方案和 相 应的 布孔 方式 、布孔参 数时 ，除 考虑保证 良好的崩矿效果外，还必须 考虑为维护充填 体 的稳 定性所采取的爆破 作用 控制措施。 采 场阶段崩矿的 竖向切 割槽位置定于采 场北部 顶盘侧，采用球形 药包 分层爆破、结 合部分炮孔桂状 装药 侧向崩矿 扩槽。切槽部 位 及其 北部破顶 后，切槽 南部 的大 量矿 石以 竖槽为 自由面和 补偿空间，进行炮孔的连续 柱 状或分层拄状 装药，阶段或 台阶状侧向崩 矿，依次 向底盘 方向后退 式顺序爆 破。 在采用 阶段深孔回采两侧为充填体的 间 柱 情况 下，当边 孔爆 破产生的应 力渡 到达矿 体与充 填体的交界面时， 由于矿石的 密度远 大 于充填体的密度，将 发生应 力渡的部分能 量 的反 射而成为反射拉应力漩。所以除抵抗 融 维普资讯 3 线方 向外 ，其侧向有可能 产生矿 石破碎 区． 而充填体 内的人射能量将在一 定的范 围内吼 人射 压 应力波 的形式继续 传播 ，产 生扰 动式 的破 坏。很 明显，在 这种情况 下，除抵 抗线 和孔 间距之外，边孔至 充填体界面 的距 离也 是很重要 的布孔参 数之一，它关 系到爆破崩 矿的破碎效果 和维护充填 体稳定问题。 上述分析说 明，只要炮孔到 充填体距离 与到 自由面的距离比佩台适，则会出现如图 2所示的效果。在 崩矿 排线 到 自由 面范 围 内，矿 石会崩落下来， 而在相反方向 ，则 会 在 矿石 与充填体交界面 处出现一个倒三 角状 的破裂区。这个倒三角破裂区的存在，已得 到 了采 场爆 破崩矿及专 门进行的模型爆破试 验结果 的证 实。 量 型 三 垄 婴g I 空 区 星塑 盟 ■ E 。 一 ．矿体 一 I ， l 一． 口’ ’ 一 。 ． 铷 0 0 圈 2 矿石 与充壤体交界面处爆破 情况 根据理论分析 及参照模型试 验结 果， 3 个孔一排的边孔 距离充填体 为 1 ． 8 m 左右， 边孔爆破后，在采场矿石与充填体交界处形 成一个倒三 角形破 碎 区； 2个孔 的排线爆 破 所担负的矿量 则是 一个梯形断面棱柱 体。 垂直采场长 轴方 向L共 设计 阶段深孔3 0 排．炮孔 以垂直下 向深孔 为主 ，有少量大倾 角下向深孔 以适 应两侧采场实际 回采边 界的 变化。设计回采炮 孔7 6 个 ， 总孔 深1 8 7 0 ． 8 m， 孔径1 6 5 mm。凿岩使用CD 3 6 0 型 高凤 压潜 孔钻 机，凿岩作业6 9 台班 ，平 均 台 班 效率 2 7 ． 9 4 m／ 台 班 ，最高5 O ． 8 m／ 台 班 。 2 ． 4 采 场爆 破 1爆 破器材 选择。根据采场爆破 条 件，选用北京矿冶研 究总 院与几 口铅锌 矿合 作研究生 产的乳化油 系列炸 药。 拉切割槽的 VCR法分 层爆破选 用CLH一 3 B高密度炸 药 ， 柱 状装药选用EL1 0 2 - 2 B普通密度炸 药 。炸 药性能见表 l。 VCR法崩矿的炮孔 与自由 面 垂直 ，药 柱 轴线上的每一点距 自由 面的 距 离 均 不 相 同。为使药柱上每一部分均 处于较适宜的 崩 矿爆破 能量 利用状态，药柱长 度受到限制。 选 用CLH系列炸药 ，能够满足 VCR法球形 装药爆破所 要求的技术特性。 阶段深孔 侧向崩矿的 炮孔 与自 由 面平 行，炮孔到 自由面距 离均匀 ，采 用 柱 状装 药， 药柱 的每一点均 处于理想的能量利 用状 态。药柱 的增长，提 高了炮孔 利用率，相应 减少 钻孔 工作量，节省凿岩费 用。 我们可选 用密 度及爆速 较低的EL系列 炸 药 ，大 幅度 降低爆破 器材成本。 本采 场爆破起爆 系统选择 了北 京矿 冶研 究总院研 制的 电磁 感应起爆 系统，这种起爆 系统具 有极强的抗 工业 电网 电力及杂散 电流 影响 的能 力，采 场爆破 装 药施 工可 带 电作 业。该起爆 系统可 以象普通 电雷管那样对单 个 雷管进 行检 测，也可 以对爆破 网路进行起 爆性能检测。 表 1炸药性能表 炸药代号 l 平 均m ,爆 速／s f 船 } 猛 一度 琦 离 『 雷 管 惑 度 f 防 水 性 能 C I _H 一3 B 1 ． 4 l 无 极 好 EL1 0 2 -- 2 B 1． 15 J I 8 ． 3 2 I I 3 有 极 妊 维普资讯 毒 ． 2切 槽分层爆破 及破 顶爆 破 在采 场顶 盘一 端，使 用VCR法 分 层爆 破 ，结合 部分柱状装 药侧 向崩矿 ，先形成切割槽。切 槽分层爆破 部位选在 T、 8、 9 l O 排炮孔 阃，此部位边孔 设计 比采场其它部位更接近 于两侧充填体 ，这 样可 保证切槽 形成的 完整 性 。分层爆破药包 中心 埋澡2 ． 1 ～2 ． 5 n ，药 包重2 5 k g 。在 分屡爆破实施时 ，采 用部分炮 孔交替粒 两个分层的 崩矿 方法 ，这样比单分 层爆破大 大加 快 了速 度 ，爆破 效 果也较理 想。 在进行 了 3次VCR 法分层爆破 后 ，采 用 球形 装药与柱状装 药相绪合的爆破 疗案， 将 切槽 逐步向采场顶盘侧 扩大。第 5次爆破 后，5 ～9 排炮孔问矿层厚度仅 剩 8 m左右， 局部 仅剩6 m，此 时，进行 了l 0 排 以 北 部分 秉 4 余 矿量 的一次破 顶爆破。 6、 7、 8三排 炮孔 使用VCR法 球形药 包 、 双分屡 装 药， 其余炮孔使 用柱状装药。破顶 爆破时，为保 证切槽孔最 后一 排爆 破不对未 爆部 分产生影 响 ，对 这排孔采取 了严格 控制上药 面深度 的 措 施。据破顶后现场观 察，切 割 槽 形 成 完 固 3装药结构示 意图 a 一 丹层球 j 醪药 包装 药} b 一双 分层 玮状 药 包装药 ’ c 一 拄扶药 包裴药 。 垒， 最后一排孔形成的爆破面 齐整，未 对后 部产生后 冲。装药结构如 图 3所示 。 3 阶段 爆破 。采场北部切割 槽形 成 后 ，阻切割槽为 自由面，进行 了阶段爆破 崩 矿 ， 自第u排至 底盘 第2 0 排炮 孔，使用柱状 分层装药结构 ，进 行 了 7次爆破 崩矿 。爆 破 推进情况 见圈 4。 圈 4采场倒 向崩矿 推进 线 4爆破 作用控制。 为保证 采场两侧 党填体在栗场 回采期 间韵 稳 定．保 证较 适宜 的崩矿质量和采场周 围 的 工程 设施 不 受影 响，针对 问拄采场 同采特 点，结 台采均 现场 测 试，进行 了采场稳 定 性 数值 模 拟 研究分 析 、空气 阀隔 装药 结构研究、 问柱 回采 过程 中党填体 动应 力分析 等基础理论 『 究工作。 研究结果 为确 定台理的采场工程结构参数 、 爆破 系统选择 、爆破作 用控制技术措施、采 场爆破 回采顺序 等提 供 了较 完整 的设 计依 据。据此， 在间柱采场爆破 崩矿过程 巾采 用 了空气 间隔 装药结构、孔内微差 、严格控 制 分段药量 等控制爆破措施。 装药结构 是影 响爆 破效果的重要 因素。 空气间隔装药 结构 的研究和应用，7 0 年 代始 j 苏联 ，近 年 国内也在露 天矿深孔爆 破中进 行 了研 究和应 用试验 。理 论 分析 和实 践表 明，这 种装药结构能降低爆炸 应力峰照，延 长正压作 用时 间，改变 应力波形状， 从而提 高炸药能 量利 用率．改 善爆破效果 ，同时 对 保护采场 两例 充填 体的 稳定也有税扳作川 维普资讯 5 在 票场 实施空气 间 隔 装 药的具 体作 是炸 药分层 向使 用河砂加竹筒的组 合间隔 结构 ，每层 炸药问先 装填 l ～1 ． 5 m的河砂 ， 以保证炸药 屡间在微差爆破时 不发 E 相互影 响，河砂上 面装人 1 ～ L5 F I I 长 的 毛 竹 筒一 段，以达到空气 间隔作用的 目的。 崩矿 顺序 砭最大 段起 爆药 量也 是影 响爆 破效果 的因素。本采场爆破时 ，采 用孔 内微 差 与孔 问微 差相结台， 自下而 上、 舟前而后 的起爆微差 顺序。所使用的 电磁 感应 起爆 系 统，实施 岜较简便易行。先将 雷管逐一进行 检测，而后 装人 塑料 滑块起爆 弹系统，孔内 放入两根起 爆母 线， 『 昔 滑块 系统穿入孔内母 线的任一根上 ，随 炸药下滑放至设计 位置。 将 孔内母 线进行 冉联 连接 ，再对 网路进行检 测，确认无误后进行起爆 。在问桂 采场 试验 过 程中，共进行l 3 次爆破 ， 使 用雷管8 0 0 发。 实践证明，这 种系统使 用方便，性能可靠 囝 5 采场爆破网路 5 爆破 效果分析 间柱试 验 采场 共进行 了十三次爆破，共 崩落 矿石 5 ． 4 7 万吨 ，使 用炸药1 7 ． 3 吨。爆破 材 料成本见表 2 出矿期 间，采 用平 面摄影法 及直接尺量 法 进行了爆破块度 的组成分析。 出矿前期， 块度太于5 0 0 mm的不 台格 犬块 率达 4 ． 5 6 。 褒 2 爆破材料成本襄 炸 药 0 ． ,3 1 7 g k gy t n ． B O 7 6 8 2 ． 9 6 电磁雷管 0 ． 0 1 4 S 十 ／ t 0 ． D 1 1 2 1 ． 1 滑 轶 系统 O ． 0 O 6 S 套 t 0 ． 0 6 6 ． l 起爆 母线 0． O 8 7 0 m， t 0 ． 7 6 3． 8 7 其 它 D ． 0 5 1 7 5． 3 l 合 计 D ． 9 7 3 4 1 0 O 经调整装药结构 ，大块率降为2 ． 0 l ．最后 降至 1 ． 4 7 。采场平均 大 块 率 为 l _ 口 5 。 5 0 3 0 0 mm直径 的块 度比例大于6 0 ％。 每次爆破后 ，均 对充 填体的稳 定性 进行 观 察，直至最后，投 发现充填 体的破 坏和 垮 落现象。出矿过程 偶有少 量充 填体碎块，据 分析可能是由干原两侧充填体在垂直方向比 较 鲜明的不规整处片落所致 。 3． 结语 阶段深 孔台阶崩矿采 矿法，是一 种采 准 工艺简单 采矿 作业安 垒 、秉 场 生 产能力 大 生产效率高 、采 矿成本低 的大直 径漾 孔 采 矿 方 法 。 间桂采场采用的 3、 2交错布 孔方式， 球 形药 包爆 破在 局部形成切割槽 ，柱状分 层 装药 ，空气间隔装药结构， 孔内微羞 等技术 措施 ，达 到 了较理想的崩矿爆破效果，也 有 效 地保护 了采场两侧 充填 体的稳定 该种采 矿方法，采 用高教 的大 直径深孔 凿岩 设备 ，加 之采用大量爆破 的落矿方式， 从而 造成 了采场生产的 大量 供矿 条件，配台 使用 高效 的铲运机 出矿设备，可达 到较高的 采场生产 能力。 与vcR法 比较， 由 于 使 用 了成 本较低的炸药 吼及炮． ．t L II 用率 的提高， 采矿成本也相应降低 。 维普资讯