1 地質情況和采礦方法簡述
臨沂會寶嶺鐵礦是一個日采礦量1.2萬t的大型鐵礦。礦體分為南北兩條礦帶，平行展布，相向而傾，表現為不對稱向斜構造特征。礦體呈急傾斜構造，礦帶頂底板圍巖為黑云角閃片巖或黑云變粒巖。北礦體分為N1、N2兩條礦體，采用分段空場、嗣后充填法進行開采。中段高度70m，劃分為3個分段。礦房沿礦體走向布置，各分段在礦體下盤開鑿沿脈，沿脈上每隔60m掘進一條穿脈進入礦體，在礦體中部施工一條鑿巖道。各分段鑿巖道內采用Simba H1254型中深孔鑿巖臺車施工上向扇形中深孔，孔徑76mm。分段爆破，中段底部采用4m3鏟運機出礦。其中-410~-340m水平正在開采，礦體傾角75°~89°，礦體厚度15~30m，大小礦房間隔布置，大礦房長64m，小礦房長44m，礦房間保留6m永久性礦柱。礦房開采完畢后，采用廢石或全尾砂充填。具體采礦方法見圖1。
礦山采用粉狀銨油炸藥爆破，利用BQF-100裝藥器進行連續裝藥。
圖1 -410m水平北礦體標準采礦圖
2 大塊造成的影響
各分段中深孔爆破后，集中在中段底部出礦。出礦由4m3鏟運機將礦石從采場內倒運至礦石溜井內卸載。礦房內大塊對生產造成的影響如下：
(1)鏟運機將采場內的大塊鏟運至指定大塊堆放地點，或將礦石倒往溜井后，將溜井上口的大塊鏟運至指定地點。大塊的倒運過程占用了大量出礦能力。
(2)對大塊進行集中爆破破碎，每次破碎必須進行爆破警戒、起爆和爆后通風。整個爆破過程費時至少一個小時，在此期間臨近礦房不能進行出礦作業。
(3)二次破碎的火工品消耗巨大，經濟成本較高。
(4)部分大塊塊度過大，鏟運機無法倒運，只能在出礦口上直接爆破。爆破過程必須停止該礦房鏟運機出礦。
(5)部分大塊懸于出礦口上口，只能采用竹竿挑裝炸藥進行爆破。爆破效率低下，而且危險性很大。
3 大塊產生的原因
經過對現場地質條件、中深孔設計和施工、爆破裝藥、現場出礦組織進行調查分析，認為產生大塊的原因有以下幾個方面：
3.1 不良地質條件
不良地質條件包括節理和斷層。節理和斷層構成了巖體的不連續面，破壞了巖體的連續性。不連續面導致的大塊分為爆破大塊和垮落大塊。
巖體內爆破是爆炸應力波和爆生氣體膨脹壓力共同作用進行巖體破碎。爆破時，由于不連續面的存在，爆炸能沿不連續面溢出或應力波被不連續面衰減，導致爆破應力波不足以破碎巖體，大部分礦巖只能在爆生氣體壓力的作用下，沿巖體自身的不連續面分離，形成自然塊度，導致爆破大塊的產生[1]。
分段空場法采礦，在礦房充填前，礦體上下盤和頂板均暴露在采空區內。由于不連續面的存在，導致臨空面圍巖不穩，受自重和爆破擾動的影響，往往按自然塊度垮落下來。此部分大塊塊度往往較大，而且以廢石為主。
3.2 中深孔設計參數不盡合理
原設計參數中深孔排距1.8~2m，孔底距2m，炮孔密集系數1~1.1，偏低，是導致大塊率偏高的一個因素。
3.3 中深孔施工偏離設計
中深孔施工與設計不符，是導致大塊產生的重要原因。中深孔施工偏離設計主要有兩方面的原因：
(1)中深孔臺車操作人員的失誤。施工過程中往往會出現排線未對正、角度、深度、仰俯角不符合設計。
(2)炮眼偏斜率難以控制。受巖石軟硬不均和層理發育的影響，中深孔在鉆進過程中往往向巖石較軟的方向偏移，偏離了設計直線。尤其會寶嶺鐵礦分段高度18~25m，部分中深孔長度超過30m，中深孔施工至孔底時，往往偏差很大，甚至出現第二排中深孔偏斜到第一排中深孔排面的情況。
3.4 中深孔爆破設計和裝藥質量不佳
中深孔爆破設計和裝藥質量不佳，均會導致炸藥在礦巖內不能均勻分布。局部地區裝藥過少，導致爆破能不足，容易產生大塊。
3.5 中深孔被破壞
施工完畢的中深孔，在爆破時往往發現炮孔被破壞。破壞的情況有如下幾種：
(1)中深孔施工在破碎帶中的，往往發生碎石堵孔。在裝藥時經常發現有碎石堵在炮孔中部。
(2)中深孔爆破后，爆破臺階上部容易發生滑塌，滑塌時下一排的中深孔孔底遭到破壞。
(3)由于中深孔偏斜率較大，個別時候兩排中深孔出現交錯在一起的情況。發生這種情況時，爆破第一排中深孔時往往破壞第二排中深孔。
(4)爆破時孔口裝藥量過大，導致眉線被破壞，下一班爆破的孔口受到破壞。
3.6 第一排爆破前臨空
爆破時，第一排炮孔因為面臨臨空面，前部無阻擋，爆破后的巖塊向前運動，失去了擠壓和碰撞作用。爆炸能用于推動巖塊向前運動，而未用于破碎巖石[2]。
3.7 出礦組織不合理
礦房底部共6個出礦口——鑿巖道兩端及4條進路。出礦過程中，應做到各口均勻出礦。但在生產實際中，經常出現某一出礦口被大塊堵死后，不及時進行清理，導致該出礦口長時間不進行出礦作業。礦房內散體礦石經擠壓、震動后，形成更多大塊。
4 降低礦房大塊率的措施
針對以上問題，為降低會寶嶺鐵礦-410m水平北礦體礦房大塊率，結合礦山現有技術力量、設備力量和人力，確立了以下措施降低礦房大塊率。
4.1 優化炮孔參數
采用小排距、大孔底距爆破，以改善爆破效果，是現在比較通用的降低爆破大塊率的方法[3]。
但是，如果排距過小，導致爆破時中深孔距離采空區過近。礦房內的礦堆流淌下來，很容易掩埋部分中深孔。經現場對礦堆形狀和中深孔高度進行分析，確定排距調整為1.6m，降低了排距，但不容易發生埋孔。
根據保持孔網面積S=a×w(孔底距×最小抵抗線)不變的原則，計算新的孔底距應為1.8×2/1.6≈2.2m[4]。為改善爆破效果，決定采用交錯布孔[2]，孔底距確定為1.9m和2.3m間隔布置。兩排同時爆破時，孔底距2.3m的中深孔布置在臨近空區的前一排，孔底距1.9m的中深孔布置在后一排。
4.2 減少單排爆破
每班爆破均可能對下一排中深孔造成程度不一的破壞。而且每班爆破第一排因為臨空，爆破時容易產生大塊。
因此為降低這種影響，必須減少爆破的班次，即每班爆破多排中深孔。因此盡量避免單排爆破，每次爆破2~3排。
此外，為加強爆破破巖效果，在總裝藥量不超過允許值的情況下，盡可能安排空區兩側中深孔同時爆破，每側爆破2~3排。爆破礦巖在空中互相碰撞，加強了破碎效果。
4.3 加強中深孔質量管理
中深孔臺車操作人員的施工水平是影響中深孔質量的重要因素。為改善中深孔施工質量，出臺相應的質量管理辦法并貫徹實施，對中深孔質量進行跟蹤管控。
施工前，為中深孔臺車在巷道兩幫和頂板標定排面，通過三點定向，確定中深孔排面準確。開鉆前，必須測量中深孔角度和仰俯角，角度合格方可施工。施工時，必須嚴格控制鉆進深度。定期對中深孔質量進行檢查，根據不同的合格率對中深孔臺車司機進行階梯式考核。
通過推行標準化作業，及時跟蹤考核，經過長時間的努力，現將中深孔質量合格率控制在90%以上。
此外，中深孔臺車施工過程中發生有透孔、遇破碎帶無法施工等異常情況，由臺車司機記錄在操作記錄單上。每周技術室指定專人對臺車施工中發現的問題進行匯總并報至中深孔設計人處。中深孔設計人根據收到的異常情況表分析原因和影響，必要時調整中深孔設計或者在特殊部位進行補孔。
4.4 優化爆破裝藥設計
為了優化爆破裝藥設計，每排中深孔爆破前，均由爆破設計人員在中深孔圖紙上詳細繪制出每孔裝藥情況(裝藥部分中深孔加粗顯示)。裝藥系數控制在65%左右，要求裝藥長短搭配，炸藥在排面內盡可能均勻分布。
爆破設計完畢后，將繪有裝藥長度的中深孔圖紙附在爆破設計單后一并交給中深孔爆破班組，由爆破班組實施爆破。
4.5 加強中深孔爆破管理
中深孔爆破前，要求爆破班組對擬爆破的中深孔進行驗孔。驗孔發現有堵孔時，必須開高壓風進行通孔。對于存在炮孔無法通開，或者炮孔被破壞等情況，必須停止裝藥，匯報至技術室。由技術室根據現場情況對照中深孔圖紙，決定是繼續爆破還是暫停爆破，對炮孔進行處理。
技術人員不定期對中深孔爆破裝藥、連線、起爆過程進行檢查，確保按照技術室的設計進行裝藥爆破。
4.6 加強出礦組織管理
(1)為避免松散礦石在礦房內經震動、擠壓再次形成大塊，規定生產工區必須隨時對封堵各出礦口的大塊進行清理，確保各出礦口均勻出礦，保持各出礦口礦石的流動性。技術人員隨時巡查現場發現有大塊封堵出礦口的情況及時下達整改單，責令進行清理。
(2)礦房回采后期，由于采空區暴露時間較長，往往發生大量圍巖垮塌，不僅大塊率上升，而且還增加了礦房的排矸量。因此，為減少圍巖垮塌，必須加快礦房回收進度。通過控制同時開采的礦房數不超過3個，將出礦能力集中，加快單個礦房的回收速度。將礦房的平均回收時間由7~8個月減少至4~5個月。
4.7 對大塊進行打眼爆破
為生產便利，礦房內的大塊往往集中在臨近礦房巷道內進行堆放。由此導致二次爆破會對礦房產生擾動。對大塊進行打眼爆破，減少裝藥量，不僅降低了火工品消耗，而且減少了爆破擾動，減少因二次爆破導致的礦房圍巖垮塌。
5 應用效果
出礦過程中，鏟運機將礦房內礦石倒入溜井后，塊度大于格篩網格的礦巖無法溜下而存留在溜井上口。溜井上口的大塊積攢到一定量時，再由鏟運機集中鏟運至指定區域。將每月大塊鏟回的斗數與總出礦斗數的比值稱為大塊鏟回率。
因為礦房內實際大塊率測量較為困難，而隨著礦房大塊率的上升，從溜井上口鏟回的大塊比率也上升。因此可以采用單月大塊鏟回率的升降體現大塊率的變化。
自采取上述措施后，效果慢慢顯現，單月大塊鏟回率逐步下降，由2014年初20%以上降低到11%~13%，如圖2所示。表明大塊率得到了顯著的下降。
圖2 單月大塊鏟回率直方圖
6 結語
生產的實踐表明，文中提出的降低礦房大塊率的措施是行之有效的，符合礦山實際，取得了良好的效果。但是對于進一步降低礦房大塊率，還有進一步研究的需要。從技術和施工兩個方面，系統的分析和總結，以將礦房大塊率降到最低，提高礦房出礦效率。
參考文獻
[1]. 袁德海，鄧守鋒.改善巖體深孔爆破大塊率的實踐[J].煤炭科技，2011，2：37-40.
[2]. 林大澤.降低地下礦深孔爆破落礦大塊率的技術措施[J].中國安全科學學報，2007，17(1)：86-90.
[3]. 陳壽如，陳能革，邢東升.堅硬礦巖臺階深孔爆破降低大塊率的綜合措施[J].有色金屬(礦山部分)，2002，54(2)：34-36.
[4]. 姜東泉.降低中深孔落礦大塊率的探討[J].中國礦山工程，2005，34(5)：17-19.
聲明：
“分段空場法降低礦房大塊率的措施” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
940
編輯：吉利娜
來源：金誠信礦業管理股份有限公司
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
中冶有色技術平臺
2023年11月10日 ~ 12日 
換一批
評論 （0條）