首云铁矿无底柱分段崩落法采场结构参数优化的研究

徐洲

摘 要：首云铁矿生产采场采用无底柱分段崩落法开采，无底柱分段崩落采矿法的爆破工作是采矿工程的一个重要环节，崩矿步距决定了爆破效果的好坏，进而影响到矿石的回收率和生产成本，同时也影响到安全生产。本文在对采场进行多方案试验研究基础上，对首云铁矿中深孔爆破崩矿步距参数进行了分析、计算和优化。确定了较优的参数组合方案，通过生产实践，降低了采场贫化和损失指标，取得了较好的生产效果。

关键词：无底柱分段崩落法 降低损失贫化 爆破参数 崩矿步距

一、引言

首云铁矿原采用露天开采， 现已转为地下开采， 采用无底柱分段崩落采矿法。该采矿方法的优点是回采工艺简单、灵活性大、作业安全、便于实现机械化、采矿强度较大；该法的缺点是矿石贫化损失率较大。

为减少对正常生产的影响，试验地点选择在II矿带最南端的29～44m水平。该范围内有两层矿，其中II①层平均厚度4～5m，倾角80～89°，矿体顶、底板不规整；II②层平均厚度16～18m，倾角68～80°，矿体顶板不规整，底板较规整。该地段有小断层多条，走向东西，矿体多处被错断。

根据前期矿岩力学性能实验结果，试验地段矿体坚硬，岩体属中等硬度。

二、井下崩矿爆破主要参数确定

1.最小抵抗线（排距）

最小抵抗线W是爆破参数中最重要的参数之一，通常根据钻孔直径、矿岩特性、炸药威力以及对矿岩的破碎程度等要求而定，可按下式计算：

式中：d-孔径，mm；Simba1354钻机可选钻孔直径在51～89mm之间，可根据岩性选择，一般硬岩适合选小直径钻孔，参照国内相关矿山使用情况，本次试验为矿体部位，故选择钻头直径为76mm，成孔直径在78～80mm之间；

Q-炸药单耗，kg/m3； -炮孔装药系数；

D-装药密度，kg/m3；m-炮孔密集系数。

结合首云矿的情况，选取钻孔直径d=0.078`0.08m，压风装填粘性粒状铵油炸药的密度 =1.0～1.1×103 kg/m3，炮孔装药系数 =0.7～0.8，孔底密集系数m=1.1～1.86，设计炸药单耗q=0.5～1.0 kg/m3。故可选：W=1.6～1.8m。

2.孔底距

扇形中深孔孔间距有孔底距和孔口距之分，孔底距是指从较浅炮孔的孔底至相邻较深炮孔的垂直距离，在设计中用来控制同排炮孔密集度（数量）；孔口距是指从堵塞较深炮孔装药底面至相邻堵塞较浅的炮孔的垂直距离，它是调节孔口装药密集度的指标，体现崩矿的合理炸药单耗。孔底距a可采用下式计算：

从近几年井下爆破落矿的发展情况看出，采用小排距，大孔底距，增大密集系数是无底柱扇形布孔的发展趋势，是有效改善爆破破碎效果的重要技术途径。参照同类矿山经验，结合首云矿的岩性特征取密集系数m=1.1～1.86，故试验中孔底距可采用2.2～2.6m。

3.边孔角

边孔角是扇形布孔的重要参数，在无底柱崩落法采矿中，如果分段高度一定时，边孔角的大小要考虑崩落矿体的侧向自然安息角和钻机的穿孔能力，特别是上下分层进路交错布置时，边孔角决定了最大孔深和排面内的炮孔数量。

坚硬矿石充分破碎时的自然安息角一般不超过60°，考虑到试验地段矿体属于中厚偏薄，崩落散体在进路出矿口的两侧流动性较差，故在满足钻机穿孔条件下，尽量选用大边孔角。试验选用的Simba1354钻机的穿孔能力较强，参照同类矿山的经验，本次试验边孔角控制在60～65°之间。

三、试验方案的拟定

影响井下中深孔爆破效果的因素很多，结合首云矿的实际情况，最主要的影响因素是排距、孔底距和炮孔的装药长度，显然这些因素的影响相互交织在一起，要单独考察它们对爆破效果的影响在实际生产条件下显然不太现实。为了即能综合考察这些因素的影响，又尽可能少得影响生产，采用正交试验法来制定中深孔爆破参数优化的现场试验方案。

正交试验设计法，可以减少试验次数，缩短试验周期，降低试验和生产成本，迅速找到优化方案。它利用一套现成的规格化的表─正交表来安排多因素试验，并对试验结果进行统计分析，找出较优（或最优）试验方案的一种科学方法。

对于排距和孔底距参照类似矿山经验及目前爆破情况采用等间隔选取，确定大密集系数布孔原则；对于起爆位置，目前井下上向扇形孔常用的有孔底和孔口起爆，中间起爆法需要在装药过程中将装药管拔出，安装起爆药包后再插入装药管，在试验采场中是不现实的，比较后采用孔底方式。炮孔的装药长度则需要整个排面统一考虑，因此试验就三个因素为目标，通过优化达到改善中深孔爆破效果的目的，以大块率和眉线的破坏距离作为考察试验好坏的技术指标，构成正交试验的因素表1。

表1 试验因素、条件和指标

将影响因素排距、装药系数和孔底距分布用A、B、C表示，采用传统的正交表来安排试验，可以选用正交表L9（33）来安排试验，见表2。

表2 因素水平表

四、爆破效果的观测

对于井下无底柱分段崩落法爆破落矿，良好的爆破效果意味着禁止出现悬顶、立墙等严重影响作业安全的现象；另外，爆破后的爆堆要破碎均匀、松散，便于铲运机铲装，不合格的大块少。其次，爆破要为下次爆破创作良好环境条件，因此，要求爆破后冲均匀，对进路巷道眉线的破坏要小，尽量不影响后排孔装药和对后排炮孔造成错孔、落膛等不良后果。在众多方面的多个技术指标中，其中眉线破坏距离和大块率两个指标基本能够反映爆破效果的优劣。一般大块少，矿岩破碎均匀，爆堆也较松散，便于铲装；而眉线破坏小，意味着爆破后冲较小，不易对后排炮孔造成错孔、落膛等破坏，故选用大块率和眉线破坏距离来衡量中深孔爆破效果的优劣。

五、结论

结果表明采用孔底起爆法在首云矿矿体比较稳固的条件下，进路的眉线保护较好，为出矿创造了较好的条件。对比国内使用simba1354井下大孔径（Φ76mm）中深孔崩矿的矿山，大红山矿（矿石f=8～12，大块率7.93～12.1%），程潮铁矿（矿石f=8～12，大块率20%左右），梅山铁矿（矿体f=10～12，大块率10.8～67.4块/万t），总体而言破碎效果尚可。由此可见，崩矿步距增大对于提高矿山经济效益有利的。因为爆堆体与放出体的吻合程度得到提高，改善了出矿损贫指标，进而提高原矿质量、降低矿石加工成本。

参考文献

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