不同形式的深孔采矿技术要点与应用情况分析

张治安

摘要：不同形式的深孔采矿技术具有独特的技术应用要点，其中生产安全性最高、成本最低、工作效率最高的技术是大直径深孔采矿技术。近年来，随着我国社会经济的逐渐发展，大直径深孔采矿技术也取得了显著的发展，且其应用效果获得了一致的认可。文章对我国近年来深孔采矿技术的要点和应用情况进行了

分析。

关键词：深孔采矿；大直径；金属矿山

中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0113-02

大直径深孔采矿法具有回采安全性高、工作成本低、采矿效率高等显著的优势。加拿大Levock于1975年首次使用该技术进行矿柱回采，并取得了巨大的成功，因而逐渐引起了世界各国的关注与认可。我国从1977年开始研究大直径深孔采矿技术，并于1984年率先成功试验了凡口铅锌矿VCR法采矿工艺技术。近年来，我国为了进一步提高地下金属矿山的开采效率，各个高等院校、科研院所和矿山开采单位共同研究，紧密合作，共同对矿山生产需要进行了攻关，并以大直径深孔强化开采设备与技术为中心，进行了较为深入的研究，取得了巨大的突破与进展。

1 大直径深孔回采工艺技术

1.1 倒梯段侧向崩矿

大直径深孔采矿法是以利文斯顿爆破漏斗法为理论基础，并在此基础上逐渐发展起来的。我国“六五”期间大直径深孔采矿技术的应用和研究仅仅体现为VCR技术，然而，VCR技术存在明显的缺陷，包括：爆破辅助作业量较大、一次崩矿量较少等等，并给矿山生产带来了巨大的困难。我国“七五”以来，在深入研究柱状和球状药包爆破理论的基础上，对倒梯段侧向崩矿和小断面VCR法掏槽的打孔采矿工艺技术进行了试验性研究。倒梯段侧向崩矿如图1所示。

这一技术要求布置8～10个VCR法掏槽孔在采场中，使用球状药包进行分层爆破，并产生切割槽，再将这一切割槽作为自由面，使用柱状药包侧向后退式崩矿。倒梯段侧向崩矿区选择大孔距小抵抗线布孔，设置孔网参数为2.7×3.75m，以V字型顺序起爆，炮孔临近系数设置为2.1。我国实践经验证实，将大孔距小抵抗线爆破技术应用于大直径深孔采矿中，一方面能够保证更加均匀的矿石爆破，另一方面能够明显提高每米炮孔崩矿量。同时，通过对于倒梯段侧向崩矿爆破与小断面VCR法掏槽技术的地震波传播规律进行分析与测试发现，这一回采技术能够限制和降低采场爆破对于填充体和两侧矿柱所产生的破坏作用。通过倒梯段侧向崩矿和小断面VCR法掏槽技术，能够强化和简化大直径深孔采矿技术，从而符合大规模开采地下金属矿山采矿高效率的基本要求。

1.凿岩硐室；2.倒梯段侧向崩矿序号；3.炮孔；4.VCR法掏槽区；5.矿体边界；6.倒梯段侧向崩矿界线；7.拉底层

图1 倒梯段侧向崩矿

1.2 束状深孔阶段爆破

为了对束状深孔爆破参数进行进一步的研究，我国分别建立了数学模型，并通过动光弹力学试验，探讨了束状炮孔爆破应力波的基本传播规律，分析研究了应力分布情况，对束状爆破束间距、孔间距、最小抵抗线等爆破参数进行了科学计算。通常采场为3.14%的爆破大块率，43t/m炮孔崩矿量，0.8m束内孔间距，7m抵抗线，7m束间距，每束4个布孔，25m孔深，165mm炮孔直径。实践结果证实：束状深孔阶段崩矿同时具有扇状深孔和平行深孔的优势，无需全断层拉开采场凿岩硐室，且采准工程量更少，作业安全性较高，爆破效果更好，每米炮孔崩矿量更大。

2 高阶段强化开采技术

近年来随着大直径深孔控制爆破技术的不断发展以及对填充物和岩石力学稳定性研究的逐渐深入，阶段回采的高度明显提高，大直径深孔采矿采场范围逐渐扩大。在成功试验80m凡口铅锌矿阶段高打孔采矿后，我国相继成功试验了120m矿柱和矿房高阶段大直径深孔强化开采技术。

与矿体垂直的方向布置采场垂直，通过矿柱、矿房两个程序进行回采，使用矿柱为分级尾砂充填、尾砂胶充填矿房。通过孔径为165mm的Simba261高风压潜孔钻机凿岩，出矿操作选择ST-5C铲运机，残矿回收选择遥控铲运机。采场尺寸大小设置为：105～120m高，10～15m宽，50～60m长。一般情况下，一个采场的可采矿石量在25万t以上，为一般采场3～4倍的采矿量。

高阶段120m大直径深孔采矿，采场的稳定程度特别是二程序矿柱回采两侧尾砂胶结充填体本身的独立性是十分重要的问题。矿柱两侧尾砂胶结充填的灰砂配比情况如图2

所示：

图2 矿柱两侧尾砂胶结充填的灰砂配比情况示意图

通常包括1XN12、1XN10、1XN8和1XN4四种矿柱两侧尾砂胶结充填灰砂配比值，充填体抗压强度控制在0.4～3.2MPa之间。矿柱回采时侧向暴露面积在5000～6000m2之间，两侧充填体暴露高度控制为120m。为了提高矿柱回采填充体的稳定程度，降低爆破对于充填体造成的破坏作用，可依据充填体的动载抗拉和抗压极限强度，分别利用小型爆破试验与矿柱爆破模型的建立，对合理的采场爆破规模、边排炮孔控制爆破参数和边排炮孔与充填体之间的距离进行科学的确定。在空气柱间隔长度为0.7m、边排炮孔分层装药量为10kg时，边孔与充填体之间距离和充填体截面最大主应力之间的关系曲线如图3所示：

图3 边孔与充填体之间距离和充填体截面最大主应力之间的关系曲线

矿柱回采的边排孔距充填体设施为1.7m，通过倒梯段侧向崩矿爆破和小断面VCR法掏槽技术，每次的崩矿高度在8～10m之间，崩矿步距控制为10～15m。依据实践经验，120m高充填体两侧的独立性较好，无典型的垮落情况，充填体壁面较为完整，矿石中实测尾砂混入率低于2.5%。

我国从1991年以来，在边生产边科研的基础上，对高阶段大直径深孔强化开采技术进行了全面的推广，到现在为止共采出400万t矿石量，其中，包括76万t的矿柱回采矿量。依据5#矿柱和5#矿房的工业实践结果，矿柱、矿房的采场综合生产能力分别为1012t/d和1039t/d。这一结果基本接近国内外大孔采矿平均情况，采矿生产能力实现了2～3倍的提升，采矿工效实现了1～2倍的提升。按照近年来我国对于高阶段大直径深孔强化开采技术的生产实践与研究结果，笔者得出下述结论：第一，对采场炮孔凿岩偏斜程度进行严格控制，以降低采场的超挖、超爆问题；第二，边排炮孔利用短空气间隔装药结构和小药包，能够降低爆破对充填体和两侧矿柱产生的破坏作用；第三，通过留矿爆破，能够提高采场的稳定程度；第四，完成采场爆破后，适当强化充填和出矿步骤，以减少短采空区的暴露时间；第五，矿柱、矿房回采要依据一采一的采场回采程序进行。

3 结语

综上所述，随着我国现代化建设步伐的逐渐加快，我国有色金属矿山开采企业的开采技术也得到了明显的发展，明显缩小了与世界先进国家之间的差距。在矿山机械化程度提高的基础上，也应注重发展深孔采矿技术，从而达到降低生产成本、提高生产效率的目的。

参考文献

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（责任编辑：赵秀娟）