地下矿山极坚硬矿岩中深孔采矿降低大块率措施*

刘允秋 王广文

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.中国黄金集团资源有限公司)

地下矿山极坚硬矿岩中深孔采矿降低大块率措施*

刘允秋1,2,3王广文4

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.中国黄金集团资源有限公司)

地下矿山极坚硬矿岩中深孔采矿一次爆破大块率高，不仅严重降低了采场的出矿能力，而且产生的大块矿石需再次爆破，增加了炸药消耗量，也给矿山的安全生产带来了隐患。结合会宝岭铁矿井下采场中深孔爆破试验，分析了采用分段空场法开采极坚硬矿岩时爆破产生大块的主要影响因素，并提出了降低爆破大块率的措施，取得了较好的经济技术指标。

地下矿山 极坚硬矿岩 中深孔爆破 大块率 分段空场采矿法

在坚硬或极坚硬以及节理裂隙较发育的矿岩中, 若某种爆破参数不合理, 易造成矿石爆破大块率过高。较高的大块率不仅增加了二次破碎工作量，而且降低了铲装和运输的工作效率，增加了选厂破碎、磨矿设备的磨耗及作业成本。因此严格控制台阶深孔爆破大块率，对于提高矿山生产的总体经济效益具有重要作用。

1 矿区概况

会宝岭铁矿是由山东省临沂矿业集团公司控股的国内大型地下金属矿山，隶属苍山县尚岩镇管辖。会宝岭铁矿床为隐伏矿床，发育2条主矿带，总体走向280°～290°，平行展布，相向而倾，表现为不对称向斜构造特征(太白向斜东段)，矿带顶底板围岩为黑云角闪片岩或黑云变粒岩，矿体呈层状、似层状产出，矿体产状与地层产状一致。实验室测定其岩石(硬度系数7～12)属坚硬—极坚硬岩类，稳固性好，矿体顶底板岩体较完整，无需支护。该矿主要采矿方法为分段空场嗣后充填采矿法(图1)，采场沿走向布置，长60 m，高70 m，矿体厚度即为矿块宽度。

图1 分段空场嗣后充填采矿法示意(单位：m)

目前，采场主要集中布置于-410～-130 m水平，矿房底部结构采用堑沟式底部结构，采场高分为3个分段，在每个分段沿矿体布置凿岩巷道，在矿房中间布置切割天井，沿垂直于矿体的方向进行拉槽切割，为后期中深孔采矿预留爆破自由面。在采场采矿时，使用SimbaH1254型中深孔凿岩台车沿凿岩巷道布置扇形孔，每次爆破2～3排，矿石经铲运机搬运至采场溜井，溜井口上铺设格栅(规格700 mm×700 mm)，大块矿石滞留于格栅上，后期进行二次爆破，过高的大块率不仅增加了爆破炸药量，增加了生产成本，而且增加了安全风险。

2 大块产生的影响因素

2.1 矿岩固有性质

(1)岩石或岩层节理发育。当井下矿岩节理裂隙较发育时，部分爆破能量沿裂隙传开，难以形成径向和环状裂隙，仅能在爆生气体膨胀压力的作用下沿自身的裂隙分离形成大块。

(2)爆破振动。随着矿房爆破回采的进行，采场形成大面积采空区，围岩受爆破振动的影响，导致裂隙增大，片帮大块增多。

2.2 炮孔施工质量

在井下炮孔布设过程中，采场底板不平整，转机支架固定角度不精确，导致个别炮孔角度偏大，炮孔深度参差不齐，炮孔偏离设计同一平面等现象的出现，导致爆破效果降低，无法按照设计要求顺利完成中深孔爆破作业。当矿岩承受炸药应力波不均衡时，在爆破能量较少的地段易产生过多的大块。

2.3 现场爆破装药质量

在使用井下装药器装药的过程中，由于装药技术水平、装药器长时间使用发生磨损等因素的存在，使得现场爆破装药质量降低，出现堵孔、卡孔现象，装药量明显减少，导致爆能不足，无法完全破碎岩石，从而产生大块。

2.4 爆破参数设计

(1)孔网参数。该矿山原设计的孔网密集系数(孔底距2 m，排距1.8 m，即密集系数约为1)偏低，当炸药起爆时，在爆炸应力波的作用下相邻炮孔间先产生裂隙，随之爆破应力波进入裂隙，爆炸能量过早逸失，作用于岩石的时间大大缩短，破碎效果差，导致大块率偏高。

(2)爆破网路。爆破网路直接影响了爆炸能量的作用方式，在现场作业中，为简化操作，一般采用排内齐发爆破网路(即每排所有炮孔孔内装入同一段别雷管，同时起爆)。该网路设计造成炸药起爆后，爆炸应力波在炮孔连线方向叠加，爆能在径向方向加强，瞬间达到最大值，在炮孔横断面产生了爆破切割作用，形成了爆破立槽，爆破能量无法完全作用于岩石，能量过早散失。

3 大块率降低措施

3.1 加强地质编录工作

不同矿山的水文地质条件差别较大，同一座矿山不同部位的岩石特性也不尽相同。岩石特性对于爆破破碎效果的影响程度大于炸药类型。影响破碎效果的岩石特性包括抗压强度、抗拉强度、密度、 传播速度、硬度和地质构造。地质构造包括断层走向、裂隙宽度和间距、岩层倾角、破碎带构造等因素。因此，在中深孔爆破设计前应进行详细的地质编录，深入了解矿房内的节理裂隙等地质构造，并结合地质构造产状，合理布置排面、排距，尽可能减小节理裂隙等构造对中深孔落矿的影响[1-2]。

3.2 提升爆破技术人员专业技能

(1)对采场爆破技术人员进行岗前培训，加强中深孔采矿技术管理，对测量技术人员加强过程管理，精确放线布孔，确保爆破质量。

(2)严格执行炮孔验收制度，每次装药前应严格按设计说明书对炮孔的孔距、排距、孔深、倾角进行逐一查验，根据检查结果，适当调整装药量和联线方式，确保不出现卡孔、堵孔现象。

3.3 提高装药质量

严格按照设计的装药参数进行准确装药，要求装药人员具备较高的技术水平。因此，有必要对装药技术人员进行岗前培训、技术交底，通过不断总结经验，确保装药质量。在装药过程中，应由相关专业人员把关，杜绝出现装药密度不一致、装药不满等现象。据以往经验，炮孔可用炮泥全部堵塞，炮孔的封堵长度为最小抵抗线的1/5～1/2，相邻炮孔取不同的封堵长度，避免炸药集中。

3.4 优化爆破参数

3.4.1 炸药选型

炸药的波阻抗与岩石的波阻抗相匹配时，炸药传递给岩石的能量达到峰值，在岩石中引起的应变最大，可获得较好的爆破效果。坚硬岩石的波阻抗较大，因此可选用爆速和爆力较高的炸药。目前普遍使用的2#岩石硝铵炸药波阻抗过小，对于坚硬致密岩石应尽可能选用爆速和爆力较高的乳化炸药或根据岩石特性现场合成工业炸药，在确保炸药利用率最大、降低成本的同时，降低大块率。

3.4.2 优化孔网参数

大孔距小抵抗线爆破法特点：①有效利用前排孔及前排孔造成的裂隙破碎矿岩；②减小抵抗线有利于加强爆破的抛掷作用，增强挤压爆破效果，提高矿岩破碎质量;③增大孔距，避免因孔距小在炮孔排面切断矿岩产生大块；④大孔距便于相邻2排炮孔在排面上交错布置使炮孔负荷均匀[3]。

炮孔密集系数(即指孔距与排距之比)通常大于1，在宽孔距、小抵抗线爆破中一般取3～4甚至更大值，当炮孔密集系数提高至2～3时，可使爆炸作用时间得以延长，在矿石脱离原矿体之前裂隙得到充分发展，从而降低大块率[4]。会宝岭铁矿根据大孔距、小抵抗线爆破原理对原爆破孔网参数进行了优化，优化后的炮孔最小抵抗线(排距)1.3 m，炮孔密集系数2.0，孔底距2.6 m，采用前后交错的方式布置凿岩扇形炮孔(图2)，爆破效果得到了明显改善。

图2 扇形炮孔排间交错布置

3.4.3 选择合适的装药量

会宝岭铁矿岩石硬度较大，切割槽爆破炸药单耗2.0～3.5 kg/m3，正排爆破炸药单耗1.3～1.5 kg/m3，在确保经济合理的情况下，大块率明显降低，炸药消耗量与大块率的关系见图3。

3.4.4 合理分配装药量

相邻炮孔炸药爆破时，爆炸应力波沿相邻炮孔产生裂隙，若各炮孔装药量保持一致，易导致炸药大量集中于炮孔孔口，孔口位置产生过高的大块率，因而在装药过程中，确保相邻炮孔装药长度各不相同，是一种既优化了爆破效果，节约了生产成本，又降低了大块率的有效措施。炮孔布置及装药结构见图4。

图3 炸药单耗与大块率的关系

图4 炮孔布置与装药结构

3.4.5 选用孔底起爆方式

会宝岭铁矿中深孔采矿选用孔底起爆方式，雷管放置于孔底起爆，避免了孔口起爆的炸药高度集中、易产生大块的不足，孔底起爆效果较好。

3.4.6 多排微差起爆，实现挤压爆破

微差爆破是指相邻炮孔或药包之间的起爆时间间隔以毫秒计的延期爆破方式，又称毫秒爆破[5]。该爆破方式在控制地震效应、扩大爆破规模、控制爆破块度、改善爆破效果、充分利用爆能、降低炸药单耗等方面成效显著[6-7]。使用多排微差起爆，实现挤压爆破，优点有：①可创造更多的自由面，减小岩石爆破的夹制作用；②爆炸应力波相互叠加，矿岩相互破碎明显，提高二次破碎效果；③爆生气体在孔内作用时间延长，可降低起爆能量损耗，延长爆能对岩石的作用时间。现场实践证明：多排孔微差爆破从 1排增加至 3排时，大块率明显降低。岩石力学参数见表1，爆破参数优化前后对比见表2。

表1 岩石力学参数

4 结 语

以会宝岭铁矿为例，针对该矿井下中深孔爆破大块率较高的问题，分析了影响大块产生的因素，并给出了降低大块率的措施，为类似矿山中深孔爆破作业提供参考。

表2 爆破参数对比

[1] 王占元.中深孔爆破技术在常村煤矿岩巷快速掘进中的应用[J].现代矿业，2014(5)：38-39.

[2] 王 涛，杨登跃，廖新朝.减少中深孔爆破大块及根底的措施[J].现代矿业，2014(4)：167-169.

[3] 张宝良.大孔距小抵抗线爆破技术在地下中深孔采场中的试验[J].金属矿山，2009(S)：476-477.

[4] 李得春，李金龙.井下深孔爆破产生大块原因及处理[J].有色金属：矿山部分，2005(9)：57-58.

[5] 牛 魁.逐孔微差爆破技术在黑沟溜井降段中的应用[J].现代矿业，2015(1)：60-61.

[6] 何 理，钟冬望，刘 建，等.微差爆破试验及爆破振动能量的小波包分析[J].金属矿山，2014(6)：10-15.

[7] 崔正荣，张西良.梅山铁矿深孔爆破合理微差时间研究[J].现代矿业，2014(5)：9-10.

Reducing the Rate of Large Ore Blocks Measures of the Mining Process of Medium-length Hole Blasting of the Extra-hard Ore-bearing Rocks

Liu Yunqiu1,2,3Wang Guangwen4

(1.Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.,Ltd.;2.State Key Laboratory of Safety and Health for Metal Mines;3.Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Cyclic and Utilization of Metallic Mineral Resources Co.,Ltd.;4.China Gold Group Resources Co.,Ltd.)

In the mining process of medium-length hole blasting of the extra-hard ore-bearing rocks, the rate of large blocks of the first blasting is high,which is not only affect the stope ore productivity capacity seriously, but also increase the explosive consumption by conducting the second blasting of the large ore blocks produced by the first blasting, and bring the hidden trouble for mine safety production. Combing with the medium-length hole blasting test of the underground stope of Huibaoling iron mine,the sub-level open stoping method is used to mining the extra-hard ore-bearing rocks,and the main influence factors of the large ore blocks produced in the process of medium-length hole blasting are analyzed, besides that, the measures of reducing the rate of large ore blocks are also discussed. The application results show that, the large ore blocks is reduced significantly by adopting the above measures, and some good economic and technical indicators are obtained.

Underground mine, Extra-hard ore-bearing rocks, Medium-length hole blasting, Rate of large ore blocks, Sub-level open stoping method

*“十二五”国家科技支撑计划项目(编号：2012BAB14B01)。

2015-08-17)

刘允秋(1988—)，男，工程师，硕士，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。