盘区机械化上向中深孔高分层充填法爆破方案优化分析

赵雄文，熊国雄，戴宏辉，周科礼，史秀志，邱贤阳

(1.大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北黄石市 435500；2.中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

盘区机械化上向中深孔高分层充填法爆破方案优化分析

赵雄文1，熊国雄1，戴宏辉1，周科礼1，史秀志2，邱贤阳2

(1.大冶有色金属集团控股有限公司， 湖北黄石市 435500；2.中南大学资源与安全工程学院， 湖南长沙 410083)

针对铜绿山铜铁矿在用盘区机械化上向中深孔高分层充填法回采过程中出现的爆破块度不均、松石处理量大、分层高度不够、崩矿效率不高等问题，对该方法的爆破孔网参数、拉槽爆破、侧崩爆破起爆顺序等进行优化研究，进一步完善了该采矿工艺。

铜绿山铜铁矿；上向中深孔；盘区机械化；爆破方案优化

0 引 言

目前，铜绿山已全面进入深部开采，不仅面临深井“三高一扰动”的恶劣环境，而且深部矿体和上部中段相比有较大的变化，厚大矿体所占比例缩小很多，矿体倾角变化大，分支复合现象普遍，矿岩稳固性变差。为确保深部资源安全高效回采，保持矿山生产的连续性，铜绿山矿成功试验盘区机械化上向中深孔高分层充填法。该采矿方法的凿岩、装药爆破、出矿等工艺均采用机械化配套设备，大大提高了采矿采场生产效率和作业安全。然而由于铜绿山矿深部矿岩破碎，该工艺在应用过程中尚存在爆破块度不均、松石处理量大、分层高度不够、崩矿效率不高等问题。为进一步完善回采工艺、提高回采效率，对其孔网参数、拉槽爆破、侧崩爆破起爆顺序等爆破技术进行优化研究。

1 深部矿体开采技术条件

根据铜绿山矿目前的开采情况，深部矿体开采主要位于勘探线6～39线之间[1]，矿体总长约1000m，主矿体为Ⅲ、Ⅳ号矿体，约占总矿量的80%。其中，Ⅲ号矿体位于0～13线之间，长约350～400m，倾角50°～80°，一般厚度为5～25m，最大厚度达120m；Ⅳ矿体主要为铜铁矿石，还有少量单铜矿石及铁矿石，矿体形状长条状，剖面上呈似层状。矿产水文地质属于以溶洞为主，顶底板直接进水、水文地质条件中等至复杂的岩溶充水矿床。矿体项板围岩在15线为矽卡岩及大理岩，19～29线为大理岩或白云质大理岩，底板为花岗闪长斑岩，均属坚固岩石，Ⅳ号矿体围岩稳定性强于Ⅲ号矿体。

2 采矿方法简介

采用盘区机械化上向中深孔高分层充填法，矿体厚度较大时采场垂直走向布置，阶段高度60m，采场长度为矿体厚度，宽度为8～12m，底柱高度12m，分段高度12～13m，每个分段分成2个分层回采，第一分层回采高度3.0～5.0m，第二分层回采高度5.0～7.0m，回采由下往上进行，分矿房、间柱两步骤回采，见图1。

采用Boomer K41X型凿岩台车钻凿上向平行炮孔，孔径51mm，炮孔按梅花状排列，掏槽区孔网一般为1.0m×1.2m，孔距为1.3～1.5m，孔排距为1.4～1.6m。一个分层采场凿岩后一次装药爆破，装药台车装填铵油炸药，采用1～30段高精度毫秒雷管起爆炸药，边孔滞后一段起爆，整个爆破网络采用导爆索与毫秒雷管非电复式起爆网络起爆。一个分层采场爆破后，人工在爆堆上从采场口由外向里处理顶板和边帮松石，第二分层爆破后由上一分段的联络道进入采场处理松石，必要时进行锚网支护。采用EST－31/2型电动铲运机铲装矿石，运往矿石溜井卸载。

分层采场出矿后进行充填作业。矿房采场采用细砂胶结或尾砂胶结充填，间柱采场采用非胶结或尾砂胶结充填。充填高度为分层爆破高度，保留3.0m左右高度为下分层爆破的补偿空间和设备作业空间。待充填体达到强度后方可进行下一分层的回采作业。

3 存在的问题

铜绿山铜铁矿深部与浅部相比，矿体地质情况和岩石力学参数变化较大，对中深孔爆破效果提出了新的要求。目前该采矿工艺在深部应用过程中主要存在以下问题:

(1)部分采场第二分层高度达7m，采用与第一分层一样的掏槽方式，崩矿后拉槽高度达不到预期，导致需要在炮堆上进行人工补炮，不仅降低了回采效率，也增加了安全隐患；

(2)前期试验研究确定的侧崩孔网参数为1.6m×1.6m，应用到深部采场存在爆破块度不均的情况，部分采场大块较多，而另外一些采场则块度破碎、粉矿较多，因此有必要根据矿岩情况进行孔网参数优化；

图1 盘区机械化上向中深孔高分层充填法示意

(3)最后一次侧崩爆破后矿石向前抛掷，导致采场口位置没有矿堆，第二分层空场高达10m，无法进行顶板松石处理作业，极大增加了出矿作业风险；

(4)边孔与中间孔孔网参数一致，由于矿岩极其破碎，爆破后边帮控制不齐，加大了边帮片帮和松石处理量，降低了回采效率。

4 爆破方案优化

4.1 高分层拉槽技术优化

针对高分层拉槽高度不够、效率不高的问题，对其拉槽方式进行优化，采用直孔与斜孔相结合的拉槽方式，如图2所示。

图2 高分段直孔与斜孔组合拉槽方式

4.2 侧崩爆破孔网参数优化

针对不同采场爆破块度不均的问题，根据矿岩性质和岩石力学参数的不同，对不同采场的孔网参数进行试验研究，根据试验结果和采场矿岩破碎程度调整孔网参数，矿岩坚硬的采场应采用孔排距为1.5m的孔网参数，而破碎采场应采用孔排距为1.8m左右的孔网参数。

4.3 侧崩爆破起爆顺序优化

侧崩爆破通常的起爆顺序为以拉槽区为自由面逐排侧崩爆破，矿石往往向拉槽区抛掷，采场口没有矿石堆积，不利于顶板松石处理。为克服这一难题，需通过改变起爆顺序解决矿堆高度不均的问题。改变爆破抛掷方向最根本的方法是改变炮孔爆破自由面方向。经过现场多次试验，最终采用图3所示的起爆顺序。图3(a)中，采场中间2排孔先响，边上4排孔随后以中间已爆空间为自由面向中间抛掷，减少向拉槽区方向的抛掷。图3(b)中，采场中间2排孔以V型同段起爆，，随后边孔向中间抛掷，增加采场中间位置爆堆高度。

4.4 边孔光面爆破技术

边帮控制是本采矿工艺最为关键的作业。如果边帮控制不佳，容易引起高陡边帮的片帮，影响出矿、充填和下一分层的凿岩作业，甚至可能出现大面积垮塌。因此，必须采取措施确保爆破后边帮齐整。

图3 侧崩区起爆顺序优化

针对这一情况，采场爆破时边孔采用光面爆破，边孔孔距设计为0.5m，同时采用竹筒间隔装药，为施工方便，也可采取孔内放置PVC管的不耦合装药，PVC管放置在边帮一侧，同时，边孔滞后于中间孔起爆，确保边孔自由面朝向采场中间，降低炸药爆破对边帮岩石的冲击破坏。经过现场试验，边帮控制效果很好，未出现过垮塌现象。

5 结 论

针对盘区机械化上向中深孔高分层充填法应用过程中存在的问题，对其孔网参数、拉槽爆破、侧崩爆破起爆顺序等爆破方案进行优化研究，确定了直孔与斜孔组合拉槽、根据采场矿岩破碎程度调整孔网参数、改变侧崩爆破自由面方向和边孔光面爆破等技术措施，极大地提升了崩矿效率，保障了采场作业安全，达到了完善高分段回采工艺的目的。

[1]岑佑华，余 琳.铜绿山矿深部开采开拓方案[J].中国矿山工程，2004，33(6):1-4.

[2]张 刚.浅谈铜绿山铜铁矿深部开采的地压问题[J].采矿技术，2005，5(2):14-15.

[3]陈 刚.凡口铅锌矿盘区机械化上向中深孔充填采矿法的爆破网络及爆破参数优化分析[J].采矿技术，2012，12(4):80-83.

[4]张木毅.凡口铅锌矿盘区机械化中深孔留矿法的应用[J].采矿技术，2002，2(3):24-26

[5]刘颖歆.空气间隔装药在铜绿山矿深孔爆破中的应用[J].爆破，1998(2):55-58.

[6]张 刚.铜绿山矿地下采矿技术的发展[J].矿业研究与开发，2000(12):8-9.

[7]赵金三.中深孔机械化采矿法在凡口矿的应用[J].世界采矿快报，2000，16(7):229-230.

[8]冷复生.铜录山矿上向分层水平充填法的特点及发展[J].矿业研究与开发，2000，20(6):10-12.

[9]王海军，任 萌.高分段空场采矿法的应用与施工优化[J].有色金属，2013，65(5):15-19.

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2015-09-01)

赵雄文(1978－)，男，湖北黄石人，工程师，主要从事地下矿山采矿技术与安全管理方面的工作，Email:qiuxianyang_csu＠163.com。