无底柱分段崩落法在地下铁矿中的应用

杜雪峰

摘要：无底柱分段崩落法是当前地下铁矿应用较多的采矿方法，本文分析了这一采矿方法的基本特征，论述了其基本技术，以某地下铁矿开采工程为例，探讨了这一方法的实际应用。

关键词：地下铁矿;采矿工艺;无底柱分段崩落法

Abstract： Sublevel caving without pillar is currently the most widely used mining method in underground iron ore. This paper analyzes the basic characteristics of this mining method， discusses its basic technology， and takes an underground iron ore mining project as an example to discuss the practical application of this method.

Key words： underground iron ore;mining technology;sublevel caving without pillar

0  引言

有底柱分段崩落法无法使用大型无轨设备，这一采矿方法的每个分段底部结构复杂，已经被淘汰，当前基本不使用。无底柱分段崩落法在在回采巷道中完成分段凿岩、崩矿以及出矿，采场结构得到优化，允许使用无轨设备，这一技术具有成本低、安全性高、效率高、机械化程度高的特点，在地下矿山的矿石开采中应用广泛[1]。60年代初，我国引进无底柱分段崩落法，由于其优点众多而在金属矿山中广泛使用。现对无底柱分段崩落法的技术特点以及在地下矿山中的应用进行探讨。

1  无底柱分段崩落法

1.1 基本特征

无底柱分段崩落法在金属矿山中应用广泛，这一技术的特点在于：①劳动生产率高，矿石生产力大;②对回采工作面要求不高，操作人员在进路作业，巷道中作业安全性高;由于出矿部位为进路端部，较少发生堵塞，即使发生堵塞也能在短时间内处理;③容易进行回采，无底柱分段崩落法无发杂的底部结构，回采工艺以及采准均比较简单，在回采巷道中完成分段凿岩、崩矿以及出矿，这使得采场结构得到了很大的简化，能很方便地使用无轨自行设备;可使用凿岩、装运设备，机械化程度高，回采步骤规范性得到提高，能提高采矿效率与强度，也能实现专业化作业;④进路中小步后退回采，对矿体变化适应能力强，可以选别回采带有夹石的矿体以及不同品味的矿体，比较灵活;⑤采矿方法与结构简单，无需留矿柱。

这一采矿方法的缺点在于：①独头巷道中进行回采，通风条件不良;②覆盖岩石的条件下放矿，崩矿矿石均为数个废石接触面下放出，容易出现矿石贫化。

1.2 布置

分段高度多为12～15m，采用电梯井、设备井、斜坡道实现与分段联络巷道的联络。主要在矿体下盘布置分段联络巷道，间隔20m布置回采进路一条，上下分段回采進路为菱形布置。进路端部开切割槽，将切割槽作为自由面，采用深孔挤压爆破或者中深孔挤压爆破后，后退回采，爆破炮孔1-2排，崩落矿石在覆盖岩石下，从进路端部采用出矿设备运出。上分段退采至一定距离后，回采下一分段[2]。同一个矿块的不同分段可以同时进行出矿、钻凿炮孔以及回采进路。

2  无底柱分段崩落法在地下铁矿中的应用示例

2.1 工程概述

某矿区深部开展建设规模180万t/a采矿生产能力，开采范围为+110～-190m之间的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ号等矿体，采矿方法为无底柱分段崩落采矿法。产品为干选抛尾后的铁矿石。采用无底柱分段崩落采矿法，采场垂直矿体走向布置，长度等同于矿体厚度，各采场分段高度15m，中段高度75m，宽60m。回采进路垂直矿体走向布置，进路间距为15m，上、下相邻的分段回采进路呈菱形布置。

2.2 总体施工顺序

该矿山采用无底柱分段崩落法采矿，分段高度为15m，中段高度为75m，进路间距为15m，按照上下水平交错的形式布置。按照开拓及采切巷道、天溜井掘进、支护→中深孔施工→切割拉槽、进路装药爆破→出矿的顺序施工。

2.2.1 掘支施工

开拓以及采切工程的平巷、硐室、天溜井掘进及支护都属于掘支施工的范畴。施工时按照主斜坡道及各分段开口→各中段运输井巷→各分段沿脉巷及辅助硐室→各分段采切井巷的施工顺序进行。

①测量放线：放线的关键在于中线与腰线，提前放线以指导施工。

②凿岩爆破。

施工方法为全断面掘进，一次爆破成巷光面，钻机型号为YT-28，凿眼深度控制在2.5m，每次循环爆破进尺不低于2.3m，各掌子面均安排4台YT-28凿岩;掏槽眼采用楔形掏槽，装药系数为0.9以确保爆破效果与进尺;周边眼间距控制在400～500mm，装药系数为0.7，从而避免巷道轮廓被破坏;所有炮眼均的爆破方式均为微差爆破，非电导爆雷管起爆，采用电子引爆机远程引爆[3]。

1）爆破周边眼：为了保证凿岩的稳定性，尽可能减少围岩受到爆破震动的影响，增强支护效果，所有的巷道的爆破形式均为光面爆破，操作时，严格按照程序执行，对超挖、欠挖进行严格控制。2）掏槽形式采用楔形掏槽的形式。3）爆破器材的选取：孔内采取非电半秒式雷管;孔外采用非电毫秒式雷管;炸药为2#岩石乳化炸药。4）爆破参数：炮眼直径为42mm;最小抵抗线450～500mm;周边眼控间距控制在400～500mm;周边眼单位长度装药量控制在200～300g/m;眼痕率不低于80%。5）炮眼布置顺序：布置掏槽眼→根据光面爆破的要求进行周边眼的布置→布置底板眼→布置辅助眼。6）循环进尺：综合权衡各项因素后，确定循环进尺长度为2.6m。7）装药结构：周边眼的装药结构为间隔装药，其余的炮眼均为连续装药，见图1与图2。

8）超挖、欠挖控制：a采用光面爆破的技术，严格按照钻爆设计施工，每次完成爆破之后均进行比较分析，对钻爆参数作及时修改，从而改进技术经济指标，提高爆破效果;b钻眼之前，明确标出炮眼位置，确定断面轮廓，确定起拱线以及开挖面中线，检查合格后才进行钻眼操作;c根据设计要求确定炮眼排距、角度以及深度，同时要满足以下要求：周边眼沿着巷道设计断面轮廓线上的间隔差距不大于5cm，眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不超过15cm;辅助眼的眼口行距、排距误差不超过5cm;掏槽眼的眼底间距误差与眼口间距误差不超过5cm;内圈炮眼与周边眼的排距误差不超过5cm;当发现开挖面凹凸严重时，结合实际对炮眼深度与装药量作适当调整，尽可能保障除了掏槽眼以外，其余的炮底眼均处于同一垂直面;钻眼完毕后，以炮眼布置图为根据，对炮眼布置情况进行检查，将记录工作做好，当发现炮眼不符合要求时要重钻并再次检查，确认合格后才装药爆破[4]。

③出碴。 井下铲运机装碴，倒入就近的溜井，各中段放矿机转运至矿车，采用混合混合井箕斗将矿石提升至地表，废石经副井提升至地表的排渣场。

④排水。 施工过程中，结合涌水量确定排水措施，当涌水量不超过5m3/h时，可不采取排水措施;当涌水量超过5m3/h但未达到10m3/h时，采用水泵排水至各水平永久排水沟，涌水经永久排水系统排到地表;当距离较远时则采用分级排水。

⑤通风。 施工前期，在-40m斜坡道联巷口处安装30kW×2的压入式风机进行强制机械通风，下盘运输巷掘进施工到管缆井联巷位置时，进行管缆井联巷施工，同时-40m水平反井钻机施工，管缆井施工完毕后临时采用管缆井通风，污风到-40m水平后，由2#风井排出到地表。

-40m水平至-115m水平总回风井和回风巷施工完毕后，采用回风井回风，由2#风井排出到地表。

施工-40m水平总回风井反井钻机硐室前，业主需将总回风巷的风门移至总回风井硐室与2#风井之间。

下盘与副井贯通和总回风井贯通后，采用副井进风和2#风井回风系统。独头巷道掘进采用压入式或混合式机械通风。

混合井、扶井可供新鲜风流入中段运输巷，新风经中段进风井进入各个分段作业掌子面;污风经中段回风井进入主回风巷后排至地表。对风阻较大而难以通风的区域以及独头巷道增加局部通风。

⑥支护。结合揭露围岩的性质，确定支护形式，包括钢筋混凝土支护、钢拱架锚网喷砼、锚网喷砼以及喷砼等形式。

2.2.2 中深孔施工

采用YGZ-90钻进行切割拉槽的施工，孔径60mm，排距1.2m，孔底距0.9～1.6m，炮孔成垂直扇形布置，孔深不超过15m，炮孔崩矿量为4.0～4.4t/m。进路采用Simba1254施工，孔径80mm，排距1.8m，孔底距2.0～2.5m，炮孔成垂直扇形布置，孔深不超过20m，炮孔崩矿量为7.6～8.4t/m。

2.2.3 回采爆破

该矿区的生产回采爆破形式主要采用切割拉槽爆破与进路回采爆破。前者的一响最大药量与单次爆破装药量均比较大，一次同段起爆多排，其爆破范围较大;后者的一响最大装药量与单次爆破装药量小，其一次分段爆破1～3排。

爆破作业主要包括准备爆破、运送起爆器材与炸药、装药、连接起爆网络、人员撤离、爆破警戒以及生产恢复。准备爆破包括清理渣石、铺设照明、浮石检撬、运送装药器材等;运送起爆器材与炸药：采用副井、中段运输巷、斜坡道将起爆器材与炸药运送至分段爆破作业现场;装药：采用BQF-100装药器将粒状铵油炸药装入孔内;连接起爆网络：装药完毕后，将起爆导爆管与各孔导爆管相连接，最后与主起爆导爆管连接;人员撤离与警戒：根据爆破计划时间撤离井下作业人员，警戒人员就位;起爆：起爆主导爆管拉道安全的地点，电控远程起爆器一次性起爆全部炮孔排位;检查爆破效果、恢复生产：爆破完毕后立即通风，对现场爆破效果进行检查，同时检查安全情况，确认无问题后可恢复出矿作业。

2.2.4 出矿

装矿回路装矿，倒入分段溜井至中段水平后，经放矿机装入矿车，矿车转运至主溜井，破碎后经皮带运输至箕斗装载硐室，由箕斗提升到地表。出矿时，发现大块及时破碎，二次破碎可在出矿联络巷或者出矿进路进行，当二次破碎爆破之前，需要先通知附近工作人员撤离，同时做好警戒工作。

3  结束语

无底柱分段崩落法是一种工作效率较高且安全性较高的方法，这一方法在冶金地下矿山中应用广泛。矿山应用这一采矿方法时，应当结合自身特点，根据这一采矿方法的工艺流程对各工艺进行优化，从而确保各工艺能有效衔接，相互配合，从而充分发挥出这一采矿方法的效能，控制开采成本。

參考文献：

[1]门建兵，齐炎.无底柱分段崩落法在某铁矿中的应用[J].有色冶金设计与研究，2019，40（06）：4-6.

[2]袁侨坤，陈星明，樊露，等.某矿山无底柱分段崩落法最末分段放矿试验研究[J].金属矿山，2019（12）：46-49.

[3]陈烈，陈星明，袁侨坤，等.某矿无底柱分段崩落法的不同结构参数放矿试验[J].矿业研究与开发，2019，39（08）：1-5.

[4]许朋涛，赏克强.无底柱分段崩落法阶段过穿的研究与应用[J].中国矿业，2019，28（S1）：163-164.