簡約高效深孔拉底方法的研究與應用

李偉明

(1.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南長沙410012;2.國家金屬采礦工程技術研究中心，湖南長沙410012;3.金屬礦山安全技術國家重點實驗室，湖南長沙410012)

安慶銅礦是上世紀80年代新建的一座大型地下礦山，于1991年投入試生產，礦山設計采選能力3 500 t/d，全礦定員950人。其中馬頭山礦體為接觸交代型銅(鐵)礦體，位于月山巖體東南接觸帶大理巖“舌狀體”前緣，受“舌狀體”構造控制，與“舌狀體”同步起伏。總體走向約297°，局部有小幅度變化。礦體傾向:上部傾向北東，下部傾向南西，礦體分布東高西低，向北西西側伏。礦體側伏角沿走向有一定的變化，側伏角度變化范圍為10°～45°。礦體中間厚，兩端薄，為一向西側伏的似層狀透鏡體，最大厚度105.29 m，最小厚度0.61 m，平均厚度10.89 m。主礦體頂板圍巖主要是白云石大理巖及大理巖、透輝石矽卡巖，礦圍巖中等穩固，礦體總可采儲量550.78萬t，礦石平均銅品位0.55%，鐵品位46.86%，具有較好的開采價值。

大尺度采場在拉底工程形成方面的傳統施工辦法是，先沿采場走向開掘1條拉底巷道，然后以拉底巷道為鑿巖施工空間，施工上向扇形中深孔，再逐排爆破，最終形成一定高度的拉底空間(即底部結構)。然而這樣卻難以體現深孔采礦法的高效率的特點。

1 試驗研究采場狀況

此次研究的試驗采場為17#采場，位于馬頭山礦體5#線與7A#線之間，垮－510～－570 m這2個水平，礦體厚大，礦體傾角約為60°～80°。采場長度約為30 m，寬度為15 m，高度為60 m。礦石主要為含銅磁鐵礦、含銅矽卡巖和磁鐵礦，下盤圍巖系大理巖，上盤圍巖為矽卡巖和閃長巖。礦石平均體重4.287 t/m3，可爆性較好。

2 鑿巖爆破參數確定

爆破試驗研究選擇了75 mm的鉆孔作為爆破漏斗試驗炮孔，采用了單孔系列、雙孔寬孔距同段爆破和斜面臺階的爆破試驗辦法，得出了爆破后所形成漏斗的形狀、大小，采用辛普生法計算了漏斗的準確體積，根據最小二乘法原理，對試驗數據進行二次項回歸，求得單位炸藥爆破漏斗體積和比例半徑二參數與比例埋深的關系式，通過對回歸方程式求解了爆破漏斗最佳狀態的各項技術參數。

(1)通過系列爆破漏斗試驗，求得該類炸藥在最佳狀態下的基本參數。①炮孔體積與裝藥量最佳比例:V/Q=0.438 m3/kg;②最佳比例半徑:rbj=1.195 m;③最佳比例埋深:bj=0.619 m。

(2)根據單孔系列爆破漏斗試驗和寬孔距同段爆破試驗結果，換算成現有采礦炮孔(165 mm)下的技術參數，推薦馬頭山礦體17#采場的鑿巖、爆破設計參數如表1所示。

表1 推薦的采場鑿巖、爆破設計參數Table 1 Recommended drilling and blasting design parameters of stope

3 采場深孔鑿巖爆破方式

(1)鑿巖布置方式。17#試驗采場長度約為30 m，寬度為15 m，高度為60 m。設計在采場上部頂板位置布置3.8 m高的切頂鑿巖硐室，為滿足鑿巖硐室頂板的穩定性要求，特在鑿巖硐室內留設部分3 m寬的條柱和部分點柱。在鑿巖硐室的空間范圍內按照爆破漏斗試驗提供的鑿巖參數布置下向垂直(部分傾斜)大直徑深孔，孔徑為165 mm，孔深為50～60 m，孔網參數為邊孔間距取2.5 m，中間孔排距2.3～3.5 m，孔間距為2.5～2.8 m。采場設計底部采用塹溝受礦的底部出礦方式，拉底巷道布置在采場正中間，規格為寬×高=5 m×3 m，長度為采場長度(30 m)，塹溝高度為8 m，塹溝臺面角度為45°，鏟運機由出礦穿脈加進路出礦的底部結構形式。具體布孔方式見圖1所示。

圖1 布孔方式橫剖面Fig.1 Horizontal sectional drawing of holes layout

(2)拉底爆破方式。總的爆破理論是采用球狀藥包擠壓爆破和壓頂落礦相結合，首先起爆的是中間2排孔，即圖1中3#和4#孔對應的整排，依據采場的長度有10～20個孔，孔底吊堵控塞，每孔裝藥(乳化油炸藥)30 kg，藥面以上填塞1.5 m細砂，孔內采用導爆管一次同段起爆，依據爆破振動的影響范圍確定一次可爆藥量，根據可爆藥量決定爆破炮孔數量。一次壓頂爆破高度可達2.5 m，2次爆破后中間拉底巷道以上部位即達到了設計要求的塹溝臺面位置。然后再用同樣的方式側崩2#和5#排孔，一次側崩高度可達5 m，最后側崩1#和6#孔即可形成完整規范的塹溝底部結構。具體爆破順序見圖2所示。

圖2 拉底爆破順序Fig.2 Blasting sequences of undercuting

4 技術經濟及效率的比較

(1)技術經濟參數比較。通過對17#試驗采場的拉底施工試驗，得出了相關的技術經濟參數，同時將其與采用傳統的中深孔拉底方法進行了比較，相關關鍵技術經濟參數比較結果見表2所示。

(2)施工時效比較。做為該方法的最特殊的、最顯著的優勢就在于大大縮短了拉底施工的時間，通過現場施工試驗得出的時效結論如下:試驗過程中采用簡約高效深孔拉底共計多施工深孔約204 m，鉆機臺班效率平均為50 m，深孔拉底施工時間多2 d，爆破加出礦時間共計耗費8 d，只使用了10 d即完成所有拉底工程。如果采用傳統的中深孔拉底的具體時效為，中深孔拉底共計施工炮孔約1 600 m，按相應鉆機臺班效率40 m計算，中深孔拉底施工時間共計需要15 d，爆破加出礦時間共計需要約10 d，所有總拉底時間需要25 d。兩者比較，采用簡約高效深孔拉底比采用傳統的中深孔拉底足足節省了15 d時間。

表2 2種拉底方法的技術經濟參數比較Table 2 Technical and economical parameter comparison of the two undercutting ways

5 結論

根據上述2種拉底方法的技術經濟比較結果可見，簡約高效深孔拉底方法的生產效率遠遠大于傳統中深孔拉底方法，其生產成本也較低。在拉底施工時效方面更是具有較大的優勢，且減低了底部中深孔拉底時的勞動強度，避免了底部拉底時的安全隱患。所以采用簡約高效深孔拉底是一種可靠的、簡約的、高效的方法，在采用深孔采礦的大尺度采場中具有較好的推廣意義和使用效果。

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