上向分層采礦中光面爆破控頂技術的應用

李 樂

(河南神火集團有限公司， 河南永城市 476600)

1 工程簡介

某礦區廣泛發育有玲瓏花崗巖，控礦結構屬于東北向大斷裂類型的次級東北向的韌性剪切帶，主要礦石種類為黃鐵娟英巖、糜棱巖，在礦石中，黃鐵礦、自然金、黃銅礦、方鉛礦、銅藍是主要的組成部分，脈石礦物主要由白云母、方解石、石英構成，從內向外圍巖蝕變分別為娟英巖化、黃鐵娟英巖化、硅化、綠泥石化。圍巖和礦體主要由閃長巖和娟英巖構成，礦巖穩固性良好。

2 主要的采礦方法

當前，該礦區三號礦脈是投入生產的主要礦脈，主要使用上向水平分層尾砂充填采礦方法開采。

采場沿礦體走向布置，礦塊長度為21～31 cm，礦體的水平厚度為4～13 m，底柱的高度為5 m，高度為40 m，在采場外側布置一條脈外人行井，在脈內布置一條留井兼作為充填泄水井和一條與上中段連通的脈內人行充填天井。采場面積控制在400 m2以內，分層回采高度控制在2 m以內，分層控頂高度不超過3.5 m。

主要回采工序有爆破、鑿巖、通風、出礦、排險、溜井、清底、混凝土擋墻澆筑、填充、平場等［1］。使用7655氣腿式鑿巖機鉆鑿水平落礦淺孔，使用人工和鏟運機進行出礦。根據此礦區的具體情況，通常18 d左右完成一個采充循環。水平炮孔的孔距設計為1.3 ～1.4 m，最低抵抗線為 0.6 ～0.7 m，按照 0.65～0.7的系數進行裝藥，交錯排列炮孔，使用毫秒延期導爆管雷管、巖石銨梯炸藥進行爆破。采場充填完成后，要保證充填面和頂板的高度在1.4 m左右，并在這個基礎上根據設計要求對回采順序進行設計，落礦分兩次進行，首次落礦的高度為1.3～1.4 m，爆破結束后進行排險、通風和出礦，然后再次進行落礦。落礦高度為1.3～1.5 m，落礦結束后采場控頂高度要在3.5～4.5 m以下。經過一年的統計，中段年平均每月的采礦強度為8.26 t/m2。

為了提高采場的生產力，分別選擇了幾個采場進行了光面爆破控頂技術試驗，在確保施工安全的基礎上，盡可能的增大分層回采高度，降低在回采施工中清底、充填準備以及平場的時間，在不改變礦勞動組織基礎上，提高采場生產能力［2］。

在使用光面爆破控頂技術施工的過程中，仍然使用原有的設備進行采場落礦施工，為了降低爆破施工破壞采場頂板，在采場頂板布置一排光面炮孔，以便提高頂板的穩定性，保證施工的安全，在進行分層回采二次壓礦施工中，普通落礦炮孔要超前一排炮，且對前排普通落礦炮孔和后面光面炮孔同時進行鑿巖爆破［3］。

根據采場礦石破碎程度和炮孔集中度確定光面爆破層的厚度，孔距為0.6～0.7 m，孔深為3 m，為了保證光面爆破的效果，要根據施工現場的具體情況對炮孔參數進行調整。在落礦孔爆破后，如果和頂板的距離過遠，可以在光面孔布眼的過程中，對光面炮孔參數和裝藥量進行調整，或者在其下方布置落礦孔。

光面爆破使用不耦合、不連續的裝藥方式，將銨梯炸藥分成數段，裝藥量為0.14～0.15 kg/m，使用導爆索起爆孔內裝藥，用火雷管引爆。盡可能的在相同的平面鉆鑿光面炮孔，從而保證爆破后頂板的平整性，通常設置3°～5°的炮孔仰角，兩排炮孔銜接位置錯臺的高度要在0.2 m以下。如圖1所示。

3 普通爆破和光面爆破控頂技術的對比

3.1 生產能力比較

使用光面孔爆破后，采場的頂板相對來說較為平整，光面孔半邊殘留率在88%，而且將邊幫和頂板交接處的位置做成拱形，有效的提高了頂板的穩固性［4］。在使用光面爆破控制技術進行施工的過程中，分層控頂高度在5.5 m以下，采場分層回采高度在4 m以下，因為分層回采高度的增大，有效的降低了采場循環施工的次數，降低了采場的清底時間、充填準備時間和平場時間，生產能力得到了提升，統計顯示，每月采礦的強度為9.64 t/m2。

圖1 炮孔采場落礦布置

3.2 綜合成本比較

光面爆破控頂技術由于增加了炮孔的數量，導致作業量增大。光面爆破控頂技術落礦單位鑿巖施工量為0.52 m/t，普通爆破單位落礦的鑿巖施工量為0.43 m/t，鑿巖作業量提高了22%，施工成本每噸增加了1.07元。在此工程中，實際的單位炸藥消耗量為216 g/t，使用普通爆破方法施工，每噸需消耗0.67元的炸藥，而使用光面爆破控頂技術進行施工，炸藥消耗量為211 g/t，炸藥的成本每噸降低了0.04元，而使用導爆索起爆、導爆管引爆，增加了爆破成本，每噸爆破的成本提高了0.38元，在對其進行綜合計算后得出，每噸的爆破成本提高了1.42元。

因為是在充填尾砂面上進行落礦，為了降低礦石的損失量和粉礦的回收量，要對薄層尾砂進行清底回收，按照一個采場的回采高度為35 m進行計算，普通爆破落礦時，一個采場可以分成16個分層進行回采，分層高度為2.2 m，使用光面爆破控頂技術可以分成7個分層進行施工，各個分層的高度為5 m。分層清底尾砂的密度為1.81 t/m3，分層清底尾砂的厚度為0.21 ～0.31 m，礦石的密度為2.76 t/m3，設計采場的高度為36 m，由于使用光面爆破控頂技術，清底的礦石貧化率為3.73%，普通爆破清底造成的貧化率為8.25%，對比可知，貧化率降低了4.52%，按照每天處理1000 t的量進行計算，每天可以降低44.8 t尾砂進入選廠，對選廠處理費用、運輸費用和排放費用進行均攤后，每噸的成本為1.07元，此工程清底和充填后的費用為3.1元/m，每噸降低了0.27元。對以上情況進行綜合計算得出，使用光面爆破控頂技術每噸可以減少1.54元的后期費用，綜合成本每噸要比普通爆破技術低0.14元［5］。

4 結語

綜上所述，使用光面爆破控頂技術進行施工，取得了良好的效果，提高了施工效率，降低了施工成本。不過在實際的施工過程中，仍然存在一些問題，因此對光面爆破控頂技術進行了改進。

(1)加大光面爆破孔的孔間距，中間使用了空孔導向，可降低導爆索的使用量，減少了爆破成本。

(2)在炸藥爆破臨界直徑的基礎上，使用直徑較小的藥卷，增大藥卷和炮孔的直徑比，盡量均勻分布孔內炸藥，可降低爆破對頂板損壞的程度。

(3)在爆破落礦孔時，使用V形起爆順序進行起爆，可降低爆破成本和爆破工作量。

(4)對于面積比較大的采場，為了提高鑿巖質量和效率，使用鑿巖臺車進行鑿巖，同時保證同排光面爆破孔同時起爆，提高光面爆破的效果。

［1］劉海增.光面爆破技術在不穩固采準巷道中的應用［J］.中國礦山工程，2006，35(1):32-34.

［2］王曉義.如何在軟巖中實現光面爆破［J］，煤炭技術，2009，28(7):101-102.

［3］盧 霞.阮喜清.光面爆破控制采場頂板技術的應用［J］.有色金屬(礦山部分)，2008，60(4):48-49.

［4］王善功，姜順鵬，張永林，等.大面積暴露頂板維護與安全預警技術的研究與應用［J］.金屬材料與冶金工程，2012(S1):182-183.

［5］國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出［M］.北京:煤炭工業出版社，2009.