眼前山鐵礦堅(jiān)硬礦石掘進(jìn)技術(shù)

穆曉紅　楚長青

(1.鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)技工學(xué)校；2.鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)眼前山鐵礦)

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眼前山鐵礦堅(jiān)硬礦石掘進(jìn)技術(shù)

穆曉紅1楚長青2

(1.鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)技工學(xué)校；2.鞍鋼礦業(yè)集團(tuán)眼前山鐵礦)

摘要眼前山鐵礦東端幫作業(yè)區(qū)為該礦掛幫礦生產(chǎn)的主要作業(yè)區(qū)，針對掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的掘進(jìn)布孔設(shè)計(jì)不合理、爆破效率低、掘進(jìn)成本高等問題，對堅(jiān)硬礦石巷道掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究。分別通過礦石力學(xué)分析、可爆性分級、理論分析、工業(yè)試驗(yàn)，優(yōu)化確定了眼前山鐵礦堅(jiān)硬礦石掘進(jìn)布孔參數(shù)和爆破工藝技術(shù)參數(shù)。在實(shí)踐過程中，通過加強(qiáng)掘進(jìn)工序管理，有效改善了掘進(jìn)爆破效果，提高了爆破作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本，為該礦今后轉(zhuǎn)入深井開采奠定了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞堅(jiān)硬礦石掘進(jìn)技術(shù)布孔參數(shù)爆破參數(shù)掘進(jìn)工序深井開采

眼前山鐵礦掛幫礦生產(chǎn)的主要作業(yè)部位為采場東、西端幫，東端幫負(fù)責(zé)東部掛幫礦的掘進(jìn)、采礦穿孔和鏟運(yùn)機(jī)出礦等工作。東幫生產(chǎn)初期掘進(jìn)采用直筒型掏槽，每區(qū)穿孔100個(gè)，孔深3 m，平均進(jìn)尺1.5 m，掘進(jìn)進(jìn)尺少；爆破后槽心破碎，造成下次槽心穿孔時(shí)易發(fā)生塌孔、堵孔；炮孔利用率為50%，低于全國炮孔利用率的平均水平(70%～80%)；炸藥單耗高，接近全國平均水平的2倍，爆破后作業(yè)面剩余大量殘眼，造成下次穿孔難度大。上述問題的存在，導(dǎo)致爆破穿孔數(shù)量多，爆破效率較低，爆破成本較高。為此，本研究對眼前山鐵礦東幫堅(jiān)硬礦石掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究。

1礦山地質(zhì)概況

眼前山鐵礦東端幫主要掘進(jìn)條帶狀磁鐵石英巖夾片巖巖組，主要由磁鐵石英巖、閃石磁鐵石英巖、石榴石陽起石英巖等組成，結(jié)構(gòu)主要為塊狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)，硬度系數(shù)為12～17，區(qū)內(nèi)鐵礦石物理力學(xué)參數(shù)見表1。眼前山鐵礦巖石可爆性分級標(biāo)準(zhǔn)見表2，礦區(qū)主要巖(礦)石可爆性分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。由表3可知：眼前山鐵礦東端幫礦石可爆性差，為V級，為較難爆破的巖種。

表1　鐵礦石的物理力學(xué)參數(shù)

表2　眼前山鐵礦巖石可爆性分級標(biāo)準(zhǔn)

表3　眼前山鐵礦主要巖(礦)石的可爆性分級

注：λ為依經(jīng)驗(yàn)選取的分級指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。

2堅(jiān)硬礦石掘進(jìn)技術(shù)

2.1掏槽方案

平巷掘進(jìn)爆破時(shí)，掏槽孔的作用是在工作面上首先創(chuàng)造1個(gè)槽腔作為自由面，為其他炮孔爆破創(chuàng)造有利條件，因此掏槽孔的布置極為重要。根據(jù)巷道斷面、巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造等條件，掏槽孔的排列形式有傾斜空掏槽、平行空孔直線掏槽、混合式掏槽3種[1-3]。

2.1.1平行空孔直線掏槽

平行空孔直線掏槽法的掏槽孔垂直于工作面，特點(diǎn)是孔深不受限制，炮孔平行，抵抗線均勻，通常分為龜裂掏槽、桶形掏槽、螺旋形掏槽。本研究采用五星掏槽的布眼方式。中間掏槽孔作為首發(fā)起爆孔，周邊4個(gè)空孔均能為其提供自由面和補(bǔ)償空間，該4個(gè)空孔圍繞中間掏槽孔對稱布置，首發(fā)掏槽孔起爆后，將中間4個(gè)空孔貫通，為后段爆破孔提供補(bǔ)償空間和自由面。炮孔參數(shù)：空孔孔徑102 mm、孔深3 200 mm，掏槽孔孔徑45 mm、孔深3 200 mm，均垂直于掌子面方向布置。炮孔布置及爆破試驗(yàn)效果分別見圖1、圖2。由圖1、圖2可知：掏槽爆破后掏槽腔空間小，掏槽腔拋擲效果不理想，無法為輔助孔爆破提供足夠的補(bǔ)償空間，易導(dǎo)致爆破進(jìn)尺少、殘孔多，因此平行空孔直線掏槽不適合眼前山鐵礦東端幫掘進(jìn)作業(yè)。

圖1　炮孔布置

圖2　爆破試驗(yàn)效果

2.1.2傾斜孔掏槽

傾斜孔掏槽法的特點(diǎn)是掏槽孔與工作面斜交，通常分為楔形掏槽、錐形掏槽、單向掏槽。在東幫作業(yè)區(qū)現(xiàn)場進(jìn)行楔形掏槽試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)穿孔過程中炮孔角度較難掌握，打孔不方便。炮孔施工精度要求較高，須嚴(yán)格控制施工角度，較難保證施工質(zhì)量，易造成炮孔之間相互打穿，影響爆破效果。此外，該礦使用進(jìn)口鑿巖臺車鉆臂，鉆桿較長操作不靈活，施工難度較大。由此可見，傾斜孔掏槽不適合在該礦東幫作業(yè)區(qū)使用。

2.1.3桶形與傾斜孔混合掏槽

通過分析眼前山鐵礦東端幫巖石的性質(zhì)并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為理想的掏槽布置應(yīng)滿足形式簡單、易操作，爆破后形成足夠的空腔。本研究通過現(xiàn)場試爆和分析，提出一種桶形與傾斜孔混合掏槽方式。該掏槽方式穿7個(gè)10°平行傾斜孔，中間掏槽孔作為首發(fā)起爆孔，采用6個(gè)空孔均勻分布于中心孔四周，為其提供補(bǔ)償空間，首發(fā)掏槽孔起爆后，將中間6個(gè)空孔貫通，為后段掏槽孔提供補(bǔ)償空間和自由面。炮孔參數(shù)和炮孔布置形式：掏槽孔孔徑45 mm、孔深3 200 mm；掏槽中心孔與輔助空孔與掘進(jìn)掌子面巷道中心線呈10°；中心孔裝藥， 6個(gè)輔助孔不裝藥；4個(gè)二段起爆孔距一段孔200 mm，呈菱形均勻分布于輔助孔四周。炮孔布置及爆破試驗(yàn)效果分別見圖2、圖3。

經(jīng)多次爆破試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該方式的掏槽效果較好，首先傾斜掏槽有助于礦石拋擲，掏槽眼平均深度3.0 m；其次，形成槽腔空間大，為后段掏槽孔提供足夠大的補(bǔ)償空間和自由面；最后，掏槽孔為傾斜孔，孔口位置與孔底位置不重合，解決了掏槽爆破后槽心破碎，下區(qū)爆破槽心穿孔困難的問題。為此，本研究眼前山鐵礦東幫作業(yè)區(qū)采用桶形與傾斜孔混合掏槽方式。

圖3　炮孔布置

圖4　爆破試驗(yàn)效果

2.2輔助孔和周邊孔布置

輔助孔和周邊孔的布置原則：①布孔均勻，既充分利用炸藥能量，又確保按設(shè)計(jì)輪廓線崩落；②底孔布置應(yīng)確保克服大抵抗線，減少孔內(nèi)積水。影響炮孔數(shù)目確定的因素為巖石性質(zhì)、炸藥威力、巷道斷面規(guī)格、自由面情況、炮孔深度、裝藥系數(shù)、裝藥方式以及填塞方式等。現(xiàn)場爆破試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化掏槽方式后原有的穿孔數(shù)量過多，需重新優(yōu)化輔助孔和周邊孔布置，逐步減少炮孔數(shù)量。經(jīng)多次試驗(yàn)，將穿孔數(shù)目縮減至55個(gè)，周邊孔孔口距內(nèi)側(cè)200 mm，距孔底輪廓線外100 mm，外傾角5°，孔深3 m，邊墻距頂眼500 mm，距底眼660 mm。掏槽孔和周邊孔布設(shè)完畢后，布置輔助孔，輔助孔以槽腔為自由面層層布置，均勻分布于被爆巖體表面。首先布置三段起爆孔(6#～9#)孔，距二段孔300 mm；其次布置四段起爆孔(10#～13#孔)，距三段孔500 mm；再次布置五段起爆孔(14#～17#孔)，距四段孔500 mm；然后布置六段起爆孔(18#～25#孔)；最后布置3個(gè)七段起爆孔，距六段孔640 mm。炮孔布置如圖5所示。

2.3規(guī)范穿孔作業(yè)

固化掘進(jìn)穿孔設(shè)計(jì)，并開展作業(yè)區(qū)內(nèi)部培訓(xùn)，使施工人員充分掌握掘進(jìn)穿孔技術(shù)。制定掘進(jìn)穿孔規(guī)范，在穿孔過程中及時(shí)跟蹤監(jiān)督管理，及時(shí)糾正、考核，確保打眼質(zhì)量。掘進(jìn)施工前用噴繪掏槽孔、邊墻和頂弧，保證巷道方向和尺寸。首先確定槽心位置，然后將281或282鑿巖臺車一臂的鑿巖機(jī)向上放平，大臂與小臂夾角保持不變，最后按預(yù)先設(shè)計(jì)位置開始穿槽心孔，穿孔過程中僅上下左右平行移動(dòng)，大臂與小臂夾角始終保持不變，保證槽心孔與巷道中心方向一致。槽心孔和輔助孔施工時(shí)須用低沖擊完成，保證穿孔角度和位置精準(zhǔn)。其他孔開始穿孔時(shí)，孔深應(yīng)小于500 mm，須低速?zèng)_擊，除底孔外，其余孔均由孔底至孔口具有1%～2%流水坡度，保證炮孔內(nèi)巖渣涮凈、無積水。

圖5　炮孔布置示意(單位：mm)

2.4優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)與加強(qiáng)爆破管理2.4.1優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)

由于掏槽孔夾制作用大，本研究進(jìn)行了爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)，鑒于底板眼需克服底板抵抗線和上部壓渣，故其裝藥量較大，輔助孔由內(nèi)向外裝藥量逐漸減少，優(yōu)化后的爆破參數(shù)見表4。

表4　優(yōu)化后的爆破參數(shù)

首先起爆掏槽孔，然后逐圈起爆輔助孔，輔助孔爆破完畢后起爆邊墻孔、頂眼，最后起爆底眼。所有炮孔均采用反向起爆，孔外采用1MS雷管連接，每發(fā)雷管最多連接10根導(dǎo)爆管，安全地點(diǎn)用起爆器起爆(圖6)。

圖6　起爆流程

2.4.2加強(qiáng)爆破管理

①火藥進(jìn)入爆破現(xiàn)場前，爆破人員應(yīng)用炮棍對掘進(jìn)炮孔進(jìn)行檢驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)堵孔，應(yīng)及時(shí)透孔；②為確保安全起爆和準(zhǔn)爆，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)順序(掏槽孔→輔助孔→周邊孔)起爆；③炮孔均按設(shè)計(jì)藥量進(jìn)行裝藥。

3爆破效果

(1)掘進(jìn)成本。穿孔數(shù)量由100個(gè)減至55個(gè)，節(jié)省鑿材費(fèi)用3 001元/m。本研究掘進(jìn)技術(shù)實(shí)施前巷道掘進(jìn)鑿材成本4 478元/m，實(shí)施后巷道掘進(jìn)鑿材成本降至1 477元/m。炸藥單耗由3.18 kg/t降至1.36 kg/t。由于穿孔數(shù)量的大幅降低，設(shè)備作業(yè)臺時(shí)大量減少，從而降低了設(shè)備作業(yè)損耗，節(jié)省了設(shè)備的保養(yǎng)、維護(hù)、維修成本。

(2)掘進(jìn)效率。巷道掘進(jìn)進(jìn)尺由1.5 m/d提高至平均2.5 m/d，炮孔利用率由50%提高至83%，掘進(jìn)月產(chǎn)量由平均60 m/月提高至130 m/月。

(3)作業(yè)安全性。作業(yè)面殘孔較少，降低了穿孔作業(yè)的安全隱患；火藥單耗降低，對圍巖的破壞減輕，提高了圍巖穩(wěn)定性；穿孔數(shù)量減少了1/2，作業(yè)時(shí)間縮短了1倍，縮短了危險(xiǎn)區(qū)域的作業(yè)時(shí)間，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

(4)掘進(jìn)質(zhì)量。爆破后巷道成型規(guī)整，符合設(shè)計(jì)輪廓，光面爆破后通常可在新形成的壁面上殘留清晰可見的半邊孔壁痕跡，大大減少了巷道的超挖量，提高了施工質(zhì)量。

(5)職工勞動(dòng)強(qiáng)度。有效縮減了各區(qū)掘進(jìn)穿孔和爆破裝藥的作業(yè)時(shí)間，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4結(jié)語

為有效解決眼前山鐵礦東端幫作業(yè)區(qū)巷道掘進(jìn)過程中出現(xiàn)的問題，研究了堅(jiān)硬礦石巷道掘進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過大量理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化了掘進(jìn)布孔參數(shù)以及爆破工藝技術(shù)參數(shù)，取得了較好的實(shí)踐效果，可供類似礦山工程參考。

參考文獻(xiàn)

[1]顧毅成.爆破工程施工與安全[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[2]王青，史維祥.采礦學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[3]陶松霖.鑿巖爆破[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1986.

(收稿日期2015-10-09)

The Excavation Technology of Hard Ores of Yanqianshan Iron Mine

Mu Xiaohong1Chu Changqing2

(1.Vestibule School,Ansteel Mining Group;2.Yanqianshan Iron Mine,Ansteel Mining Group)

AbstractThe east end assignments section is the main assignment section of hanging wall ore production of Yanqianshan iron mine,in view of the problems of unreasonable of the design of excavation holes,low blasting efficiency and high excavation cost existed in the roadway excavation process,the excavation technology of hard ores of Yanqianshan iron mine is studied.The excavation hole parameters and technical parameters of blasting technology of hard ores of Yanqianshan iron mine are determined by ore mechanics analysis,blastability classification,theoretical analysis and industrial tests.In the process of practice,the excavation process management is strengthened,the excavation blasting effects is improved,the blasting efficiency is lowered,the blasting cost is reduced,the research results can provide the basis for the deep mining of Yanqianshan iron mine in the future.

KeywordsHard ores， Excavation technology， Hole parameters， Blasting parameters， Excavation process， Deep Mining

穆曉紅(1970—)，女，講師，114031 遼寧省鞍山市立山區(qū)深溝路249號。

·采礦工程·