無底柱崩落法采礦在大紅山鐵礦的應用

曾未曾 向海龍

摘要：為使大紅山鐵礦采礦方法最優化，投產期在現場進行不同崩礦步距的爆破試驗，通過試驗取得不同情況下的回收率及貧化率并對比，最終確定采用20m×21m的大結構參數及與其相對應的爆破參數。通過近兩年在生產中的應用發現，20m×21m結構參數的應用后所產生的經濟價值較為顯著、使作業條件得到改善、采礦強度的增加及勞動生產率的提高，表明該結構參數及相應的爆破參數是適合大紅山鐵礦的采礦參數。

Abstract： In order to optimize the Dahongshan Iron Mine mining method， blasting tests with different collapsing steps were conducted at the site during the production period. Through experiments， the recovery rate and depletion rate under different conditions were compared and the large structural parameters of 20m×21m and corresponding blasting parameters were finally determined. Through the application in production of the past two years， it has been found that the economic value resulting from the application of the 20m×21m structural parameters is more significant， the operating conditions are improved， the mining intensity is increased， and the labor productivity is increased， indicating that the structural parameters and the corresponding blasting parameters are suitable for the mining parameters of Dahongshan Iron Mine.

關鍵詞：大紅山鐵礦；爆破試驗；大結構參數；采礦參數

Key words： Dahongshan Iron Mine；blasting test；large structural parameters；mining parameters

中圖分類號：TD861 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）19-0172-02

0 引言

大紅山鐵礦礦區位于滇中臺坳南段、紅河斷裂與綠汁江段斷裂所夾持的三角地帶，一期設計范圍內Ⅱ1礦體是其主要開采對象，其表內礦量達2.45億t；礦體埋藏深362.5～988.3m，f系數多為8～10，礦巖具有良好的穩固性。礦體形狀似船形，南北翹起、東高西低，總體傾角平均18°；礦體分支厚度不等，復合較多。

采用斜坡道、盲豎井及膠帶斜井聯合開拓方案進行開拓，無底柱分段崩落法為其采礦方法，其一期設計生產能力為400萬t/a。

配套出礦設備以阿特拉斯3.5～6m3鏟運機（電鏟）為主，中深孔鑿巖設備以阿特拉斯HB1354為主。

雖然大紅山鐵礦的一期基本建設已基本完成，主要工序逐步進入一期的采礦生產，但由于其礦體的復雜多變，還存在諸多問題有待進一步研究，最適宜的大紅山鐵礦的無底柱崩落法采礦參數的確定就是其中的關鍵。

1 無底柱崩落法的發展動態

1.1 國外狀況

目前國外的無底柱發展趨勢為“兩大一高一減少”，即采用大結構參數、裝備大型高效設備、高強度開采、減少采切工程量，并且以進路間距大于分段高度為基本特色。如瑞典的基魯納鐵礦，分段高度×進路間距采取的發展方式是10m×10m→12m×11m→12m×16.5m→20m×22.5m→27m×25m，同時采用重型液壓鑿巖機和全液壓鑿巖臺車，一次崩礦量從800t逐漸增加到5000t，采用斗容4～6m3電動鏟運機出礦，使采礦強度得到明顯提升，采取上述措施之后發現該礦采礦成本降低約30%，采準工程量減少約50%，具有良好的經濟效益。由此可知，在近三十年國外的結構參數發生了較大變化，其基本特色是進路間距大于分段高度。并且由于在采礦工藝方面，加大進路間距的變化不大，所以大結構參數無底柱崩落法具有廣闊的市場應用前景。

1.2 國內狀況

我國地下鐵礦的主要方法是無底柱分段崩落法，全部產量的80%以上都出自該方法。自該方法被引入我國后，受到傳統放礦理論的制約，通常采用的是10m左右的小結構參數，作業地點分散，開采方式落后，生產成本高，設備效率低，嚴重影響了我國地下礦山的長遠發展。

但是，近年來梅山鐵礦在放礦理論研究中取得的突破，奠定了大間距無底柱分段崩落法的理論基礎。而大紅山鐵礦是個年輕的礦山，正趕上無底柱崩落法采礦的變革時代。借鑒梅山鐵礦的在大結構參數無底柱崩落法的經驗，出礦采用3.5～6m3電動、柴油鏟運機，中深孔鑿巖采用阿特拉斯HB1354（可鑿巖炮孔直徑為78mm～108mm的中深孔）。

2 大間距結構參數無底柱崩落法采礦在大紅山鐵礦的應用

為確定適合大紅山鐵礦的無底柱采礦的結構參數，2004年有昆鋼大紅山礦業公司組織昆明有色研究院、中南大學全面開展高分段大間距無底柱分段崩落法的研究工作，并借鑒梅山鐵礦的研究成果。

2.1 大結構參數布局方式的選定

進路間距的取值原則：保證每一分段最大限度地放出純礦石量，同時為下分段形成良好的礦巖接觸面。根據經驗數學公式

L=（0.78～0.96）H

2005年確定結構參數，并460m、440m分段的4#、7#礦塊分別設置20m×21m和20m×15m兩種結構參數，結合我們2004年至2005年底在480m分段3#礦塊進行無底柱分段崩落法的試采工作，最終選定7#礦塊的20m×21m大結構參數的試驗采場，在不同崩礦步距下的試驗爆破。

2.2 爆破參數的確定

2.2.1 因在10m×10m小參數情況下，一般以1排炮孔作為一個崩礦步距，當結構參數選定在20m×21m的情況下，可相應增加步距，根據炸藥單耗和排距確定大紅山鐵礦的炮孔密集系數在1.4～2.1之間，且在實踐中效果較好，因此隨著步距的增加，一個崩礦步距內炮孔排數隨之增加，保證在合理的炮孔密集系數范圍內，以保證爆破效果。

2.2.2 在分段高度和進路間距已經確定的條件下，崩礦步距和爆破參數就成為生產優化的重要指標，爆破參數包括最小抵抗線、炮孔直徑、炮孔密集系數和邊孔角等爆破參數合理與否，直接影響礦石爆破效果，影響放出體的發育，進而影響損失貧化指標，為尋求適合20m×21m結構參數的鑿巖爆破參數，從06年開始進行了現場的試驗爆破工作。試驗結果如表1。

根據試驗的結果，可以看出在20m×21m結構參數的情況下，合理的崩礦步距為3.4m左右。在現場試驗過程中也發現，在大紅山鐵礦的圍巖穩固條件下，排距小于1.5m時，前排爆破對后排的炮孔影響較大，出現的堵孔率為18%左右，且出現破壞后排埋線口的情況，當排距超過1.7m時，這些情況就基本消除，而且在崩礦步距達到3.4m時的各項指標對比較優，綜合以上因素的考慮，最終確定崩礦步距為3.2m，采用最小抵抗線1.6m布置上向扇形炮孔，每米炮孔崩礦量為8.9t左右，大塊率可控制在4%以內。

2.2.3 邊孔角是無底柱分段崩落法的重要參數之一，一般依據落礦條件、功能及散體流動特性來確定。大紅山鐵礦的第一分層是強制落頂，給下分層創造回采條件，此時邊孔角宜小些，由此在設計中選取30°。而從第二分層（即落礦分層）開始，在覆蓋巖下放礦，依靠擠壓二次松散的散體獲得補償空間，此時根據散體流動參數確定最佳邊孔角為60°，設計邊孔角采用60°。

3 大結構參數無底柱崩落法的實際應用效果

經過半年的現場試驗，確定大紅山鐵礦一期設計范圍內主要開采對象為Ⅱ1礦體全部采用結構參數為20m×21m結構參數的無底柱分段崩落法開采。并于2006年底確定一期400萬t/a三年達產規劃，2007年順利投產，當年生產鐵礦石260萬t，2008年就完成了一期的400萬t/a達產規劃，并形成500萬t的生產能力，為將來的持續生產打下堅實的基礎。綜合分析當前結構參數在大紅山鐵礦的應用，總結如下幾個方面：

在技術上：同比進路間距15m的設計，當前參數的設計，可減少采切量25%；且對中深孔鑿巖設備的設計鑿巖效率無影響；因大紅山設有落頂層，且采用低貧化放礦，則第一、二落礦層就可充分回收礦石，其回收率達86%以上，貧化率在12%左右。如此看來，20m×21m結構參數在技術上是可行的。

作業更加安全，作業環境得到進一步改善，同一分層內采用20m×15m結構參數設計的進路常出現巖爆狀況，而且采用錨噴支護也只能維持短時間的安全，而采用20m×21m結構參數設計進路則不需任何支護就能保證安全作業環境。這表明在20m×21m結構參數情況下，其支護費用大為減少、抵抗地壓能力更增強，為井下安全作業創造良好的環境。

采用20m×21m結構參數，采用崩礦步距3.2爆破后，一次崩礦量增加到4000t左右，且大塊率大為降低，減少了二次破碎的炸藥用量；其回收率增加，回收的純礦石量也同比增加，而貧化率并未因此而增加，這樣出礦品位得到提高，為選礦提高回收率提供了有利的條件；由于采準量的減少，采礦回收率的提高，原礦品位的提高及二次破碎炸藥量的減少，大大降低了采礦成本。

4 結語

自2006年大紅山鐵礦選定20m×21m結構參數無底柱分段崩落法后，在近兩年的實際操作與應用中發現，采準工程量的減少，采礦成本的降低，緩解了地壓對井下安全作業的威脅，提高了礦山的開采強度、勞動生產率及生產管理水平，為企業創造的巨大的經濟效益，這充分證明了20m×21m結構參數無底柱分段崩落法采礦在大紅山鐵礦的應用是比較成功的。此結構參數的實際應用在國內屬首次的成功應用，為推動我國冶金礦山的技術進步、提高經濟效益做出了貢獻。

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