大直徑垂直深孔爆破參數及工藝優化研究

郭遠發

(湖南柿竹園有色金屬有限責任公司， 湖南 郴州市 423037)

1 礦山概述

柿竹園多金屬礦當前采用以地采為主，同時結合露天高陡邊坡隱患治理工程為輔的開采模式。露天以廢石剝離為輔，供礦體系以井下為主。地下開采范圍以礦體中部315 m×315 m范圍為中心，圍繞該中心的西部、北部、東部礦體的 III礦富礦進行回采，生產能力為7600 t/d。315 m×315 m采區外北部、東部獨立礦體主要賦存于+385 m水平以上、Ⅶ勘探線以東。礦體局部揭露有小的節理構造，整體結構穩定性相對較好，礦化連續性好，水平厚度大。該礦體的圍巖多為泥質灰巖以及花崗巖，巖體結構大部分是塊狀以及厚層狀結構，強度較高，巖石堅固性系數f為 8～14，成礦后期斷裂構造不發育，穩定性好，受工程地質災害的危害較小，水文地質屬于簡單類型[1-2]。

該礦體長258 m，寬127 m，傾角為90°，礦體走向NE42°，標高為+470～+520 m。結合礦體賦存條件，采用大直徑垂直深孔側向崩礦技術進行回采，采礦結束后進行嗣后充填[3]。以20 m寬的礦柱來劃分盤區，礦柱寬24 m，礦房寬25 m，隔一采一。在采場上部施工鑿巖硐室，寬為 9.0 m，高為3.8 m，中間留4.0 m寬的礦柱，采場底部掘進寬度為4 m、高度為3.6 m的出礦平巷，切割槽寬為5 m、高為3 m，切割天井2 m×2 m；作業人員在上部硐室內進行鑿巖，鑿巖設備為KQG150潛孔鉆機，向下鉆鑿直徑為120 mm的垂直深孔，在采場底部出礦[4]。切割天井的施工主要依靠機械法成井來完成，然后以切割天井為自由面，進一步形成切割拉槽以獲得更好的自由面，采用側向大直徑深孔分批次崩落整個采場進行回采。單個采場全部回采結束后立即對空區進行全尾砂膠結充填，整個回采過程工人均不在空區內作業[5-6]。

安徽羅河鐵礦等國內多個礦山應用了大直徑垂直深孔，但是效果差別大，部分礦山應用效果較差，許多技術難題尚未解決，例如孔網參數不匹配、大塊率多、堵孔施工困難等。因此，本文對上述技術難題進行了技術攻關，較好地解決了大直徑垂直深孔爆破存在的技術難題。

2 爆破參數優化

2.1 孔網參數優化研究

為了解決超采超爆、大塊較多等問題，在當前使用的炸藥與礦巖特性條件下，得出大直徑深孔合理的鑿巖爆破參數，在柿竹園多金屬采礦場進行了爆破漏斗試驗研究。試驗礦塊的圍巖物理力學性質見表1。為進行“爆破漏斗”試驗，在井下586分層P6巷、470分層P5巷、407分層Z4巷鉆鑿炮孔4組，合計84個，進行爆破漏斗試驗。根據現場單孔爆破漏斗試驗及分析結果，以分析研究得到的最佳單孔爆破漏斗為計算依據，巖石爆破性指數見表2。

表1 圍巖物理力學參數

表2 爆破性指數

由表2可知，爆破性指數N=88.85，是極難爆的V2級范疇。通過試驗得出，炮孔每米可裝藥量為0.5～0.9 kg。藥包爆炸處的抵抗線（最佳抵抗線）為0.5～0.8 m[7-8]。綜合試驗研究，得到柿竹園多金屬礦礦床的爆破優化參數為炮孔直徑Φ120 mm，炮孔排距為2.5～2.8 m，最大孔底距為3.7～4.0m，爆破每噸礦巖藥消耗量為0.45～0.49 kg[9]。

2.2 裝藥結構優化研究

孔內采用柱狀乳化炸藥連續裝藥（即孔內柱藥一連串疊加方式），采用微差導爆管雷管間隔起爆；在孔底、孔中、孔口各布置1發起爆雷管，進行聚能對沖傳爆，保證爆能充分利用。各孔采用分段長延期起爆，雷管間隔排段，保證延期時間滿足巖石破碎、拋擲。炮孔分布均勻，正排孔側向崩落逐步擴大自由面。為充分利用自由面，單孔爆破為向下、向上聚能對沖爆破。設置中間分段最后起爆或與向下起爆藥柱同時起爆、傳爆，中間分段爆破時存在2個自由面，如圖1所示。

圖1 下向大直徑垂直深孔裝藥結構

炮孔的堵塞長度直接影響爆破質量，孔口填塞長度不小于炮孔的抵抗線，同時不得小于孔間距的1.5倍[10]，這樣才能確保爆炸能量不從孔口過分外泄，爆轟波孔內傳爆及爆生氣體沿巖體介質壓縮變形，爆炸應力波向破碎巖體波陣面作功，將巖石向自由面拋擲出去。孔口填塞采用紙殼或編織袋加木楔。

3 大直徑垂直深孔爆破工藝關鍵技術研究

3.1 水泥注漿制模堵孔裝置

為保證大直徑（Φ120 mm）深孔爆破效果，特制水泥柱狀塊（Φ100 mm，匹配鉆孔直徑）上嵌圓形鐵絲套，采用鐵絲下放至孔底填塞，防止炸藥泄露孔外，如圖2所示。

圖2 水泥柱狀塊

3.2 爆堆大塊率

礦房采場內單次爆破兩排，爆破礦量約為8000 t，爆破后，待爆堆及周邊巖體穩定后，對出礦進路進行勘查，發現出礦進路爆堆飽滿、塊度均勻，根據測量統計，大塊率僅為15%，爆破后塊度均勻適中，效果良好。

3.3 采場輪廓

爆破后的空區輪廓是否完整、是否超挖，對二步驟回采間柱的穩定性、采空區的穩定性、回采率等指標具有重要意義。圖3為北3礦房出礦后到現場勘查時拍攝的采空區輪廓，由圖3可以看出，采場爆破空區輪廓良好，說明爆破參數與爆破工藝均實現了良好的技術目標。

圖3 較規則平整的礦房采空區輪廓

4 結論

（1）通過試驗研究，柿竹園多金屬礦礦床大直徑垂直深孔爆破參數確定為鉆孔直徑Φ120 mm，排間距為 2.5～2.8 m，孔底距為3.7～4.0 m，噸礦炸藥消耗量為0.45～0.49 kg，每米鉆孔崩礦量為

26 t；并優化了深孔裝藥結構，發明了孔底水泥柱塊堵孔裝置與技術，顯著降低了爆破大塊率，避免了采空區超挖欠挖現象。

（2）采用大直徑深孔孔徑120 mm連續裝藥技術、階段側向崩礦技術，裝藥工藝簡單、采礦技術先進，采場作業環境得到極大改善，作業條件安全，作業效率大幅提高。

（3）通過對爆破工藝的優化研究，采礦效率大幅提升，形成備采礦量的周期降低53%以上，炸藥單耗降低25%，單孔崩礦量由中深孔采礦的5 t/m提高到26 t/m，采礦生產能力由中深孔采礦的400 t/班提高到1300 t/班，采礦爆破效率提升約4倍，大塊率降低10%，近兩年采礦量為90萬t左右，采礦成本相比90鉆下降3.25元/t，累計節約成本292萬元，有效提高了技術經濟指標。