階段深孔側向崩礦技術在柿竹園礦山的應用

陸錦濤，何斌全，劉奇，劉子強，歐任澤

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012； 2.湖南柿竹園有色金屬有限責任公司， 湖南 郴州市 423000)

0 引言

大直徑深孔采礦技術是由加拿大國際鎳公司銅崖北礦和來瓦克礦于20世紀70年代中期首創并發展起來的一項新技術[1]。國內最早是長沙礦山研究院對大直徑深孔采礦技術進行研究，并于1981年在凡口鉛鋅礦展開現場工業試驗[2]。隨著試驗成功，該技術在銅綠山鐵礦、安徽草樓鐵礦、安慶銅礦等礦山進行推廣，大型智能化設備的推廣使大直徑深孔采礦技術在國內得到極大的發展[3]。

階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法采用下向大直徑深孔，將采場鑿巖集中在上中段水平，不設分段平巷，回采空間是敞空的，后期采用充填體和圍巖對地壓進行管理與控制，采場準備及回采過程工藝簡單。同時采場規模及回采效率對鑿巖、出礦等設備有一定的要求，有利于推廣采用大型智能化設備[4-5]。大直徑深孔采礦發展初期以純VCR法的落礦方式為主，一般采用球形藥包崩礦，其對相鄰采場破壞較小，爆破效果較好，但由于一次爆破高度較低，次數多，爆破繁瑣增加了采礦成本[6]。隨著采礦技術進步，其落礦方式發展為VCR+側向崩礦法。側向崩礦的關鍵技術在于側向崩礦方式、爆破方案及邊孔控制[6]。

1 地質概況

柿竹園礦礦體圍巖為泥質灰巖和花崗巖，巖體結構以塊狀和厚層狀結構為主，巖石強度高，成礦后期斷裂構造不發育，穩定性好，不易發生工程地質問題。礦體底板為堅硬完整的花崗巖，礦體及圍巖巖體質量等級為I、II類，工程地質為簡單類型。

2 階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法

階段空場嗣后充填采礦法將鑿巖集中在上中段水平的鑿巖硐室，不設置分段平巷，鉆鑿深孔，全階段一次鑿巖，階段高度內分次爆破[8]。出礦水平位于礦房底部結構，待出礦作業全部完成后，全階段高度內分多次、按照不同的強度配比，逐步進行充填作業，礦房回采完成后利用充填體和圍巖對地壓進行管理與控制[9]。

結合柿竹園鎢多金屬礦開采規劃條件，上部鑿巖硐室及底部出礦結構均可采用智能化掘進臺車作業，其掘進效率得到保證。在上部鑿巖硐室使用潛孔鉆機沿整個采場走向一次性鉆鑿完整個采場的下向大直徑深孔，作業效率大幅度提升，后期可采用潛孔鉆遠程控制系統，一方面能保證深孔成孔精度，另一方面降低井下作業人數，提高作業安全性[10]。階段空場嗣后充填采礦法能很好地適應智能設備作業，作業效率得到保證。

2.1 采場布置及結構要素

采場垂直礦體走向布置，各個采場間不留間柱，分為一、二步驟依次回采。采場寬均為20 m，長度為114 m，回采標高為407～470 m，高63 m。

2.2 采準切割工程布置

設計采用單側進路出礦塹溝底部結構，每個采場底部布置一條受礦巷兼中深孔鑿巖巷，巷道掘進采用掘進臺車。本次采準工程設計主要為407 m水平底部出礦結構及上部鑿巖硐室，包括：拉底巷、出礦巷、出礦進路、切割橫巷、切割天井、鑿巖硐室聯絡巷及鑿巖硐室等。

鑿巖硐室之間留設3 m寬的條柱，并每隔25～28 m布置一條聯絡道聯通，聯絡道尺寸為4 m×3.8 m。在470 m水平布置鑿巖硐室，硐室頂板中間高兩端低，呈自然平衡拱布置，寬度為20 m，長度為106 m，寬度和長度均超出采場邊界0.5 m，滿足鑿巖設備鑿巖，中間留3 m的條形間柱。鑿巖硐室的頂底板采用光面爆破，同時在硐室施工時，對鑿巖硐室采用錨桿+金屬網的方式支護，以保證大直徑深孔鑿巖施工質量和硐室的安全穩定。

2.3 回采工藝

采場由切割槽和側崩區構成，切割槽尺寸長×寬為20 m×5 m，其余為正排爆破的側崩區。采用深孔爆破成井技術一次成孔，逐段爆破形成切割天井，然后利用切割井作為自由面和補償空間，全孔側向爆破形成切割槽。切割槽形成后，側崩區以切割槽作為自由面和補償空間，往端部或兩側依次拉開，直至整個采場回采完畢[11-13]。

（1）鑿巖爆破。深孔鑿巖水平布置在470 m中段，在470 m中段的鑿巖硐室利用T-150潛孔鉆機鉆鑿下向大直徑深孔，孔徑為120 mm；中深孔鑿巖水平布置在407 m中段，在407 m中段采場鑿巖巷道內利用中深孔鑿巖臺車鉆鑿上向扇形孔。

①孔網參數：通過爆破試驗、爆破顯示動力學仿真計算及現場工業試驗分別確定拉槽區和側崩區的孔網參數和布置形式。拉槽區炮孔加密布置，設置空孔，拉槽區的孔網參數為（0.2～2 m）×（0.5～2 m）；側崩區孔網參數為：排距2.6～3 m，孔距3.5～4 m。

②切割槽的快速形成：采用深孔爆破成井技術一次成孔，逐段爆破形成切割天井，切割天井尺寸為5 m×6 m。爆破成井時，每次爆破高度根據爆破效果逐漸加大，切割井形成后，利用切割井作為自由面和補償空間，全孔側向爆破形成切割槽，最終形成寬5 m，長20 m的切割槽[14]。

③側向爆破：側向崩礦時，炸藥采用多孔粒狀銨油炸藥，單排爆破時設計中間孔先行起爆，邊排孔滯后起爆?？刂谱畲髥雾懻ㄋ幜?，減少爆破對周邊的影響[15]。

④邊孔爆破：為保證采場邊界的規整，采場兩邊的邊排孔孔內根據孔深分多層間隔裝藥，通過光面爆破控制邊孔成型。

（2）底部結構。在407 m水平先施工受礦巷，然后在受礦巷內鉆鑿上向扇形炮孔，采用中深孔爆破的形式形成塹溝底部受礦結構。

（3）出礦。崩落礦石進入塹溝后，采用6 m3遙控鏟運機，并用智能化遙控鏟運機盡量將采場內殘礦除掉。智能遙控鏟運機一方面能保證人員安全，另一方面減小崩落礦石損失。

（4）底部結構回采。采場大直徑深孔落礦完成后，通過底部結構出礦平巷將采場的礦石全部放出，之后在出礦平巷、溜礦口內采用鑿巖臺車或YGZ-90鑿巖機鉆鑿上向扇形孔后退式回采底部結構，采用遙控鏟運機崩落礦石進行出礦。

（5）采場充填。采場出礦完成后，即開始充填準備作業。首先將通往采場的通道進行密閉，并在407 m中段布置充填擋墻及相應的脫水設施，采場充填管路從490 m中段充填主管接入采場。充填準備工作就緒后，開始充填作業，根據采場高度，依次采用不同強度配比的充填料對采空區進行充填。充填管路中必須安裝排放洗管水的三通閥，防止清水流至充填采場。

2.4 拉槽炮孔布置及爆破

采用深孔爆破成井技術形成切割井。切割天井布置在切割橫巷一側，尺寸為5 m×6 m，共計布置29個炮孔，其中拉槽孔25個，空孔4個，炮孔布置如圖1所示。整個切割井分多次爆破形成。

圖1 采場切割井炮孔布置

切割天井形成后，以切割天井為自由面和補償空間進行側向拉槽爆破。大直徑深孔具體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 大直徑深孔施工工藝流程

采場切割槽設計寬度5 m，拉槽區炮孔加密布置，拉槽區大直徑深孔孔徑120 mm，孔排距為2.0～2.2 m，每排布置3個孔。裝藥前，先測量孔深和傾角，檢查炮孔是否堵孔和積水，如有堵孔和積水要進行處理后再進行堵孔。

大直徑深孔堵孔利用12#鐵絲下端系住炮孔堵頭，當鐵絲下端下至孔底后再往上提0.5 m，上端固定在橫放在孔口的鋼筋上，然后將河砂或炮泥填塞到炮孔內直至設計深度，復測并確認無誤后對炮孔進行裝藥。

大直徑炮孔堵孔完畢后開始裝藥，利用NORMET裝藥臺車自動定位炮孔，遠程遙控下裝藥管裝藥。而后將雙導爆管起爆藥包下放，并在孔內裝藥范圍內全長敷設導爆索。然后按設計藥量繼續裝藥至距離孔口5～6 m處，隨即下放雙導爆管起爆藥包至孔內炸藥中，然后再裝藥至孔口3～4 m處便停止裝藥，并充填3～4 m河砂或炮泥至孔口，用作堵塞。大直徑深孔孔內裝藥結構如圖3所示。

圖3 大直徑深孔拉槽炮孔裝藥結構

2.5 通風及頂板管理

新鮮風流從底部結構經階段深孔或者采場貫通空間從下部硐室流向上部硐室，將采場內的污風排入回風巷，同時，上部鑿巖硐室入口的風流將硐室內的污風直接帶入回風巷，匯入回風井，排出地表。回采過程中，加強上部硐室頂板的管理，及時處理浮石并加強破碎段的支護。

3 主要經濟技術指標

生產結果表明，階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法采切比為37.54 m3/kt，礦石貧化率為5%，損失率為10%，炸藥單耗為0.38 kg/t，大塊率為29.45%，單采場生產能力達到1000 t/d。具體技術經濟指標見表1。

表1 階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法技術經濟指標

4 結論

（1）針對柿竹園鎢多金屬礦區巖體結構以塊狀結構為主，巖石強度高，礦石及圍巖較為穩固及礦體分布集中，形態規整的特點，采用階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法對礦體進行回采，大的采場結構參數有利于鑿巖、出礦等大型智能化設備的 使用。

（2）階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法全階段側向崩礦，爆破次數少，采用單孔起爆網絡，自由面利用率高，爆破效果好，可實現大規模爆破，生產能力大。

（3）現場工業試驗表明，階段深孔側向崩礦嗣后充填采礦法單采場生產能力達到1000 t/d，礦石貧化率為5%，損失率為10%，炸藥單耗為0.38 kg/t，大塊率為29.45%，采礦直接成本為194.84元/t。