白象山鐵礦一步驟下向孔預控界面爆破試驗研究*

陳能革 朱 磊

（1.安徽馬鋼礦業資源集團有限公司；2.馬鞍山礦山研究院爆破工程有限責任公司；3.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

地下礦山采用充填法開采時，若一步驟回采邊界控制不佳、超欠挖嚴重，不僅影響開采作業安全，增大支護工作量和支護成本，還增加了礦石損失率和貧化率，也對二步驟回采時充填體穩定和礦石質量控制等造成負面影響［1-3］。

以馬鋼白象山鐵礦地下開采為背景，針對一步驟回采過程中的采場輪廓控制問題，在采場邊界控制過程中引入預控界面爆破理念，開展現場爆破試驗，為礦山一步驟回采采場輪廓控制提供指導依據。

1 礦山概況

1.1 礦山概況

白象山鐵礦采用地下開采，設計礦石生產規模為200 萬t/a，采用主井-副井開拓，對角式通風系統；礦山屬高溫氣液交代層控礦床，即“玢巖鐵礦”中閃長巖體與周圍沉積巖接觸帶中的鐵礦床。主礦體賦存于閃長巖與砂頁巖接觸帶部位，其形態受礦區背斜構造控制，橫向呈平緩拱形，產狀與圍巖基本一致。頂板圍巖中閃長巖占44%、角頁巖占44%，其余為砂頁巖和脈巖；底板閃長巖占69%，角巖為31%。閃長巖強度變化大，局部遇水軟化。角頁巖在靠近礦體部位有泥化作用，局部較軟弱。礦區內斷裂構造較為發育，共發現10條斷層，對地下作業安全構成較大威脅。

礦山采用充填采礦方法開采，保證地表不發生大面積陷落，減輕地表水對采礦的直接影響。礦山采用上向分層充填采礦法，一步驟先采礦房，待礦房充填后再二步驟回采礦柱［4-6］。

1.2 礦山爆破參數及邊界控制現狀

采場進路寬度為6 m，分2層開采；先采用水平鉆孔爆破回采上分層，層高3.5 m，形成作業空間后，再采用臺階式下向孔爆破下分層，下分層高度主要有3.5、4.0和7.0 m 3種類型。

下向孔采用鑿巖臺車鉆孔，孔徑70 mm，炮孔傾角90°，正方形布孔；每排4個炮孔，排距1.5～1.8 m；采用粉狀乳化炸藥卷進行爆破。根據采場巖性條件，每次爆破2～5 排炮孔；采用逐排順序起爆方式，排間炮孔進行微差控制；炮孔平面布置見圖1。

地下采場下分層回采時逐排起爆炮孔，相鄰邊孔間距與正常爆破排距相同，未對兩側的邊孔間距進行靈活控制。由于采場爆破參數、起爆網路等不合理，導致爆破后的采場輪廓不規則、采場邊界質量控制差、超欠挖現象突出，不僅增大了礦石損失，降低了礦石回采率，同時也增大了二步驟回采的難度，使得二步驟回采時無法準確掌握采場進路的邊界，致使大量充填體混入礦石中引起礦石貧化。

經現場調查統計，采場不同區域的超欠挖幅度達到30～110 cm，在節理裂隙、斷層構造等處變化幅度更為嚴重。

2 現場試驗

2.1 試驗原理

預控界面控制爆破是采用預裂爆破的思想，將預裂爆破的原理引入到地下爆破采場輪廓控制中［7-8］。具體手段是在采場輪廓上鉆一排相對密集的預先起爆邊孔（與預裂爆破的預裂孔類似），并在主炮孔爆破之前起爆；邊孔爆破后，沿相鄰邊孔中心連線形成1條具有一定寬度的貫穿切割縫，獲得較平整的采場開挖輪廓，然后再起爆主爆孔。預裂縫可以降低主爆區爆破對采場輪廓的破壞，解決超欠挖控制難題，同時可以有效削弱爆破振動危害［9-10］。

由于地下采場不同區域的礦巖特性、鉆孔深度等存在一定的差異，常規爆破參數不具有普適性，需要開展不同預裂孔孔距、裝藥結構、線裝藥密度等的爆破參數優化，以獲得最佳的采場輪廓控制效果。

2.2 試驗方案

在地下-430 m 中段865#、869#、625#采場分別開展了分層高度3.5、4.0 和7.0 m 的預裂爆破試驗。在采場進路兩側布置小孔距邊孔，孔距為0.9 和1.0 m，邊孔直徑與正常爆破孔相同；邊孔超前主爆孔起爆，建立采場邊界預控界面；每次爆破3 排主爆孔，試驗方案見表1。

2.3 試驗參數

邊孔采用不耦合間隔裝藥結構，導爆索連接起爆；采用φ32 mm 乳化炸藥卷，單支長度30 cm、質量300 g；采用導爆索起爆，炮孔底部加強裝藥。邊孔超前主爆孔110 ms起爆。

對于865#采場，邊孔深度3.8 m，相鄰邊孔間距1 m；每孔裝7 支φ32 mm 炸藥卷，裝藥量2.1 kg；其中，孔底連續5 支，加強段裝藥長度1.5 m，然后依次間隔30 cm 布置1 支炸藥卷；線裝藥密度為0.55 kg/m。試驗邊孔數量為10個，總裝藥量21 kg。

869#采場分層高度4.0 m，邊孔深4.3 m，相鄰邊孔間距1 m；每孔裝8.5 支φ32 mm 炸藥卷，單孔裝藥量2.55 kg；其中，孔底加強段裝藥長度1.8 m，然后依次間隔30 cm布置1支炸藥卷；線裝藥密度為0.59 kg/m。試驗邊孔12 個，總裝藥量30.6 kg。炮孔布置和裝藥結構見圖2和圖3。

625#采場分層高度7 m，邊孔深7.3 m，相鄰邊孔間距0.9 m；每孔裝15 支φ32 mm 炸藥卷，裝藥量4.5 kg；其中，孔底加強段裝藥長度2.1 m，然后依次間隔20 cm 布置1 支炸藥卷；線裝藥密度為0.62 kg/m。試驗邊孔12個，總裝藥量54 kg。

2.4 爆破效果分析

現場試驗表明，在地下采場采用預控界面爆破技術，待相鄰邊孔貫穿成縫后，可以形成清晰可見的爆破半壁孔，取得較好的采場輪廓控制效果，改善采場超欠挖量現象；整體上，采場輪廓不平整度可以控制在15 cm 以內，在礦石完整性好的區域可以控制在5 cm 以內，現場爆破效果見圖4。同時，地下采場現場試驗效果有力驗證了爆破試驗參數的可行性，對于-430 m 中段其他采場輪廓控制具有較好的指導作用。

2.5 推薦爆破參數

考慮到礦山不同中段、不同區域采場的礦巖特性存在一定的差異，根據-430 m 中段采場的現場爆破試驗結果，綜合考慮推薦一步驟下向孔回采預控界面爆破參數如表2所示。

結合推薦爆破參數表2，應根據礦山一步驟下向孔回采現場實際爆破效果，對爆破參數進行實時動態調整，以取得最佳的采場輪廓控制效果，避免超欠挖現象，提高礦石的回收率。

3 結論

（1）現場試驗表明，預控界面爆破方法是提高采場輪廓控制質量的重要技術手段，在一步驟下分層回采中，可以形成清晰可見的爆破半壁孔，較好地控制采場超欠挖現象，對于提升礦石回采率以及開采安全具有重要意義，適宜根據礦石回采需要進行針對性的界面控制技術應用。

（2）根據礦山巖性條件和下向孔深度的不同，一步驟下向孔回采預控界面控制時，推薦邊孔距0.8～1.4 m，孔底加強段裝藥高度1.2～2.1 m，線裝藥密度0.45～0.60 kg/m，并結合現場爆破效果對參數進一步調控以取得最佳的采場輪廓控制。