梅山铁矿过渡分层凿岩爆破参数优化

杨潘磊 徐志强

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)

梅山铁矿通过不断优化无底柱分段崩落法的结构参数和凿岩爆破参数，使得采矿生产能力、设备效率及资源回收指标不断提高。2001年将结构参数优化为15 m×20 m×3.2 m(分段高度×巷道间距×崩矿歩距)，2009—2010年，为了进一步降低资源损失贫化和矿山开采成本，将-303 m水平崩矿步距优化为2.4 m，凿岩炮孔由单中心凿岩改为三中心凿岩，并将-330 m水平以下的水平结构参数优化为18 m×20 m×4.4 m。结合梅山铁矿井下开采水平现状发现，二期工程-303～-318 m水平分段高度为15.0 m，二期工程-318～-330 m运输水平分段高度为12.0 m，三期工程-330～-348 m水平分段高度为18.0 m，如此便形成了二期工程与三期工程之间连续3个分层分段高度变化的过渡分层，因而有必要选择合理的凿岩爆破参数实现对过渡分层资源的有效回收。

1 实验室物理模拟放矿试验

1.1 试验方案

采用物理模拟试验法，在试验过程中通过重力进行放矿，重力放矿过程中应满足几何相似、动力相似和运动相似关系，但由于受到多方面因素的限制，无法满足所有的相似条件。因此在几何相似的基础上，采用与现场崩落矿岩近似的矿岩作为模拟材料，同时满足内摩角相等(一般采用自然安息角代替)，以达到重力放矿模拟试验的要求。由于梅山铁矿3个过渡分层存在3个参数的组合，即15 m×20 m(分段高度×巷道间距)、12 m ×20 m、18 m ×20 m，其中15 m×20 m采用的崩矿步距为2.4 m，根据该矿以及同类矿山已有的工业试验研究成果，选择在12 m×20 m结构参数下使用2.0，2.2 m步距进行试验;18 m×20 m分段高度下使用2.4，2.6 m步距进行试验，并据此制定的试验方案见表1。

1.2 建立放矿试验模型

此次放矿试验采用模拟比为1∶100，模型为木质框架结构，尺寸为1 400 cm×545 cm×1 800 cm。放矿巷道断面尺寸为5 cm×4 cm，用厚1 mm铁皮制作，巷道呈菱形交错布置。模型共5个分层，18条进路，其中第1、2分层参数为15 cm×20 cm，第3分层参数为 12 cm×20 cm，第 4、5分层参数为18 cm×20 cm，分别配以不同步距进行试验，每个步距参数进行2次，以确保回贫数据具有代表性、可比性。试验模型中，步距板长160 cm，根据需要试验的参数及现场模拟比例，高11 cm(模拟15 m段高)的步距板12个，高8 cm(模拟12 m段高)的步距板5个，高14 cm(模拟18 m段高)的步距板12个。根据梅山铁矿实际矿石粒级组成，选取的试验矿石粒级组成见表2。

表2 矿石粒级组成

1.3 试验流程

放矿过程按照耙矿→筛选→称重→记录的流程进行试验，要求每次耙矿量为400～500 g，耙至截止出矿岩石混入率约为40%时，再耙1～2次，即可停止该步距的出矿。在模型放矿试验时，相同步距参数进行3次试验，取3次试验数据的平均值，以减小系统误差。另外在数据处理时，为了消除端壁影响，剔除第1和最后1个步距的数据，另外第1、3、5分层左右两端的巷道因与板壁接近，因而其试验数据也应被剔除。剔除以上数据之后，便可计算相同步距的平均放出矿岩总量、平均放出矿石量、平均放出岩石量，并计算矿石回收率、废石混入率、相应的回贫差等参数。

2 试验数据分析

试验中，15 m×20 m分层采用2.4 m的崩矿步距，而12 m ×20 m 分层采用2.0，2.2 m 的崩矿步距;18 m×20 m分层采用2.4，2.6 m的崩矿步距。试验结果见表3。

表3 试验结果

由表3可知，若过渡分层崩矿歩距仍为2.4 m时，试验回收率由88.155%降低至84.44%，岩石混入率由25.6%增加至28.86%，回贫差降低了6.98%，相对降低率为11.15%。因此，改变结构参数组合后不改变崩矿步距将降低放矿效果，导致矿石资源的损失。不同崩矿步距的放矿试验结果均小于原参数条件下的放矿效果，其相对差别分别为-11.15%、-10.24%、-3.34%、-32.61%、-6.75%，可以认为，分度高度的变化不利于回贫指标的控制。通过不同崩矿步距参数的组合试验，在进路间距不变时，在分层高度由15 m减小为12 m，再由12 m增大到18 m的现场参数条件情况下，12 m分段高度组合，2.0 m的崩矿步距、18 m分段高度组合，2.6 m的崩矿步距所对应的回贫差为60.460%，相对分段高度为15 m×15 m×15 m、崩矿歩距为2.4 m时，对应的相对差别为-3.34%，相对分段高度为15 m×12 m×18 m、崩矿歩距为2.4 m时，对应的相对差别为﹢8.78%(表4)，总体放矿效果较好。

表4 以2.4 m步距为基础的相对差别

根据上述试验结果，对过渡分层凿岩爆破参数进行了优化，结果见表5。

表5 过渡分层凿岩爆破参数

3 结语

通过6组结构参数组合、18组实验室放矿试验对梅山铁矿现阶段即将面临的15 m×12 m×18 m过渡分层结构参数的选取进行了研究，得出在分段高度与进路间距由15 m×20 m过渡至12 m×20 m、18 m×20 m时，其最佳崩矿歩距可由2.4 m分别调整为2.0和2.6 m。结合结构参数对过渡分层凿岩爆破参数进行了优化，对梅山铁矿即将进入的-330 m水平的生产准备与施工具有一定的参考价值。