分段充填采矿法垂直平行孔落矿方式的工艺技术研究与实践

陈国涛

摘 要：分析了上向扇形炮孔爆破落矿的弊端，概述了华联矿业有限公司矿床的地质条件。简述了分段充填采矿法矿房参数，介绍了垂直平行孔落矿方式各工艺要素，对应用效果进行了评价。

关键词：垂直平行孔；分段充填；孔底起爆

1 前言

华联矿业股份有限公司（以下简称华联矿业）前身为始建于1990年的韩旺铁矿，现有下沟铁矿、卧虎山铁矿两个个井下原矿生产单位。主要产品为铁精粉，年产铁矿石200万t，铁精粉50万t。爆破落矿是采矿工艺中重要的一环。2012年以前，华联矿业为中深孔爆破落矿存在以下弊端：（1）凿岩质量难以保证。主要表现在实际凿岩中心很难与设计凿岩中心吻合、炮孔角度不易控制，导致炮孔孔底距误差加大，爆破效果差，相邻矿房超欠采，矿石损失贫化大。（2）扇形孔孔口密集，炮孔利用率及眼米崩矿量降低，炸藥单耗升高。（3）装药劳动强度大，且装药质量难以保证。鉴于以上原因，我们在进行采矿方法攻关的同时，展开了对落矿方式的工艺技术研究。

2 矿体赋存条件

华联矿业下属的下沟铁矿、卧虎山铁矿均为燕山中期高温热液接触交代矽卡岩型磁铁矿床。构成矿床上盘岩层自上而下依次为第四系表土层、第三系砂砾岩、中奥陶系马家沟组石灰岩，下盘为闪长岩。矿体赋存于雁翎关组顶部含铁片岩中，由多个呈NW—SE向展布的带状矿层组成，总体走向330°±，倾向SW，倾角23°～68°，平均48°±。矿带在走向和倾向上呈幅度不大的波状弯曲，存在膨胀、分枝、复合等复杂多变现象。

开采技术条件较差：（1）矿体顶板围岩不稳固，顶板裂隙发育，泥质充填、富水；（2）矿体底板闪长岩经成矿作用后形成的蚀变闪长岩松软破碎，很不稳固；（3）矿床地质勘探程度不足，圈定精度差，需进行生产勘探。

3 采矿方法

为有效保护上盘保证地表不塌陷，采用预控顶上向分段胶结充填采矿法回采，各工艺要素如下

3.1 采准布置及采场结构参数

根据矿体形态，按合适的分段高度将阶段划分为多个分段水平，在每个分段水平下盘距矿体真厚度10m左右沿矿体走向布置脉外沿脉巷道，用脉外斜坡道联络各分段水平[1]。阶段高50m，分成5个分段，分段高10m，矿房（矿柱）宽10～12.5m。厚大矿体采场穿脉布置，每80m布置永久间柱，永久间柱宽10m。两个间柱间作为一个回采单元，至少7个回采矿块。每个回采单元在下盘脉外沿脉至下阶段运输水平间布置一条溜井。薄矿体采场采用沿脉布置。

3.2 采准顺序

先在阶段水平施工矿房运输巷及溜井，到斜坡道位置时展开斜坡道施工，斜坡道掘进一般用电耙耙运岩石。斜坡道掘进至分段水平时与溜井贯通，继续施工下盘脉外沿脉和穿脉巷道。

3.3 采场顶板的支护

两个间柱间的矿房做为一个回采单元，采用间隔式回采。因铲运机及人员需进入矿房作业，为有效支护采场顶板、确保顶板安全，先在拟回采的矿房的上一个分段水平穿脉巷道内用浅孔开帮至超出矿房边界0.5m，根据矿体稳固情况采用长锚索—锚杆-金属网-喷射混凝土联合支护。长锚索长度6m，网度3×3m～5×5m。锚杆长度2～2.5m，网度1.5×1.5m～2×2m。金属网采用φ6.5mm钢筋，网度0.1×0.1m～0.2×0.2m。喷射混凝土厚度50～100mm。

4 垂直平行中深孔爆破落矿

4.1 垂直平行中深孔施工

矿房顶板支护完后，将矿房的切割井掘出。在上分段水平预拉开已支护的空间内采用T-100高气压环形潜孔钻机进行下向凿岩，首先沿矿房边界及上下盘边界钻凿预裂孔，预裂孔直径φ76mm，孔距0.8～1.2m；预裂孔钻凿完毕后，钻凿主炮孔，主炮孔直径φ90～110mm，采用菱形或矩形布置；主炮孔孔距2.5～3m，排距2.2～2.5m。炮孔一般采用下向垂直平行布置，上盘根据矿体倾角进行调整[2]。如打透在下水平用木塞堵住，孔内垫1m厚岩粉或碴子。下向炮孔布置见图1。

4.2 装药及爆破

为降低爆破震动、保护相邻矿房充填体，获取好的爆破效果，采用逐孔起爆技术。在爆破过程中，借助于澳瑞凯高精度雷管的准确延时，通过合理的时间组合，使炮孔由起爆点（切割井）按顺序依次起爆；每个炮孔的起爆都是相对独立的，前一个炮孔为后一个炮孔创造了一个自由面；当相邻炮孔的延期间隔选取合理时，爆炸应力波靠自由面充分反射，做功能量加强；相邻炮孔间的矿岩在移动过程中发生相互碰撞挤压，使矿岩进一步破碎，从而保证较好的爆破块度。

4.2.1 装药结构

采用高精度导爆管雷管，每孔可放置一发，不仅可以实现逐孔起爆，还可采用孔底起爆。孔底起爆爆轰波是从孔底向孔口传播，由于受介质炸药的阻挡，能量不会提前外泄，更好的用于岩石的破碎。而孔口起爆能量会提前泄露于空气中[3]，能量利用率比孔底起爆少15%～30%。主爆孔采用φ75mmKG-Ⅱ乳化环保型炸药连续装药，孔底垫2只炸药，每孔采用一发导爆管雷管孔底起爆。孔口用炮泥密实堵塞。预裂孔采用φ32mm2#岩石乳化炸药不耦合装药，孔内敷设一根导爆索。孔底部加强装药，1米范围内并列布置2支φ32mm炸药，上部用单支φ32 mm炸药，连续药串用黑胶布绑在竹片上。

4.2.2 起爆顺序及延期时间

预裂孔超前主爆孔起爆，主爆孔以切割井为中心，采用逐孔依次向外起爆。起爆网络采用高精度毫秒塑料导爆管连接，孔外延时。起爆顺序及延期时间根据补偿空间及炮孔布置情况（孔间距和排距等）确定，原则上相邻炮孔爆破延期时间以25ms最佳[4]。

4.3 爆破落矿效果

经近五年生产证实，该种落矿方式中深孔及大爆破施工操作简单，矿石破碎块度小且均匀，大块率明显降低，铲矿效率大大提高。

4.4 工艺技术指标

孔间距0.8～1.2m，线装药密度0.73 kg/m，堵塞长度0.8m。

5 应用效果评价

利用排内孔间及排间延期时间的组合，采用垂直平行孔逐孔起爆及孔底起爆技术达到了如下效果：（1）垂直平行炮孔分布均匀且质量便于控制，炮孔利用率及眼米崩矿量高，装药及填塞容易，爆破效果好，降低了大块率及整个爆堆的粒度，减少二次破碎成本。（2）采用逐孔起爆，有效降低爆破震动，减少爆破对周边巷道、相邻矿房充填体的破坏。（3）对矿房边界实施预裂爆破保证矿房边界规整，减少超欠采现象，提高一步矿房回采率，降低二步矿房贫化率。

参考文献：

[1] 王运敏.现代采矿手册[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[2] 汪旭光.中国典型爆破工程与技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[3] 肖汉甫.实用爆破技术[M].武汉：中国地质大学出版社，2009.

[4] GB 6722–2014.中国国家标准化管理委员会[S].