井下崩落法采场坚硬矿石大块的静态破碎试验和应用

王红心，赵占斌

(金诚信矿业管理股份有限公司，北京 100070)

首云铁矿矿区内矿石主要为磁铁石英岩型，围岩岩性为各种片麻岩，矿体及顶底板围岩均较坚固，矿石和围岩f系数均为12～14，矿石容重3.3 t/m3，属坚硬矿岩，矿山采用崩落法采矿[1]，年产矿石量150万t以上，采场中深孔爆破矿石块度最大尺寸大于750 mm的即为大块，大块率5%～8%。大块的产生严重影响了出矿效率，需及时破碎。目前矿山采用的破碎大块方法为钻孔装药和裸露药包等爆破法[2-3]，二次爆破时，炸药爆炸对大块堆存巷道、采场出矿口眉线及周围设施设备造成飞石和冲击波损害并产生大量炮烟和碎岩粉尘，威胁现场作业人员健康安全和影响周围作业。因此探索试验一种安全有效、不对出矿口和大块附近巷道及设施造成破坏、不因炮烟和冲击波影响周围工作面的作业，并且能随时随地连续进行的大块二次破碎方法，非常必要。

在进行矿石大块二次破碎过程中，曾尝试过多种方法，包括裸露药包爆破破碎、钻孔装药爆破破碎、水压聚能药包破碎[4-6]等，都不能有效地解决二次爆破对附近巷道及设施的破坏和飞石、冲击波、炮烟对周围工作面作业的影响问题。在分析总结首云铁矿使用过的多种二次破碎方法基础上，参考基础拆除和建材行业应用较多的静态破碎剂破碎技术[7-9]，提出了试用静态破碎剂进行坚硬矿石大块的二次破碎方案，在首云铁矿井下进行了试验。

1 静态破碎原理和试验方案

静态破碎剂技术是使用静态破碎剂与水拌合发生化学反应(见反应式1)，体积膨胀将物体破裂的方法，具有无振动、无有害气体、无噪音、无飞石、无公害等优点[7,10]。

CaO+H2O→Ca(OH)2+62.8 kJ

(1)

根据静态破碎剂破碎原理和首云铁矿采场坚硬磁铁石英岩型铁矿石大块的特性，参考相关研究和实践，设计了静态破碎剂破碎铁矿石大块试验方案。采用7655型凿岩机用Φ38 mm钎头钻凿Φ40 mm钻孔。布孔参数如下：尺寸750～1 000 mm的大块，设计1个钻孔，孔口位于大块中心位置；尺寸大于1 000 mm的大块，钻2个或以上炮孔，孔间距350～400 mm，装药孔至大块边沿距离不大于600 mm；尺寸超过1 500 mm的矩形大块，钻3个或以上钻孔，孔间距350～400 mm，装药孔至大块边沿距离不大于600 mm，所有钻孔孔深为大块高度的1/2至3/4。钻孔完成后，按静态破碎剂使用说明，用常温水按水剂质量比0.27与静态破碎剂拌和均匀，然后将拌和好的静态破碎剂溶液灌满每个钻孔，用湿纸壳覆盖钻孔。

2 井下破碎试验

井下现场试验地点选定首云铁矿2矿带-46 m分段38号回采进路，在进路中选择有代表性的4块大块进行试验，矿石大块为坚硬的磁铁石英岩型铁矿石，f系数14，大块尺寸和布孔参数见表1。

表1 大块尺寸和布孔参数表

按试验设计钻孔并向孔内灌装拌和好的静态破碎剂溶液(见图1)，每个钻孔均灌满静态破碎剂溶液，按钻孔体积和水剂质量比换算后，1#至4#大块的钻孔中灌装的静态破碎剂量分别为：0.885、1.225、1.338、1.922 kg，每个大块的钻孔灌满破碎剂溶液后用湿纸壳覆盖，然后观察矿石大块破碎情况，不同大块经过不同时间的破碎效果见图2。

图1 矿石大块钻孔灌装破碎剂后Fig.1 Ore boulders after charged with SCA

图2 矿石大块静态破碎效果Fig.2 Static breaking results of the ore boulders

大块破裂后量测小块的块度表明，不同尺寸的磁铁石英岩铁矿石大块，按试验设计方案设计的布孔参数灌装拌和好的静态破碎剂后，经12 h和24 h后，均破裂为合格块度的多个小块，2#大块经过较长时间裂缝才完全形成，分析认为是因为钻孔较浅。

3 应用情况

现场试验取得成功后，技术人员制定了矿岩大块静态破碎技术操作规程。成立了井下矿岩大块静态破碎班组，在井下几处容易产生大块的地点进行了静态破碎剂破碎大块推广应用。

由于大块静态破碎钻孔装药和破碎不对周围设施和管线产生破坏，相邻作业面的人员设备不必因躲避飞石、炮烟而停止作业，静态破碎班组可以连续进行钻孔、灌装静态破碎剂溶液破碎大块作业。从采场出矿口和溜井格筛转运到集中破碎巷道的大块得到连续静态破碎，并且静态破碎大块作业可以和附近的其它作业同时进行，破碎时也不必撤离设备和对附近设施及管线进行防护。不仅保证了安全，而且大块随有随破，提高了破碎效率。

铲运机出矿时，在采场出矿口不能将大块逐一挑出，时常与合格块度矿石一起被铲运至溜井格筛，不合格大块就会堵塞溜井格筛，处理起来非常麻烦。使用静态破碎剂后，只需用铲运机将格筛上不能通过的大块搬运至附近不影响作业的巷道，就近随时用静态破碎剂破碎即可，提高了出矿效率。

由于首云铁矿采用无底柱分段崩落法采矿，采场进路出矿口被巨型大块堵塞的情况时有发生，铲运机难以挪动巨块，以往只能采用钻孔爆破的方法在堵塞处就地对巨块进行爆破，在出矿口频繁进行炸药爆破，往往崩坏出矿口眉线影响后续出矿。在巨块堵塞的出矿口应用静态破碎剂就地破碎巨块后，出矿口的眉线和出矿进路内附近的设备，设施及管线丝毫不会被破坏，还不影响附近的其它作业。

4 效益分析

首云铁矿在使用静态破碎剂破碎大块前，采用传统的钻孔爆破和裸露药包爆破两种方法破碎大块。

传统的裸露药包破碎大块方法由于炸药消耗量大且安全性差，在应用静态破碎剂之前，首云铁矿使用较多的是在待破大块上钻孔装药爆破的方法。静态破碎剂破碎大块和钻孔装药破碎大块可比成本比较如下：

根据矿山统计，钻孔装药爆破大块，每个大块至少消耗1发雷管，平均炸药单耗0.2 kg/m3，折合每立方大块破碎雷管单耗1.27发/m3。雷管市场价3.2元/发，炸药6.17元/kg，破碎每立方大块需要雷管和炸药费用约5.3元。

试验结果和井下生产统计表明，使用静态破碎剂破碎大块，静态破碎剂单耗1.62 kg/m3，静态破碎剂市场价3.2元/kg，破碎每立方大块需要静态破碎剂费用约5.2元。

以上比较表明，两种破碎大块方式，成本相当。

使用炸药爆破的方法破碎大块，无论在井下任何地点，每次爆破前都需要将附近的设备搬离，二次破碎点要远离易被爆破损坏的设施和管线；爆破前还需警戒，附近其他作业人员需停产撤离躲避爆破冲击波、飞石和炮烟，严重影响生产。因此，使用静态破碎剂连续无公害破碎大块，可以从避免损坏设备设施，人员无需躲炮等待通风而影响生产等方面取得经济和安全效益。

5 结论

通过井下试验，提出了坚硬矿石大块的静态无公害破碎方案，消除了传统的使用炸药爆破方法破碎大块带来的对破碎点附近设备、设施和作业人员的不安全影响，可以实现坚硬矿石大块的连续破碎。

设计了坚硬矿石大块的布孔参数，并经过试验和现场应用验证。

对静态破碎剂破碎大块和传统炸药爆破方法破碎大块进行了可比成本对比分析，结果表明，静态破碎剂破碎大块和钻孔爆破法破碎大块相比，费用相当。但使用静态破碎剂可在连续无公害破碎大块，提高破碎效率和出矿效率，避免损坏设备设施，人员无需躲炮等待通风而影响生产等方面取得经济和安全效益，可为类似地下矿山大块二次破碎提供有益借鉴。