廖成孟,馬建軍,蔡路軍,吳亞東

(1.重鋼集團太和鐵礦,四川西昌 615041;2.武漢科技大學理學院,湖北武漢 430081;3.武鋼集團,湖北武漢 430081)

無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)選擇淺析

廖成孟1,馬建軍2,蔡路軍2,吳亞東3

(1.重鋼集團太和鐵礦,四川西昌 615041;2.武漢科技大學理學院,湖北武漢 430081;3.武鋼集團,湖北武漢 430081)

本文簡述了無底柱分段崩落法大結(jié)構(gòu)參數(shù)下,回采爆破參數(shù)優(yōu)化的一種常用方法。基于扇形炮孔爆破實際問題,結(jié)合結(jié)構(gòu)參數(shù)對爆破的影響,詳細闡述了無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)的合理選取,并簡介了其炮孔布置圖的繪制,對目前相關(guān)礦山生產(chǎn)設(shè)計具有借鑒意義。

無底柱分段崩落法;回采爆破;爆破參數(shù)選擇

Abstract:A method of the optimization of the blasting parameters designs in the pillarless sublevel caving production was resumed in this paper.The suitable parameters of the production blasting elaborately introduced in this paper was optimized according to the analysis of actual blasting problems of the fanshape blasting in the pillarless sublevel caving production and the affection of the structural parameters. Then the layout of blasting bores was drawn as reference.All these results would be an meaningful example of the relevant actual designs.

Key words:pillarless sublevel caving;production blasting;preferences of the blasting parameters

無底柱分段崩落法,因其結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟和經(jīng)濟合理,常用于金屬礦山的開采中。隨著研究的深入和應用的推廣,其結(jié)構(gòu)參數(shù)加大成為發(fā)展趨勢,并將得到更為廣泛的應用。但此過程中,仍存在一些問題,如回采爆破參數(shù)設(shè)計多采用經(jīng)驗值選取,相關(guān)理論分析與指導不夠充分,參數(shù)設(shè)計及調(diào)整不夠合理,使其在實際應用中總存在一些問題,如貧化率高、懸頂、隔墻和大塊率高等。它們影響了采礦放礦的順利進行,如得不到有效解決,就會影響無底柱分段崩落法大結(jié)構(gòu)參數(shù)的使用效果和應用前景。因此,必須對回采爆破參數(shù)進行合理的設(shè)計。研究適合大結(jié)構(gòu)無底柱分段崩落法的回采爆破參數(shù),具有較強的理論和實際意義。

1 回采爆破參數(shù)優(yōu)化

無底柱分段崩落法常用扇形中深孔爆破落礦,為端部放礦。近幾年,其結(jié)構(gòu)參數(shù)有從小向大的發(fā)展趨勢。然而,大間距結(jié)構(gòu)情況下,回采爆破參數(shù)的合理選取研究較少。主要是因為結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整,導致采礦爆破參數(shù)和回采工藝的變化,使崩落松動體和放礦橢球體發(fā)生變化,影響礦石的回收率和貧化率?；夭杀浦械膯慰姿幜靠赡茉龃?而使起爆藥量增加,從而爆破震動增大。相關(guān)生產(chǎn)爆破問題出現(xiàn)幾率可能增加,相關(guān)的爆破參數(shù)有可能需要增改。在結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后,優(yōu)化爆破參數(shù)主要有炮孔布置形式、裝藥結(jié)構(gòu)、邊孔角、崩礦步距、孔底間距、孔口堵塞長度、起爆位置和起爆微差等。

(1)單位炸藥消耗量

炸藥單耗值主要受礦石的可爆性、孔徑、炸藥性能和采幅寬度等因素影響,其最佳值應能使噸礦最終成本最低,依體積公式簡化計算如下:

式中:q——炸藥單耗,kg/m3;W——最小抵抗線,m;S——一排扇形孔的崩礦面積,m2。

此值亦可進行中深孔爆破漏斗試驗得出。[1]按藥包最優(yōu)埋置深度的漏斗爆破量(爆渣稱重),來核定最佳單位炸藥消耗量,但得出的指標偏低,還應結(jié)合實驗與實踐適當調(diào)整計算值。

(2)崩礦步距

分段高度和回采巷道間距確定時,崩礦步距存在最優(yōu)值。當放礦橢球體與礦石脊面相切時,沿進路方向恰與垂直礦巖接觸面相切,此時步距放出礦石最多且混入廢石最少,但正面損失礦石最大;增大崩礦步距,即一次崩礦層厚度增大,可增加每次礦石爆破方量,但從松散介質(zhì)中獲得的有效補償空間將逐漸減少,造成過擠壓現(xiàn)象,影響崩落體形態(tài),甚至產(chǎn)生貼槽等爆破問題,使放出體的形成與發(fā)育受影響,造成正面損失礦石小而混入廢石多;在放出礦巖品位略大于截止品位時的步距最合適,此時的回采效率或回貧差可取得最大值。故基于各種礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)下物理模型模擬試驗數(shù)據(jù),結(jié)合端部放礦數(shù)學模型,計算一定結(jié)構(gòu)參數(shù)下崩礦步距與各指標的關(guān)系,可得出最優(yōu)放礦步距,必要時進行工業(yè)試驗校核。[2,3]

在炮孔排面布置已制定的前提下,為使炮孔密集系數(shù)增大,防止正面廢石過早混入和更大可能地回收脊部礦石,可適當?shù)卣{(diào)整炮孔堵塞長度和合理選擇崩礦步距排數(shù),并微差爆破每放礦步距礦石,以達到更好裝藥與爆破效果。

(3)最小抵抗線與炮孔密集系數(shù)

最小抵抗線即崩礦步距W,與放礦步距成一定的比例關(guān)系。當一排炮孔所裝藥量不足以崩落法放礦步距內(nèi)的礦量時,應設(shè)多排炮孔,各排孔裝藥量相等時,常為放礦步距與炮孔排距的除值,一般還應根據(jù)一個中深孔能裝入的藥量(Q1= πd2LΔτ/4)和一個中深孔需要的裝藥量(單位體積炸藥消耗量乘以該孔所負擔的爆破方量Q2= WaL q)相等的原則兼顧選取,轉(zhuǎn)化得到如下炮孔密集系數(shù)m的計算式。[4]

式中:m——炮孔密集系數(shù),m=a/W;d——炮孔直徑,m;Δ——裝藥密度,kg/m3;τ——深孔裝藥系數(shù),τ為裝藥長度與炮孔長度的比值,約為0.7～0.8;q——炸藥單耗,kg/m3。

(4)孔底距

由深孔密集系數(shù)m得:

式中:a——孔底距,m;W——最小抵抗線,m。

孔底距還需根據(jù)實際炮孔設(shè)計適當調(diào)整?？卓诙氯L度采用作圖法確定[5](圖1),并根據(jù)實際情況調(diào)整(圖2)。

圖2 炮孔布置圖

圖1 裝藥長度計算圖

(5)裝藥結(jié)構(gòu)和微差時間

微差爆破可在爆破范圍內(nèi)產(chǎn)生殘余應力場,改變了后爆炮孔的受力狀態(tài);先爆炮孔為后爆炮孔創(chuàng)造了附加自由面,減小了相鄰炮孔間礦石爆破的夾制作用,并使先后爆破巖塊碰撞擠壓時間增長,降低了塊度;在時空上更分散了地震波,使之錯開相位,避免了地震波的集中。

為操作方便,采用柱狀裝藥孔底起爆,孔間和排間應有合理的微差時間Δt為:

式中:k1——正波歷時系數(shù),由試驗得出,k1= 1.25～1.8;k2——負波歷時系數(shù),由試驗得出, k2=q(Q-0.18),其中Q是炸藥與巖石波阻抗比值,q為炸藥單耗;S——礦區(qū)礦巖與巖體脫開的距離,一般取S值為0.01m;V——巖塊平均移動速度,由試驗得出,V=4～7m/s。

相鄰炮孔填塞長度交錯不同,以免局部炸藥過分集中,使能量不當損失。其值按孔徑取L=(20～24)d,并依次遞增,最小填塞長度Lmin≥0.7W。

擠壓爆破時,間隔時間應大于微差間隔時間。根據(jù)所選微差毫秒管的實際微差條件,在試驗與應用中,應因地制宜合理地選取微差間隔時間,以達到良好的爆破效果及簡便操作,降低爆破震動。

采用塑料導爆管排內(nèi)孔間交叉微差爆破,一次爆破全排扇形炮孔(圖3)。

3 應用實例[6]

金山店鐵礦張福山礦區(qū)采用無底柱分段崩落法,尚存在一些問題,如懸頂和大塊率高,造成礦石放不出,致使礦石實際回收利率不高。為此,礦方迫切尋求解決方法。在確定放礦損失貧化指標最優(yōu)時,主要根據(jù)崩落礦巖放出橢球體參數(shù)。在進行了數(shù)學模型計算的前提下,進行了一系列物理模型放礦試驗。結(jié)果分析與對比,得出16m× 14m的大結(jié)構(gòu)參數(shù)下,采用3.9m的放礦步距可形成較好的橢球體(圖4),相比原10m×10m礦塊參數(shù),1.0m可達到大結(jié)構(gòu)參數(shù)要求。單位炸藥消耗量、采用經(jīng)驗值為塊的炮孔排距2排孔崩礦更合理優(yōu)越,符合現(xiàn)今的0.37kg/t。礦方采用大冶生產(chǎn)的2#、4#銨梯油炸藥,炸藥密度為1.07g/cm3。炮孔直徑為80mm?？紤]礦方粉礦量偏大,為獲取較好的炮孔密集系數(shù),使孔網(wǎng)面積最大,將崩礦步距確定為3.4m。考慮實際情況,借鑒礦方生產(chǎn)經(jīng)驗,認為在采用1.7m的炮孔排距、3.4m的崩礦步距與2.8m的孔底距時,可取得較好的炮孔密集系數(shù)1.7。綜上所述,結(jié)合礦山實際生產(chǎn)情況,進行了中深孔爆破的炮孔參數(shù)分析與設(shè)計(表1),并開發(fā)了回采爆破參數(shù)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)[7,8],提高了參數(shù)選取和設(shè)計效率。

表1 8孔炮孔參數(shù)表

圖4 物理模型放礦試驗放礦橢球體分析

4 結(jié)語

通過大結(jié)構(gòu)礦塊爆破參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的實際應用來看,其效果很好,可滿足大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)礦塊下的爆破生產(chǎn),具有一定的參考和借鑒價值。其爆破能量分布更均勻,并延長了爆破作用時間,礦石擠壓更充分,達到了大間距礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)下,改善爆破與放礦效果的目的。

[1] 楊紅兵.漏斗試驗確定中深孔爆破參數(shù)的方法[J].新疆有色金屬,2005,(3):13-14.

[2] 張國建.無底柱分段崩落法崩落體研究與應用[D].北京:北京科技大學,2004.

[3] 王冠利.大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)在上青礦的研究與應用[D].沈陽:東北大學,2005.

[4] 熊國華,趙懷遙.無底柱分段崩落法[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1998,7.

[5] 李洪源.扇形炮孔合理裝藥長度的計算[J].云錫科技, 1994,(4):39-45.

[6] 劉智權(quán).大間距無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)的研究[D].武漢:武漢科技大學,2006.

[7] 廖成孟,馬建軍,等.無底柱分段崩漏法回采爆破參數(shù)計算機輔助設(shè)計[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2007,27(4):61 -63.

[8] 廖成孟.大冶鐵礦露天轉(zhuǎn)地下安全回采工藝研究[D].武漢:武漢科技大學,2007.

The preferences of the blasting design for the pillarless sublevel caving production

LIAO Cheng-meng1,MA Jian-jun2,CAI Lu-jun2,WU Ya-dong3
(1.Taihe Iron Ore Mine,Chongqing Iron&Steel(Group)Co.Ltd,Xichang 615041,China;
2.College of Science,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China;
3.Wuhan Iron&Steel(Group)Corp,Wuhan 430081,China)

TD853.36+2

B

1004-4051(2010)02-0093-03

2009-08-30

廖成孟(1982-),男,江西贛州人,工程師,重鋼集團太和鐵礦;

馬建軍(1958-),男,武漢人,武漢科技大學理學院,教授;

蔡路軍(1975-),男,武漢人,武漢科技大學理學院,副教授;

吳亞東(1979-),男,武漢人,武鋼集團,工程師。