周宗紅，劉 劍，許敏捷，劉永文，高旭輝

(1.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；2.金平長安礦業(yè)有限公司，云南 金平 661508；3.云南地礦建設工程有限責任公司，云南 金平 661508)

0 引言

節(jié)理裂隙發(fā)育礦體采用無底柱分段崩落法開采時，易導致中深孔堵孔、立墻、懸頂、大塊率高等問題，嚴重影響了礦山安全和生產(chǎn)效率。已有不少學者開展了中深孔落礦優(yōu)化研究：李智慧等[1]基于礦巖爆破破碎機理和散體礦巖放礦理論，對回采巷道眉線破壞的機理及其對回采作業(yè)的影響進行了研究；涂旭東等[2]分析了四方金礦巷道眉線破壞的原因，提出了加強巷道掘進及中深孔施工管理、優(yōu)化回采順序和爆破參數(shù)等改進措施；尹海峰[3]指出了峨口鐵礦爆破工藝存在的不足，并分別對 2 020 m 中段以上氧化礦體、2 020 m 中段以下堅硬原生礦體進行了炮孔設計，還對起爆順序進行了優(yōu)化；李傳迎等[4]針對排山樓金礦中深孔爆破落礦存在的問題，從中深孔驗收、爆破參數(shù)優(yōu)化、補償系數(shù)取值、松動放礦管理等方面對采場中深孔爆破工藝進行了優(yōu)化；孟航等[5]通過優(yōu)化爆破微差分段、改善炮孔堵塞長度和合理布置炮孔等手段，改善了平泉小寺溝銅礦的爆破效果；肖文芳[6]根據(jù)金山店鐵礦的地質(zhì)條件和開采技術，分析了無底柱分段崩落法眉線口的破壞機理，并提出了保護眉線口的措施；繆國衛(wèi)[7]提出了一種以虛擬孔底距確定孔口預留最大不裝藥長度的新方法，并通過現(xiàn)場工業(yè)試驗驗證了該方法的可靠性。

長安金礦露天轉(zhuǎn)地下開采過程中，1524分段掛幫礦部分與露天坑底貫通，礦體節(jié)理裂隙發(fā)育、中深孔鑿巖參數(shù)及爆破工藝選擇不合理等，造成回采進路眉線破壞嚴重、立墻、炸藥單耗偏高等問題，嚴重影響了礦山安全生產(chǎn)。本文根據(jù)礦石物理力學性質(zhì)、散體流動參數(shù)，提出了增大落礦排距、微差爆破、孔底起爆等措施，并在1509分段1302-1305采場開展了現(xiàn)場工業(yè)試驗，結(jié)果表明，上述措施可以改善爆破效果，能有效保護眉線，降低一次炸藥單耗和大塊率。

1 工程背景

1.1 礦山概況

長安金礦礦床位于金平斷塊中南部，礦體賦存于F6碎裂巖帶東亞帶西側(cè)砂泥質(zhì)構(gòu)造巖中，成因類型屬于巖漿熱液貫入破碎裂隙充填形成的熱液礦床。長安礦段地下開采設計利用儲量為143.15萬t，礦巖穩(wěn)固性屬于差至一般，薄礦體和中厚以上礦體各占50%左右；1 520 m以上為露天開采，1 520 m以下轉(zhuǎn)為地下開采。礦區(qū)工程地質(zhì)勘探類型為以層狀半堅硬碎屑巖和構(gòu)造軟弱巖類為主的中等偏復雜類型，礦床水文地質(zhì)類型為以裂隙含水層直接充水為主的中等類型。

地下開采采用豎井開拓，首中段1 500 m采用無底柱分段崩落法開采。分段高度8 m，進路間距8.3 m，采用WTD-1.0電動鏟運機出礦。

1.2 原鑿巖爆破工藝參數(shù)

1102采場主要回采露天臺階下的掛幫礦石，設計采用無底柱分段崩落法開采。使用圓盤雪橇式臺架+YGZ-90導軌式鑿巖機鑿巖，鉆鑿上向垂直扇形中深孔，炮孔直徑為58 mm，排距為1.3～1.5 m，孔底距一般為1.5～2.0 m。選用巖石粉狀乳化炸藥，采用BQF-100裝藥器裝藥，裝藥系數(shù)為0.83～0.85，一次炸藥單耗為0.56 kg/m3，炮孔崩礦量為4.64 t/m。

1.3 采場落礦存在的問題及原因

現(xiàn)場調(diào)查和統(tǒng)計結(jié)果表明，1102-1103采場中深孔鑿巖爆破存在的主要問題有以下4個方面。

a.眉線破壞嚴重。斷層、節(jié)理、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造是導致眉線破壞的主要原因，次要原因是落礦工藝參數(shù)、巷道掘進支護以及回采順序不合理等，具體分析如下：

(a)巷道的成形狀況差。長安礦段巷道掘進時周邊眼布置偏少，巷道斷面超欠挖嚴重，頂板高低不平，未形成拱形。

(b)礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育、穩(wěn)固性較差。礦體靠近F6斷層，松軟破碎，頂板滲水、滴水現(xiàn)象嚴重，受爆破振動影響，眉線附近頂板失穩(wěn)垮落。

(c)1524分段位于露天坑底，礦體節(jié)理裂隙發(fā)育，加之爆破震動和爆轟氣體的作用，頂板極易冒落，冒落后的頂板多呈不規(guī)則的三角形。

(d)回采進路一般不支護，靠近F6斷層附近巷道頂板爆破后垮落較多，導致眉線破壞。

(e)裝藥參數(shù)不合理，炮孔裝藥量偏大，孔口爆炸能量集中，爆破對后排炮孔影響較大。

b.爆破工藝不合理。起爆雷管放在炮孔底部，采用孔內(nèi)全長導爆索+導爆管起爆，由于導爆索的傳爆速度遠大于導爆管，使得導爆雷管失去了作用，實際上變成了孔口起爆，爆破效果差，導爆索成本較高。

c.據(jù)統(tǒng)計，1102采場一次炸藥單耗為0.56 kg/t，與類似礦山[8-9]的0.3～0.4 kg/t相比，明顯偏高；主要原因是分段高度、進路間距以及排距、孔底距偏小，裝藥系數(shù)高達0.83～0.85，炮孔與自由面或孔隙貫通等。

d.每米炮孔崩礦量偏小，采場結(jié)構(gòu)參數(shù)偏小，1 500 m中段分段高度8 m，進路間距8.3 m，分段高度和進路間距均偏小。

2 中深孔鑿巖爆破工藝參數(shù)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化措施

結(jié)合礦巖物理力學性質(zhì)和礦山實際[10-11]，提出如下優(yōu)化措施：

a.增大分段高度和進路間距。綜合礦床賦存條件和鑿巖設備等，1 500 m以下分段高度增至10 m，進路間距調(diào)整為10.0～12.5 m。

b.適當增加掘進時周邊眼的數(shù)量，改善巷道成形狀況。南部F6斷層破碎帶附近區(qū)域，采用光面爆破，對炮眼布置、裝藥系數(shù)、起爆順序、炮孔堵塞等進行優(yōu)化設計，保證巷道施工質(zhì)量。

c.及時支護、分級支護，減少裸巷暴露時間，提高巷道頂板的穩(wěn)定性。根據(jù)巖石力學試驗、巖體質(zhì)量分級結(jié)果，參照已有支護的效果，可采用錨噴網(wǎng)為主、U型鋼支架為輔的支護形式。

d.減少爆破震動對頂板的破壞。根據(jù)礦石堅固性系數(shù)和可爆性確定炸藥單耗，按炸藥單耗優(yōu)化落礦參數(shù)，根據(jù)一次炸藥單耗優(yōu)選孔網(wǎng)參數(shù)。在設計和施工過程中，根據(jù)不同區(qū)域礦體，選用不同的鑿巖爆破參數(shù)。根據(jù)前期爆破效果，適當增大排距和孔底距。炮孔直徑保持為58 mm，排距增大至1.7～1.8 m；保持崩礦步距為1.5 m，炮孔直徑減小至55 mm；適當增大孔底距，可取1.5～2.5 m。硬巖段，排距為1.5 m、孔底距為1.5～2.2 m；破碎段，排距為1.7～1.8 m、孔底距為1.7～2.5 m。

e.加強中深孔施工管理，提高炮孔質(zhì)量。加強現(xiàn)場施工管理，建立和執(zhí)行中深孔驗收制度。炮孔深度誤差控制在±0.5 m，偏斜度控制在±2°，孔底距誤差控制在±0.5 m。對驗收不合格的炮孔，應根據(jù)現(xiàn)場情況及時補孔，確保炮孔鉆鑿質(zhì)量。

f.孔口交錯裝藥。嚴格孔口部分的裝藥量，以保護眉線。為避免因扇形炮孔孔口附近裝藥量過于集中而產(chǎn)生過粉碎和眉線破壞現(xiàn)象，在孔口部分采用交錯裝藥結(jié)構(gòu)，邊孔和中心孔的堵塞長度為1.5～4.0 m，除邊孔和中心孔裝藥量較大外，其余各孔均交錯增加填塞長度(見圖1)，孔口用炮泥裝填，長度不小于200 mm。如礦石可爆性較好，裝藥系數(shù)取0.70～0.75，減小孔口炸藥密度。

g.取消孔內(nèi)敷設的導爆索，采用非電導爆管起爆。一般每次爆破1排，孔底可布置2發(fā)導爆雷管，采用導爆雷管+起爆彈的孔底起爆方式。礦石合格塊度小于400 mm，大于400 mm的大塊在采場中用人工或炸藥進行二次破碎。

h.排內(nèi)炮孔采用微差爆破，減少同時起爆藥量。如礦石破碎，為保護眉線，應采用分段微差爆破，減少同段爆破藥量。

圖1 孔口交錯裝藥

2.2 鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 最小抵抗線

最小抵抗線計算式為

(1)

式中：d為炮孔直徑， 取0.058 m；Δ為裝藥密度，取950 kg/m3；τ為深孔裝藥系數(shù)， 取0.7～0.8；m為炮孔密集系數(shù)，取1.0；q為一次炸藥單耗，取0.8 kg/m3。

由式(1)計算得W=1.48～1.58 m。

根據(jù)經(jīng)驗公式得礦石堅固性系數(shù)f=9.8，W=30d=30×0.058=1.74 m。

參考礦山資料，孔徑為50～60 mm，W=1.2～1.6 m。

根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場爆破效果，中深孔排距取1.5～1.8 m。1 500 m中段扇形孔裝藥及導爆雷管布置如表1所示。

表1 扇形孔裝藥及導爆雷管布置

2.2.2 一次炸藥單耗

分段高度為8 m，進路間距為8.3 m，巷道斷面尺寸為2.6 m×2.6 m。排距為1.5 m時，每排炮孔崩礦量(B)為244.57 t；排距為1.7 m時，B為277.18 t。

每米炮孔裝藥量的計算式為

(2)

孔徑為58 mm時，每米炮孔裝藥量(Q1)為2.508 7 kg；孔徑為55 mm時，Q1為2.255 9 kg；孔徑為50 mm時，Q1為1.864 4 kg。

每排炮孔裝藥量計算式為

Q=Q1Lη，

(3)

式中：L為每排炮孔總長度，取48.27 m；η為裝藥系數(shù)。

每排炮孔裝藥量計算結(jié)果見表2。

表2 每排炮孔裝藥量

一次炸藥單耗計算式為

(4)

根據(jù)式(4)，在孔徑為50～58 mm、排距為1.5～1.7 m、裝藥系數(shù)為0.720～0.776條件下的一次炸藥單耗計算結(jié)果見表3。

表3 一次炸藥單耗 單位：kg/t

孔徑為58 mm、排距為1.5 m、裝藥系數(shù)超過0.75時，眉線破壞嚴重(見圖2)。因此，孔徑為58 mm時，建議裝藥系數(shù)取0.70～0.75。

圖2 1527分段1102采場眉線破壞情況

孔徑為58 mm、排距為1.7 m、裝藥系數(shù)超過0.8時，眉線破壞較嚴重；而裝藥系數(shù)在0.72～0.75時，眉線少有破壞(見圖3)。因此，合理的裝藥系數(shù)為0.70～0.75。

孔徑小于50 mm時，炸藥單耗偏?。豢讖酱笥?0 mm時，在裝藥過程中，返粉控制困難。因此，合理的炮孔直徑為50～60 mm。

分段高度為8 m、進路間距為8.33 m、排距為1.5 m時，每米炮孔崩礦量為5.07 t/m；而當排距為1.7 m時，每米炮孔崩礦量為5.74 t/m。

2.3 現(xiàn)場工業(yè)試驗

根據(jù)優(yōu)化后的爆破工藝參數(shù)，在長安礦段1509分段1302-1305采場進行了現(xiàn)場工業(yè)試驗。崩礦排距為1.7 m，孔底距為1.7～2.2 m，最終得到的礦石回采率為85%，貧化率為25%，巷道成形狀況也得到了改善。工業(yè)試驗結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的爆破工藝參數(shù)，能有效保護眉線，未出現(xiàn)立墻，降低了炸藥單耗和大塊率，顯著改善了爆破效果。

3 結(jié)語

a.綜合分析現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果和礦體物理力學性質(zhì)可知，影響長安金礦中深孔鑿巖爆破效果的因素主要是回采進路施工質(zhì)量差、落礦參數(shù)和工藝不適應礦石條件等。

b.提出了增大分段高度、進路間距、崩礦步距，微差爆破、孔底起爆，加強回采進路掘進、支護質(zhì)量，保證中深孔質(zhì)量等措施；根據(jù)現(xiàn)場爆破效果，計算確定了密集系數(shù)、一次炸藥單耗等參數(shù)。

c.在1509分段1302-1305采場進行了現(xiàn)場工業(yè)試驗，結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的爆破工藝參數(shù)，能有效保護眉線，未出現(xiàn)立墻，降低了炸藥單耗和大塊率。