束狀孔替換球形藥包采礦新技術(shù)

豐湖山礦區(qū)具有復(fù)雜的開采技術(shù)條件，如水井（1000m）、高應(yīng)力（38mpa）、高溫（39c）、高硫（平均17.6%）和巖爆傾向。這是中國(guó)第一個(gè)大型開采（設(shè)計(jì)1000噸和d）金屬礦床。為實(shí)現(xiàn)冬瓜山礦床安全、高效和低成本開采,銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研院所進(jìn)行了“十五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目“深井高應(yīng)力高溫銅礦床開采綜合技術(shù)研究”,其中“束狀孔當(dāng)量球形藥包大量落礦采礦技術(shù)”作為采場(chǎng)爆破工藝研究專題,由北京礦冶研究總院為責(zé)任單位聯(lián)合業(yè)主單位共同完成。該技術(shù)自2005年8月31日在冬瓜山52-2#采場(chǎng)首次成功實(shí)施以來(lái),至今已在多個(gè)采場(chǎng)順利實(shí)施。憑借其良好的安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性,該技術(shù)目前正在冬瓜山銅礦推廣應(yīng)用。1束狀孔落礦技術(shù)根據(jù)礦床開采技術(shù)條件,冬瓜山采用高效率的階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法。當(dāng)?shù)V體厚度大于30m時(shí),采用大直徑垂直深孔落礦,深孔鑿巖硐室布置在頂板礦體內(nèi),中深孔拉底巷道布置在底板圍巖中。為避免下向大直徑深孔過(guò)深,局部礦體厚度較大的部位,采場(chǎng)在垂直方向上布置二層鑿巖硐室,或在拉底水平采用上向中深孔進(jìn)行高分層拉底,使深孔一般不大于50m為宜。當(dāng)?shù)V體厚度小于30m時(shí),采用扇形中深孔落礦。沿礦體走向每100m劃分一個(gè)盤區(qū),相鄰盤區(qū)間留有18m寬的隔離礦柱。盤區(qū)內(nèi)采場(chǎng)沿礦體走向布置,使采場(chǎng)長(zhǎng)軸方向與最大主應(yīng)力方向呈小角度角相交,讓采場(chǎng)處于較好的受力狀態(tài),以利于控制巖爆。采場(chǎng)寬18m,礦房采場(chǎng)長(zhǎng)82m,礦柱采場(chǎng)長(zhǎng)78m。采場(chǎng)按照隔一采一的順序,分礦房、礦柱兩步驟回采,第1步驟回采礦房,嗣后尾砂膠結(jié)充填;第2步驟回采礦柱,嗣后全尾砂充填。崩落下的礦石用約6.12m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)裝卸入盤區(qū)溜井,再用20t電機(jī)車雙機(jī)牽引10m3底側(cè)卸式礦車運(yùn)輸。束狀孔落礦新技術(shù)在冬瓜山的應(yīng)用,完全是在保持上述既定采礦方法和采準(zhǔn)系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,僅僅對(duì)大孔鑿巖硐室的形式進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化。大孔鑿巖硐室見(jiàn)圖1所示。2落葉采礦方案2.1束孔直徑d的確定束狀深孔爆破是以數(shù)個(gè)密集平行深孔形成共同應(yīng)力場(chǎng)的作用機(jī)理為基礎(chǔ)的深孔爆破技術(shù),即由數(shù)個(gè)間距為3～8倍孔徑的密集平行深孔組成一束孔,束孔(直徑d)裝藥同時(shí)起爆,對(duì)周圍巖體的作用視同一個(gè)更大直徑炮孔(等效直徑D)的裝藥爆破的作用。與單孔爆破不同,束孔爆破形成的共同應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力波具有一定的厚度,應(yīng)力波峰值作用于巖石的時(shí)間更長(zhǎng)、沖量更大、有效作用范圍更廣,因此爆破效果更好。N個(gè)直徑為d的炮孔所組成的束孔,其所等效的更大炮孔直徑D按下式計(jì)算:采用5個(gè)直徑為165mm的大直徑深孔組成束孔,其等效直徑D=369mm。根據(jù)抵抗線W與炮孔直徑D的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式,結(jié)合所進(jìn)行的高應(yīng)力巖體在爆破載荷作用下徑向裂隙延伸與主應(yīng)力方向的關(guān)系、巖體的附加強(qiáng)度、束狀孔等效應(yīng)力場(chǎng)、漏斗爆破模擬試驗(yàn)等一系列基礎(chǔ)理論試驗(yàn)研究的結(jié)果,同時(shí)考慮炮孔傾斜因素,最終束間距和采場(chǎng)邊幫雙密集孔間距取7.0m,端幫單孔間距取3.6m。束孔內(nèi)相鄰兩個(gè)孔的間距為0.825m,即每束孔為邊長(zhǎng)0.825m的正五邊形。束狀孔布置見(jiàn)圖1(b)所示。2.2落葉采礦方案2.2.1連續(xù)裝乳化高段設(shè)備根據(jù)爆破分層高度的不同,裝藥結(jié)構(gòu)也有差異。一般7m分層爆破時(shí),首先采用砼制堵孔塞在距孔底0.5m處堵孔,接著填充2.5m河砂,然后在砂面上連續(xù)裝4m高(約8條)條狀乳化炸藥。炸藥采用雙導(dǎo)爆索孔內(nèi)全長(zhǎng)起爆的方式起爆,即將雙導(dǎo)爆索綁扎于首條乳化炸藥上,下放至孔底,孔口固定后再裝填乳化炸藥至設(shè)計(jì)高度。最后填充3.0m高的河砂。12～14m破頂時(shí),所有孔底均用砼制堵孔塞堵孔后填充1.5m河砂,孔口均填充2.5m高的河砂。不同之處在于,非首爆束狀孔中間是連續(xù)裝藥,首爆的兩束孔中間間隔0.5m河砂,雙密集孔中間間隔1.0～2.0m河砂。束狀孔裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。2.2.2同段爆爆的爆破距孔口約10cm處,在每個(gè)孔的孔口雙導(dǎo)爆索上綁扎兩發(fā)非電毫秒雷管,然后將雷管的導(dǎo)爆管腳線綁扎到主導(dǎo)爆索上。為增加起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性,減小同段雷管間的誤差造成的影響,前期爆破時(shí),還將每束5個(gè)孔的孔口導(dǎo)爆索按照同一方向聯(lián)結(jié)到其外圍的導(dǎo)爆索圈上,再在導(dǎo)爆索圈上同向?qū)ΨQ綁扎兩發(fā)導(dǎo)爆管雷管,其腳線也綁扎到主導(dǎo)爆索上。爆破時(shí),中間兩束孔首先同段起爆,兩側(cè)依次微差滯后起爆,邊幫雙密集孔落后中間孔起爆。束狀孔起爆網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖3所示。2.2.3分層爆破,降低爆破總藥量除破頂厚度12～14m之外,其余爆破分層高度均設(shè)計(jì)為7m。為減小每次爆破尤其是破頂爆破的總藥量,每次分層爆破只放采場(chǎng)總長(zhǎng)度的一半。實(shí)際設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí),每個(gè)采場(chǎng)具體的落礦方案須根據(jù)其高度和頂板形態(tài)做出相應(yīng)調(diào)整。3大參數(shù)束間距非束狀孔爆破技術(shù)束狀孔當(dāng)量球形藥包大量落礦采礦新技術(shù),是以L·利文斯頓球形藥包爆破漏斗理論和數(shù)個(gè)密集平行深孔形成共同應(yīng)力場(chǎng)的作用機(jī)理為基礎(chǔ)而發(fā)展的VCR大直徑深孔采礦方法。它具有綜合利用炸藥能量的最優(yōu)條件,既能發(fā)揮垂直深孔球形藥包能量利用率高、破巖效果好的優(yōu)點(diǎn),又能克服其成本高、采準(zhǔn)量大和采場(chǎng)地壓管理復(fù)雜的缺點(diǎn),具有良好的安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性,是地下大直徑深孔采礦領(lǐng)域頗具競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)新技術(shù)。該技術(shù)榮獲2006年度中國(guó)有色金屬協(xié)會(huì)科技進(jìn)步2等獎(jiǎng)。與傳統(tǒng)的采礦方法相比,該技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn):一是采用大參數(shù)束間距,鑿巖硐室可以布置成鑿巖巷道的形式,鑿巖水平可以留有大尺寸的齒狀礦柱,掘進(jìn)和鑿巖量少,頂板暴露面積和支護(hù)量小,作業(yè)安全性好,采場(chǎng)管理簡(jiǎn)單。二是采用高分層和厚大破頂爆破,完全避免了切割井、拉槽等作業(yè)效率較低的輔助工作,爆破總次數(shù)大大減少,爆破準(zhǔn)備和對(duì)其它作業(yè)的影響時(shí)間大大降低,提高了采場(chǎng)的爆破效率、生產(chǎn)能力和采礦強(qiáng)度,縮短了采場(chǎng)生產(chǎn)周期,保證了采場(chǎng)大量連續(xù)崩礦作業(yè)。三是采用束狀孔大參數(shù)布孔方式,使爆破裝藥的約束條件得到改善,從而可以采用無(wú)特殊性能要求的普通低成本炸藥進(jìn)行爆破作業(yè),提高了每米崩礦量,降低了炸藥單耗和大塊產(chǎn)出率,保證了邊幫和直接頂板的完整性及穩(wěn)定性。采用束狀孔和非束狀孔爆破時(shí),單個(gè)采場(chǎng)有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1、表2(大孔平均孔深取35m)。當(dāng)然,該技術(shù)鑿巖硐室總的掘進(jìn)量雖小,但其齒狀硐室的施工要求和施工難度較高,不利于無(wú)軌掘進(jìn)設(shè)備效率的發(fā)揮。同時(shí),由于束狀孔間距很近,其施工要求更高,施工難度也更大。此外,相比于非束狀孔的逐孔爆破技術(shù),該技術(shù)每次爆破總藥量和單響藥量較大,對(duì)爆破沖擊波和地震波的防護(hù)要求更高,不利于井下工程和采場(chǎng)頂幫板的穩(wěn)定與維護(hù)。4局部垮冒爆破質(zhì)量控制為保證該技術(shù)良好的安全性、經(jīng)濟(jì)性和高效性,實(shí)施過(guò)程中必須把握以下要領(lǐng):(1)從掘進(jìn)施工、硐室實(shí)測(cè)、布孔設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)放點(diǎn)和束孔施工等環(huán)節(jié)入手,努力提高束孔鑿巖精度。尤其是開孔位置要準(zhǔn)確,束孔偏斜率力求控制在1%以內(nèi)。否則,需重新增補(bǔ)孔。(2)要保證爆破設(shè)計(jì)所依據(jù)的束孔實(shí)測(cè)資料的“新”和“準(zhǔn)”。由于采場(chǎng)頂板暴露面積大,加之受地應(yīng)力變化、礦巖構(gòu)造和周邊爆破震動(dòng)等因素影響,采場(chǎng)頂板實(shí)際總是處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中,局部垮冒在所難免,因而每次爆破都必須依據(jù)最“新”的實(shí)測(cè)孔深。受測(cè)量手段限制,目前我們所采用的測(cè)繩下系石塊或木棍的方法受孔底空間狀態(tài)、孔壁破碎狀況和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)影響較大,測(cè)量時(shí)要仔細(xì)操作,認(rèn)真體驗(yàn),以保證實(shí)測(cè)孔深的準(zhǔn)確性。(3)為防止爆轟氣體過(guò)早溢散,保證炸藥反應(yīng)完全,提高炸藥能量利用率,裝藥時(shí)必須保證孔底和孔口的填塞位置、填塞長(zhǎng)度和填塞質(zhì)量。(4)藥面標(biāo)高尤其是上終止藥面的標(biāo)高一定要控制好,以保證良好的爆破效果,同時(shí)為下一次爆破創(chuàng)造良好的裝藥條