束状孔双漏斗爆破分段采矿法研究.pdf

第 卷第期 年月有色金属工程N o n f e r r o u sM e t a l sE n g i n e e r i n gV o l ,N o A p r i l d o i:/j i s s n 收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目(Y F C )F u n d:T h eN a t i o n a lK e yT e c h n o l o g i e sR&DP r o g r a mo fC h i n a(Y F C )作者简介:陈何(),正高级工程师,主要从事高效采矿技术的研发与应用工作.引用格式:陈何束状孔双漏斗爆破分段采矿法研究J有色金属工程,():C HE N H e S t u d yo nt h eS u b l e v e lM i n i n gW i t hD o u b l eC r a t e r sB l a s t i n go fB u n c h H o l e sJN o n f e r r o u sM e t a l sE n g i n e e r i n g,():束状孔双漏斗爆破分段采矿法研究陈何(矿冶科技集团有限公司,北京 ;国家金属矿绿色开采国际联合研究中心,北京 )摘要:采用束状孔当量球形药包(E S C)漏斗爆破分层落矿,爆破落矿的分层高度为单漏斗爆破的高度,且同一炮孔中需进行多次分层爆破,可造成分层爆破顶板不平整、塌孔等问题.基于束状孔爆破理论,通过现场试验,确定漏斗爆破参数,研发了束状孔双漏斗爆破分段采矿法.该方法矿块中布置平行束状炮孔,炮孔内分上下两层布置药包.药包同时起爆,爆破方向分别指向分段采场上部的凿岩硐室及下部的临空面,实现分段采场组合爆破漏斗水平落矿.一次爆破分段的高度为两组爆破漏斗深度及间隔距离之和.分段高度 m,一次崩落爆破规模达 万t级,矿石回采率,贫化率,大块率,采场生产能力 t/d.该方法解决了爆破过程中炮孔破坏问题,并增加了采场一次爆破的规模,极大提高了采矿效率.关键词:束状孔;当量球形药包;双漏斗组合爆破;分段采矿方法中图分类号:T D 文献标志码:A文章编号:()S t u d yo nt h eS u b l e v e lM i n i n gW i t hD o u b l eC r a t e r sB l a s t i n go fB u n c h H o l e sCHE N H e(B G R I MM T e c h n o l o g yG r o u p,B e i j i n g ,C h i n a;(N a t i o n a lC e n t e r f o r I n t e r n a t i o n a l J o i n tR e s e a r c ho nG r e e nM e t a lM i n i n g,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I n l a y e r e db l a s t i n gw i t hb u n c h h o l e se q u i v a l e n t s p h e r i c a l c h a r g e(E S C),t h e l a y e r e dh e i g h t i s t h eh e i g h to f as i n g l ec r a t e r,a n dp l e n t yo fb l a s t i n ga r er e q u i r e di nt h es a m eb l a s t i n gh o l e,w h i c hc a nc a u s ep r o b l e m ss u c ha su n e v e ns t o p er o o fa n dh o l ec o l l a p s e T h i sp a p e r i sb a s e do nt h et h e o r yo fb u n c h h o l e sb l a s t i n ga n dd e t e r m i n e st h ep a r a m e t e r so f c r a t e rb l a s t i n gt h r o u g ho n s i t ee x p e r i m e n t s,a n dt h es u b l e v e lm i n i n gw i t hd o u b l ec r a t e r sb l a s t i n go fb u n c h h o l e s(B D C)i s d e v e l o p e d I ta r r a n g e s E S C c r a t e r si n t w o l a y e r s T h e s e c h a r g e p a c k s a r e d e t o n a t e ds i m u l t a n e o u s l y,a n dt h eb l a s t i n gd i r e c t i o n sp o i n t t o w a r d s t h ed r i l l i n gc h a m b e r i nt h eu p p e rp a r ta n dt h ef r e ef a c e i nt h e l o w e rp a r t i nt h es t o p e,f o r m i n gac o m b i n e db l a s t i n gc r a t e r s f o r t h e s e g m e n t e do r ec a v i n g T h e s e g m e n t e dh e i g h ti s t h es u mo f t h ec r a t e rd e p t h sa n dt h es p a c i n gd i s t a n c eo f t h e t w oc r a t e r s,a n d i t sh e i g h t i s m T h eb l a s t i n gs c a l e i sa b o u t t,a n dt h er e c o v e r yr a t e ,t h ed i l u t i o nr a t e ,t h eb l o c kr a t e,t h ep r o d u c t i o nr a t e t/d T h em e t h o ds o l v e st h ep r o b l e mo fb o r e h o l ed a m a g ed u r i n gt h eb l a s t i n gp r o c e s sa n di n c r e a s e st h es c a l eo f as i n g l eb l a s t i n g i nt h em i n i n ga r e a,g r e a t l y i m p r o v i n gm i n i n ge f f i c i e n c y K e yw o r d s:b u n c h h o l e s;e q u i v a l e n ts p h e r i c a lc h a r g e(E S C);c o m b i n e d b l a s t i n g o fd o u b l ec r a t e r s;s u b l e v e lm i n i n gm e t h o d大直径深孔采矿效率高,采场生产能力大,在大型矿山广泛应用.大直径地下采 矿方法有V C R法、阶段空场嗣后充填法等,一般采用阶段平行深孔、扇形方式或束状孔形式布置炮孔.这些采矿方有 色 金 属 工 程第 卷法广泛应用于国内外大规模采矿实践 .深孔阶段空场采矿在落矿前需进行切割井、切割槽的低效率辅助工程作业.同时,在矿房回采过程中,爆破对周边矿岩造成较大损伤,使得二步骤回采时安全性差、效率低、成本高,矿石资源损失量大.球形药包爆破 能 较 好 地 利 用 爆 破 能 量 ,爆 破 效 果 好.V C R采矿方法,即采用多个球形药包爆破,实现分层落矿,不需要竖向切割工程,但落矿分层低.需使用特殊的炸药,成本高.束状孔当量球形药包爆破,采用普通工业炸药,实现高分层落矿.阶段采矿采用束状孔当量球形药包(E S C)漏斗爆破分层落矿,爆破落矿的分层高度为单漏斗爆破的高度,爆破规模较小.且同一炮孔中需进行多次分层爆破,可造成塌孔、分层爆破顶板不平整、后续爆破炮孔堵塞困难等问题.对于大规模开采,采矿效率仍是需要解决的难题.本文基于束状孔爆破理论,构建束状孔双漏斗爆破模型,确定漏斗爆破参数,研发束状孔双漏斗爆破分段采矿法,通过现场试验,实现超大规模采场采矿.束状孔当量球形药包爆破技术原理 束状孔当量球形药包束状深孔爆破是由数个间距为倍孔径(d)的密集平行深孔组成一束孔,束孔装药同时起爆,对周围岩体的作用视同一个更大直径炮孔(当量大孔)的装药的爆破作用.N个直径为d的单孔所组成的束孔,束状孔当量球形药包定义:le/D()式中,le为药包的长 度,等效单孔 直 径DNd,N.束状孔爆破效应是在适当炮孔间距条件下,束状孔爆破形成的复合应力波具有较高压力、较长作用时间、更大爆腔的准静压力作用等效应,产生比当量大孔增强的破岩作用.其增强作用机理为:过粉碎能耗降低、复合应力波诱导增强破岩、形态转化与增强破岩作用、增强约束等作用 .束状孔双漏斗爆破束状孔双漏斗爆破模型见图.在分段中布置两组E S C炮孔,分上下两层布置药包,形成组合爆破漏斗.药包埋深按最佳埋深确定.药包同时起爆,爆破漏斗一组指向临空面A、一组指向临空面B.由于爆破的共同作用,一次爆破分段的高度为两组爆破漏斗与间隔距离之和.)束状孔最佳埋深:WjjE Q/jE(nDle)/()式中,j为最佳埋深比,Q为装药量,E为应变能系数,le为装药长度,束状炮孔的当量大孔直径Dn d,d为炮孔直径,n为束状孔炮孔数,为炸药密度.图束状孔双漏斗爆破模型F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo fd o u b l ec r a t e r sb l a s t i n gm o d e l o fb u n c h h o l e s)不同埋深条件下,炸药爆破效率:ViVm a x()式中,Vi为不同埋深下爆破漏斗体积;Vm a x为最佳埋深下爆破漏斗体积.最佳埋深时炸药爆破效率为.爆破漏斗曲线函数,表征了不同埋深比与单位炸药破碎岩石的体积V/Q的关系,炸药爆破效率亦可表示为:f i()ae(ib)c()式中,iW/Wj.当岩石条件、炸药类型、炸药量均相同时,爆破效率只与埋深相关.参数a表示高斯函数的极值,爆破漏斗拟合曲线中表示最大的爆破漏斗体积(单位炸药消耗);参数b表示高斯函数的对称轴的位置,在爆破拟合曲线中表示药包的最佳埋深比;参数c表示高斯函数的陡峭程度,c越小表示函数越陡,c越大表示高斯函数越平缓.在爆破拟合曲线中表示炸药能量利用效率的集中程度.W为药包埋深.由系列爆破漏斗试验,得到爆破效率函数.当药包数为(药包长径比为)时,其等效炸药比 .当药包数为(药包长径比为)时,其等效炸药比 ,其爆破效率 ,可作为球形药包.)双漏斗爆破分段高度爆破漏斗高度按下式确定:W le/Wj()第期陈何:束状孔双漏斗爆破分段采矿法研究分段高度HW L s()式中,L s为双漏斗间距,L s()W.束状孔双漏斗爆破分段采矿法技术方案束状孔双漏斗爆破分段采矿方法是基于E S C漏斗爆破大量落矿的采矿方法.采用分段凿岩,束状孔双向组合漏斗爆破方式落矿,阶段放矿.适用于矿岩稳固较稳固、厚大矿体、中厚急倾斜矿体的高效开采.采准工程布置采矿方法见图.根据矿体的形态,将矿体划分为盘区,盘区内划分矿块.矿块划分为矿房与间柱.盘区内间隔 m布置一条出矿溜井.S u b l e v e l r o a d w a y,D r i l l i n gc h a m b e r,L a r g ed i a m e t e rb u n c h h o l e s,S t o p e,T r e n c hr o a d w a y,D r a w i n gr o a d w a y,C o n n e c t i n gr o a d w a y,P i l l a r,C e m e n t f i l l i n g,S a n df i l l i n g,T r a n s v e r s ed r a w i n gr o a d w a y,O r e p a s s图束状孔双漏斗爆破分段采矿法采矿方法图F i g B D Cm i n i n gm e t h o dd i a g r a m矿块高度为中段高度,矿块高度方向上划分为分段.中段高度 m,分段高度 m.矿块长 m,宽 m.矿块中矿房长 m,矿房宽 m,矿柱宽 m.各分段上部形成凿岩硐室水平.在矿块底部布置出矿巷道,拉底巷道.在拉底巷道中布置拉底切割井与拉底上向中深孔炮孔.在凿岩硐室中,向下钻凿大直径束状孔直到下分段顶板或拉底空间的顶板.回采工艺采用隔一采一的回采步骤,实现采场连续回采.矿块先回采矿房,矿房空区采用胶结充填;后回采间柱,回采后进行低灰砂比胶结充填或水砂充填.回采时,首先拉底.在拉底巷道中,以切割槽为自由面,侧向爆破上向中深孔,形成拉底堑沟结构.然后从下至上回采每一个分段.崩落的矿石从采场下部的出矿巷道运出.完成采场出矿后,对采空区进行胶结充填.爆破:下向炮孔直径为 mm.利用束具有更大当量直径的束状孔的球形药包形成组合漏斗爆破,漏斗深度m;炮孔中部用砂子堵塞分隔上下两段炸药,分隔堵塞长度 m,炮孔孔口、孔底用砂子堵塞,堵塞长度 m.炮孔中部用砂子堵塞分隔的上下两段炸药,分别形成两个束状孔组合漏斗爆破.在爆破时,炮孔中的上下两个束状孔组合漏斗同时起爆.分段崩落束状孔组合漏斗爆破分别指向上部凿岩硐室和下部已采空区两个方向.通风:新鲜风流分别从矿块一侧中段巷道、分段巷道进入采场,从矿块回风侧流出.回采工作面均为贯穿风流通风.出矿:采用m铲运机出矿,矿石运至溜井下放到中段运输巷道.充填:在已采矿房单元内竖向挂设脱水管,并在底部出矿巷道处建充填挡墙;分次向已采矿房单元内充填灰砂比,重量浓度 的分级尾砂胶结充填料.二步骤回采间柱,采用与矿房回采时相同的束状炮孔布置,高分层落矿.出完矿后,即对空场进行充填,充填灰砂比 ,重量浓度 的分级尾砂胶结充填料,或分级尾砂充填.主要技术指标:一次爆破规模 万t,矿石回采率,贫化率,大块率;采场生产能力 t/d.应用案例某特大型铜多金属矿,海拔高度 m.矿体赋存于矽卡岩中,顶板为角岩、板岩及岩脉,底板为碳酸盐岩.岩石完整性较好,节理、裂隙不发育.矿体呈厚板状,厚度 m,局部为极厚大矿体.矿体倾角变化大,上部倾角大于 为急倾斜矿体,有 色 金 属 工 程第 卷下部为近水平、缓倾斜矿体,矿区总体以缓倾斜矿体为主.矿区海拔高度大,空气稀薄,采矿作业环境差.地表不允许塌陷及较大变形.采准布置与回采设计采用束状孔高分段空场嗣后充填采矿方法开采,阶段高 m,分段高 m.矿块长 m,宽 m,矿块中矿房长 m,矿房宽 m,间柱宽 m,盘区柱宽 m.回采时,先采矿房,矿房空区胶结充填,然后回采间柱,间柱采空区水砂充填.矿房回采:在矿块的各分段开挖一个凿岩硐室;在凿岩硐室中,向下钻凿 mm大直径束状孔直到下分段顶板或拉底空间的顶板;在矿块底部开挖出矿巷道,在矿块底部拉底,拉底高度 m,形成拉底空间.然后从下至上崩落每一个分段.在分段凿岩硐室的每个炮孔中分上下两段耦合装药,炮孔中部用砂子堵塞(m)分隔上下两段炸药.炮孔孔口、孔底用砂子堵塞,堵塞长度m;采用E S C药包双向组合漏斗爆破实现分段一次性落矿;崩落的矿石从采场下部的巷道运出.分次向已采矿房单元内充填灰砂比,重量浓度 的分级尾砂胶结充填料,充填直至采场顶部.当矿房采场充填结束,充填体养护时间 d时,进行间柱采场的回采;间柱采场的回采工艺与矿房采场的回采工艺相同.分次向已采间柱单元内充填重量浓度 的分级尾砂充填料.充填直至采场顶部.采场回采采场凿岩水平位于 m中段,从原采准巷道工程掘进联络道至试验采场凿岩硐室两端,凿岩硐室宽 m,高度为 m,硐室中央预留宽m、长 m的临时条柱,硐室顶板采用锚索喷浆支护.出矿水平位于 m中段,在相邻矿柱采场内布置双侧出矿穿脉.采用S i m b a 型潜孔凿岩台车,在凿岩硐室施工下向大直径深孔至受矿硐室顶板.钻孔直径 mm.炮孔采用个炮孔束状孔与双孔周边孔的布置形式.采场爆破参数的确定:根据爆破漏斗试验,确定了最佳埋深、束间距及爆破炸药单耗等参数.爆破漏 斗 试 验 中,药 量Qk g,临 界 埋 深LN m,a ,b ,c .j ,E .采用乳化硝酸铵炸药,个 mm炮孔组成束状孔.束状孔等效单孔直径D m,装药长度le m,装药量Q k g.由式()得出Wj m,由式()得出爆破漏斗高度W m,由式()得出L s m,H m.采场共爆破次,其中分段爆破次,揭顶爆破次.分段爆破高度为 m,揭顶爆破高度为 m.堑沟拉底高度 m.采用T o r o E电动铲运机出矿.采场从下至上,充填配比为,充填高度为m;充填配比为 ,充填高度为 m.采场大直径深孔爆破矿量共计 万t,炸药单耗 k g/t.束状孔双漏斗爆破分段采矿方法,集中布置出矿巷道,一次完成分层凿岩.采场回采作业条件好.一次爆破落矿量大,采场实现大量出矿,生产能力高.在铜坑矿复杂难采矿体开采、凡口矿束状孔采矿中得到推广应用,解决了规模化采矿的技术难题.主要技术经济指标束状孔双漏斗爆破分段采矿法与束状孔分层落矿采矿方法的主要技术经济指标比较见表.表主要技术经济指标比较T a b l eT h ec o m p a r i s o no fm a i nt e c h n i c a l a n de c o n o m i c i n d i c a t o r sI n d e xS u b l e v e lm i n i n gw i t hd o u b l ec r a t e r sb l a s t i n go fb u n c h h o l e sS u b l e v e lm i n i n gw i t hc r a t e r sb l a s t i n go fb u n c h h o l e sA p e r t u r e mm,e q u i v a l e n t l a r g eh o l e mm mm,e q u i v a l e n t l a r g eh o l e mmH o l ed e p t hG e n e r a l mG e n e r a l mB u n c h h o l e ss p a c i n gmmA r r a n g e m e n to fb l a s th o l e sV e r t i c a l p a r a l l e lV e r t i c a l p a r a l l e lE x p l o s i v e t y p eO r d i n a r y i n d u s t r i a l e x p l o s i v e sO r d i n a r y i n d u s t r i a l e x p l o s i v e sB l a s t i n gd i r e c t i o nS u b l e v e l b l a s t i n gf r o mb o t t o mt ot o pS u b l e v e l b l a s t i n gf r o mb o t t o mt ot o pL a y e r e dh e i g h to fb l a s t i n g mmB l a s t i n go r eq u a l i t yp e rm e t e r h o l e t/m t/mB l o c kr a t eS p e c i f i cc h a r g e k g/t k g/tD i l u t i o nr a t eL o s s r a t e P r o d u c t i o nc a p a c i t yo f s t o p e t/d t/d第期陈何:束状孔双漏斗爆破分段采矿法研究束状孔双漏斗爆破分段采矿法较束状孔分层落矿采矿方法落矿高度提高倍,采场生产能力提高 .结论试 验 表 明,按 药 包 最 佳 埋 深WjjE(nDle)/,爆破漏斗高度W le/Wj,爆破分段高度HW L s确定的束状孔双漏斗爆破参数是合理的;在爆破落矿时,炮孔中的上下两个束状孔组合漏斗同时起爆.分段崩落束状孔爆破漏斗分别指向上部凿岩硐室和下部已采空区,不需要形成竖向切割槽,减少切割工程量.同一炮孔中仅进行一次爆破,保障了炮孔堵塞质量、装药结构的准确实施,提高了爆破的可靠性;矿块分段高度 m,一次爆破规模 万t,矿石回采率 ,贫化率 ,大块率 ;采场生产能力 t/d.该采矿法采矿效率高.参考文献:孙忠铭,刘庆林,余斌,等地下金属矿山大直径深孔采矿技术M北京:冶金工业出版社,S UNZ h o n g m i n g,L I U Q i n g l i n,YU B i n,e ta l M i n i n gt e c h n o l o g yo f l a r g ed i a m e t e rd e e ph o l e i nu n d e r g r o u n dm e t a lm i n e sM B e i j i n g:M e t a l l u r g i c a l I n d u s t r yP r e s s,冯盼学,解联库,万串串,等高海拔地下金属矿大规模安全采矿技术及应用J有色金属(矿山部分),():F E N GP a n x u e,X I EL i a n k u,WAN C h u a n c h u a n,e ta l L a r g es c a l ea n ds a f em i n i n gt e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o ni n u n d e r g r o u d m e t a l m i n e a t h i g h a l t i t u d eJN o n f e r r o u sM e t a l s(M i n i n gS e c t i o n),():万串串,郭建伟,解联库,等大直径束孔高分段空场嗣后充填采矿法在西藏甲玛矿的应用研究J,有色金属工程,(增刊):WANC h u a n c h u a n,GUOJ i a n w e i,X I E L i a n k u,e ta l A p p l i c a t i o nr e s e a r c ho nl a r g e d i a m e t e rb u n d l eb l a s t h o l e sh i g h s u b l e v e l c u t a n df i l lm i n i n gm e t h o do f j i a m am i n ei nt i b e tJ N o n f e r r o u s M e t a l s E n g i n e e r i n g,(S u p ):P E N GJ Y,Z HANG F P,DU C,e ta l E f f e c t so fc o n f i n i n g p r e s s u r e o n c r a t e r b l a s t i n g i n r o c k l i k em a t e r i a l su n d e r e l e c t r i c e x p l o s i o n l o a dJ I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g,:Z HU Z N u m e r i c a lp r e d i c t i o no fc r a t e rb l a s t i n ga n db e n c h b l a s t i n gJ I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f R o c kM e c h a n i c s a n d M i n i n g S c i e n c e s,():陈何,汪旭光束状孔爆破增强破岩作用机理研究J有色金属工程,():C H E NH e,W A N G X u g u a n g S t u d yo nb l a s t i n ge f f e c t a n ds t r e n g t h e n i n gf r a g m e n tm e c h a n i s mo fb u n c h h o l e sJN o n f e r r o u sM e t a l sE n g i n e e r i n g,():陈何,万串串,王湖鑫束状孔当量球形药包爆破漏斗的模型研究J金属矿山,():CHE N H e,WAN C h u a n c h u a n,WANG H u x i n S t u d yo nb l a s t i n gc r a t e r m o d e lo ft h ee q u i v a l e n ts p h e r i c a lc h a r g eo fb u n c h h o l e sJ M e t a lM i n e,():陈何柱状药包爆破漏斗效率函数及其等效爆破作用J有色金属(矿山部分),():CHE N H e E f f i c e n c yf u n c t i o na n de q u i v a l e n tb l a s t i n ge f f e c to fc o l u m nc h a r g ec r a t e rJ N o n f e r r o u s M e t a l s(M i n i n gS e c t i o n),():陈何,王湖鑫,原野,等一种分段采矿方法P中国:Z L C H E N H e,W A N G H u x i n,Y UA N Y e,e ta l As u b l e v e lm i n i n gm e t h o dP C h i n a:Z L 陈何,姚根华,王湖鑫,等地下金属矿山复杂难采二步资源大规模采矿技术J有色金属工程,(增刊):CHE N H e,YAOG e n h u a,WAN G H u x i n,e ta l L a r g e s c a l em i n i n g t e c h n o l o g y f o r c o m p l i c a t e da n dd i f f i c u l t t oe x p l o i tr e s o u r c ei n u n d e r g r o u n d m e t a l m i n e sJN o n f e r r o u sM e t a l sE n g i n e e r i n g,(S u p ):