束状孔分层落矿采矿方法研究.pdf

第14卷第2 期2024年2 月doi:10.3969/j.issn.2095-1744.2024.02.015有色金属工程Nonferrous Metals EngineeringVol.14,No.2February2024束状孔分层落矿采矿方法研究陈何（1.矿冶科技集团有限公司，北京10 2 6 2 8；2.国家金属矿绿色开采国际联合研究中心，北京10 2 6 2 8)摘要：针对球形药包分层崩落采矿法落矿分层厚度小、采场生产能力较低的问题，基于束状孔爆破理论，研发束状孔分层落矿采矿方法。束状孔爆破具有增强破岩作用的爆破效应。45个炮孔组成的束状孔，采用当量球形药包装药，爆破分层高度为单孔球形药包爆破的2 3 倍。束状孔分层落矿采矿方法采用束状深孔当量球形药包漏斗爆破，束状炮孔间距7 8 m，采用普通工业炸药爆破。每次分层爆破落矿高度5 8 m，贫化率8%，损失率10%，大块率 5%，采场生产能力18 0 0 2 40 0 t/d。与单孔球形药包爆破VCR法比较，大块率降低10%2 0%，采场生产能力提高1倍以上。束状孔分层落矿采矿方法是一种适用于厚大矿体、中厚急倾斜矿体的大规模高效开采方法。关键词：束状孔分层落矿采矿方法；当量球形药包；漏斗爆破；分层爆破；大规模采矿中图分类号：TD853；T D 8 53.3 2Research on the Bunch-holes Crater Retreat Mining Method文献标志码：A文章编号：2 0 95-17 44(2 0 2 4)0 2-0 114-0 5CHEN He(1.BGRIMM Technology Group,Beijing 102628,China;2.National Center for International Joint Research on Green Metal Mining,Beijing 102628,China)Abstract:In response to the problem of small layered thickness and low production capacity of the subleve cavingmining with spherical charge,based on the theory of bunch-holes blasting,the bunch-holes crater retreat miningmethod(BCR)is developed.Bunch-holes blasting has the enhancing rock breaking effect.When using equivalentspherical charge(ESC)of a bunch-holes with 4-5 holes,the blasting layering height is 2-3 times that of a singlehole.The BCR mining method uses equivalent spherical charge(ESC)crater for blasting with deep bunch-holes,andthe spacing between bunch-holes is 7-8 m,and the ordinary industrial explosives are used.Each layered blasting hasa height of 5-8 m.The dilution rate is 8%,the loss rate is 10%,the large block rate5%and the productioncapacity is 1 800-2 400 t/d.Compared with the single hole spherical charge blasting VCR method,the large blockrate is reduced by 10%-20%,and the stope production capacity is increased by more than twice.BCR miningmethod is a large-scale and efficient mining method suitable for thick and large ore bodies,medium thick and steeplyinclined ore bodies.Key words:BCR mining method;equivalent spherical charge(ESC);crater blasting;layered blasting;large-scale mining现代采矿工业以大规模高效开采为主要技术特征，为社会经济持续发展提供资源保障。大规模高效开采大都以大尺度采场为回采单元，实现单位面积上的超强度回采。坚硬稳固矿体大规模采矿均采收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 1基金项目：国家重点研发计划项目（2 0 2 2 YFC2903804）Fund:The National Key Technologies R&D Program of China(2022YFC2903804)作者简介：陈何（196 4一），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.束状孔分层落矿采矿方法研究 J有色金属工程，2 0 2 4，14（2）：114-118.CHEN He.Research on the Bunch-holes Crater Retreat Mining MethodJJ.Nonferrous Metals Engineering,2024,14(2):114-118.第2 期用大直径深孔爆破强制崩落的方式落矿。采矿方法主要有无底柱分段崩落采矿法、阶段空场采矿法、阶段强制崩落采矿法和空场嗣后充填采矿法等 1-2。国外的超级地下金属矿山一般采用阶段高度大于10 0 m的空场采矿法、阶段空场嗣后充填法、分段凿岩阶段出矿采矿法或阶段崩落采矿法进行开采。如澳大利亚芒特一艾萨多金属矿采用阶段空场嗣后充填的二步骤采矿方法；瑞典基律纳高分段无底柱崩落法等。我国大规模开采矿山广泛应用大直径深孔采矿法。凡口铅锌矿最早成功试验应用了VCR采矿法、狮子山铜矿研究采用垂直深孔多排同段挤压崩矿技术，实现了大量落矿，连续出矿和连续运输的机械化作业，大幅度地提高了采矿强度和工效，降低了采矿成本。安庆铜矿、冬瓜山铜矿、草楼铁矿、金厂河铅锌矿、马坑铁矿等均成功开展了大直径深孔采矿技术的试验研究，并长期应用于大规模开采实践中 3-4。VCR大直径深孔采矿方法是以L.W.利文斯顿球形药包爆破漏斗理论为基础而发展的一种采矿方法。其炮孔竖直布置，垂直于爆破临空面，炮孔内装填球状药包，分层下向崩落矿石。与柱状药包相比，球形药包爆破作用于矿岩的能量效率更高，破岩效果更好。但在现有的炮孔孔径（一般为16 5 mm）条件下，一次崩落的分层高度仅3 m左右，这使爆破的约束(炮孔堵塞)条件受到限制。为了实现球形药包爆破下向分层落矿，必须采用高爆速、高爆能、高密度炸药。这增加了爆破的成本，采矿效率亦受到限制。为了解决大直径深孔采矿法的上述技术难题，开展了束状炮孔当量球形药包爆破技术研究 5。本文基于束状孔当量球形药包爆破的技术原理、研发束状孔分层落矿采矿方法，根据束状孔爆破试验，确定爆破参数，并在大规模采矿中应用。1束状孔当量球形药包爆破技术原理1.1束状孔当量球形药包该方法的束状炮孔竖直布置，垂直于爆破临空面，分层下向崩落矿石。该技术与采矿方法设计相结合，可实现大规模落矿。束状孔是由N个间距为38 倍炮孔孔径(d)的密集平行孔组成。同一束束状孔内的N个炮孔装药同时起爆，对周围岩体的作用视同一个更大直径炮孔的装药的爆破作用。与束状孔内各炮孔面积和相等的大孔为束状孔的当量大陈何：束状孔分层落矿采矿方法研究孔。N个直径为d 的单孔所组成的束状孔，其当量球形药包定义：le/D 分散药包束状孔药包。2)复合应力波诱导增强破岩作用：束状孔的数个药包同时起爆，形成具有一定“厚度”的复合应力波,增加了爆破有效作用范围,增强了裂隙端部应力作用及爆破临空面的反射拉伸破岩作用。3)形态转化与增强破岩作用：束状孔内各炮孔同时起爆，使束状孔内多个柱状爆腔连通，转化形成束状孔高压爆腔。爆腔具有较大的尺寸，增强了爆破产生的准静压力在爆破中远区的破岩作用。4)增强约束作用：相同药包长度条件下，束状孔爆破的堵塞长径比为当量大孔的n倍，其约束条件更好。1.3束状孔漏斗爆破参数现场漏斗爆破试验能较好地反映出矿岩可爆性及与炸药爆破能量的适配关系，得到符合实际的爆破作用参数，为采矿工程爆破设计提供依据。根据现场漏斗爆破试验，单位炸药消耗（V/Q）与药包的埋深、矿岩的可爆性密切相关。爆破漏斗的高斯函数拟合模型：f(V/Q)=ae-2-(4-62式中，参数表示最大爆破漏斗体积；参数6 表示药包的最佳埋深比；参数表示炸药能量利用效率的集中程度；为药包埋深比。高斯函数对应不同埋深时爆破破碎的岩石量。在一定埋深范围 1，2 内的多个药包,高斯函数曲线的积分代表该范围内破碎岩石的总量。该方法可用于分析柱状药包漏斗爆破作用。115(1)(2)116V/Q-=Ja Xe21通过爆破试验，可得到爆破漏斗的高斯函数拟合函数，获得药包最佳埋深、临界埋深、爆破能量利用系数，炸药单耗等指标 5-7。在进行漏斗爆破试验时，随着药包埋深的增加，临空面上可见爆破漏斗逐渐变小。当可见爆破漏斗刚好完全消失时，药包的埋深为临界深度LN，这时炸药爆炸的能量全部消耗在岩石的内部变形上。通过试验，临界深度与药量之间的关系为：Lv=EQ1/3式中：L为临界深度，m;E为变形能量系数，m/kg/3;Q为炸药药量,kg。3有色金属工程最佳深度为：22dx(3)(4)I一第14卷W,=A,L=,EQ1/3(5)式中：i为最佳深度比。该参数值可通过现场系列爆破漏斗试验得到。2采准布置与回采工艺束状孔分层落矿采矿方法是基于束状深孔当量球形药包漏斗爆破大量落矿的采矿方法。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。分层落矿不需要竖向切割工程作为爆破补偿空间，减少了采准工程。垂直布置平行大直径深孔炮，炮孔钻进精度高，有利于爆破质量提高。采矿方法见图1。II153lanth5thOre三Ore4一1-Stage transport tunnel;2-Panel pillar;3-Dilling chamber;4-Trench roadway;5-Drilling chamber pllar;6-Drawing access roadway;7-Drawing connecting roadway图1束状孔分层落矿采矿方法Fig.1Schematic diagram of BCR mining method2.1采准工程布置矿体在竖直方向上分为中段，在水平方向再将矿体划分为盘区，盘区内布置矿块。盘区尺寸（10 0 120）m X（10 0 12 0）m。在盘区中布置溜井、通风充填井，与阶段运输巷、采区斜坡道等形成通风、出矿、充填等系统。矿块划分为矿房、矿柱。首先回采矿房，充填处理采空区后，回采矿柱，再充填处理采空区。可多个矿块组合规划，按隔三采一的方式进行回采。矿块高度为阶段高度。在矿房采场、矿柱采场上部布置凿岩碉室，采场底部布置出矿巷道。在出矿巷道顶部开挖拉底空间，之后在凿岩碉室中向下钻凿大直径炮孔直到下部拉底空间的顶板，然后采用束状孔当量球形药包高分层落矿。崩落的矿石从采场下部的巷道运出。在稳固-较稳固矿体中，矿块高50 6 0 m，矿房宽12 18 m。根据爆破漏斗试验确定爆破参数 3.8 1，一般束状炮孔间距58 m，大尺寸的束间距7为在凿岩碉室留足够尺寸的的连续支撑矿柱创造了条件，凿岩碉室间留设3 5m连续矿柱，凿岩室断面16 2 4m。出矿巷道断面12 16 m的拱形巷道；拉底空间高度为12 18 m。2.2回采工艺凿岩：炮孔孔径10 0 16 5mm，46 个密集布置炮孔形成束孔，炮孔孔间距为3 8 倍孔径（d)，束孔间距58 m，炮孔深度40 50 m；束状孔当量球形药包组合爆破漏斗形成高分层落矿，每次分层爆破落矿高度5 8 m。采用潜孔凿岩机凿大直径下向平行深孔，钻孔偏斜率2.0%。爆破：采用乳化炸药、多孔粒状硝铵炸药或膨化硝铵炸药。束状孔内连续装药，导爆索全长起爆。一束孔内所有炮孔同时起爆。边孔按单-双孔方式布置于采场回采边界内0.30.5m。边孔内间隔装药结构。首先起爆中部束状孔，然后起爆边孔。64第2 期通风：新鲜风流从一侧的阶段运输巷道进入采场，经出矿联络道，进入采场另一侧的阶段运输巷道。出矿：4 6 m铲运机出矿。充填：矿房回采后，采用较高强度的充填体充填，作为矿柱回采时顶板的人工支撑。充填体强度24 MPa。3应用案例冬瓜山铜矿是我国第一个千米深井大规模开采的有色矿山。为矽卡岩型大型铜矿床。矿体似层状产出，中部倾角较缓，西北及东南边部较陡。矿体走向长18 2 0 m，水平投影宽度2 0 48 8 2 m，矿体最大厚度10 6.7 m，一般厚度30 50 m。矿体的主要顶板岩石为大理岩，矿体底板以角岩化粉砂岩为主。大理岩单轴抗压强度40 6 0 MPa；粉砂岩、矽卡岩单轴抗压强度8 0 10 0 MPa。矿体及其直接顶、底板岩石均为完整性较好的岩石。3.1回采设计矿体开采划分为盘区。盘区尺寸为10 0 mX100m。盘区矿柱宽2 0 m，采场长8 0 m，宽18 m。采用堑沟式底部结构，铲运机进路出矿。矿体厚度大于30 m时，采用下向大直径深孔空场嗣后充填二步骤回采。IndicesAperture/mmHole depth/mHoles/bundles spacing/marrangement of holesExplosivetypeBurstdirectionLayered height of blasting/mOre blasting per meter hole/(t m-1)Large size ore rate/%Unit consumption of explosives/(kg t-1)dilution rate/%Lost rate/%Production capacity of stope/(td-1)束状孔分层落矿采矿方法较VCR法落矿分层高度提高12 倍，大块率降低10%2 0%，采场生产能力提高1倍以上。4结论1)采用束状深孔等效直径下当量球形药包的新陈?何：束状孔分层落矿采矿方法研究爆破炸药单耗等参数。由爆破漏斗试验得出，Lv=2.4m,a=0.1992,b=0.394,c=0.310 5。有：,=0.39 4,E=1.512。采用乳化硝酸铵炸药，5个16 5mm炮孔组成束孔。D=0.37m，装药长度le=4.0m，装药量Q=450 kg。由式(4)、(5)可知,W,=4.57m。束孔间距7.0 m，爆破分层高度7.0 m。束状孔分层落矿采矿方案的凿岩室及布孔见图2。(a)Drlling chamber and hole arrangement in the stope(b)Drilling chamber and hole arrangement in the pillar图2束状孔分层落矿采矿方法采场凿岩碉室及炮孔布置Fig.2Layout of drilling chamber and boreholes in BCR stope3.2主要技术经济指标束状孔分层落矿采矿方法与单孔球形药包爆破VCR法2-3 的主要技术经济指标比较，见表1。表1主要技术经济指标比较Table 1 The comparison of main technical and economic indicatorsBunch-holes crater retreat mining method150,Equivalent large hole30040 0Generally 6078Vertical&ParallelOrdinary industrial explosivesBlasting layer by layer from bottom to top7.08.03038150Generally 602.53.5Vertical&parallel,incline&parallel,fan-shaped by rarelyusedthree highsexplosivesBlasting layer by layer from bottom to top2.53.52035580.458108001000概念，将炸药包的最优埋深提高了VN倍，爆破分层高度为单孔球形药包爆破的2 3倍。采用普通工业炸药，大幅度降低爆破成本。2)利用了单自由面临空条件下束状孔球形药包漏斗爆破的组合效应，增加了炸药能量利用效率，提高了爆破质量，大块率 5%。1183)由于采用大间距束状阶段深孔，采场上部凿岩水平可布置成凿岩巷道的形式或在凿岩碉室中留设宽35m的连续间柱，减少了凿岩碉室的跨度，增加其稳定性，提高了作业的安全性。4)大幅度提高球形药包落矿的分层高度，分层爆破落矿高度58 m。贫化率8%，损失率10%，大块率 5%，采场生产能力18 0 0 2 40 0 t/d，提高了生产效率。束状孔分层落矿采矿方法为地下硬岩矿山大规模开采提高效率和作业安全性、降低爆破成本提供了一种新的大量落矿采矿方法。参考文献：1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，2 0 14.SUN Zhongming,LIU Qinglin,YU Bin,et al.Miningtechnology of large diameter deep hole in undergroundmetal mines M.Beijing:Metallurgical Industry Press,2014.2 采矿手册编辑委员会.采矿手册第4卷MJ.北京：冶金工业出版社，19 9 0.Editorial Committee of Mining Manual.Miningmanual,volume 4M.Beijing:Metallurgical IndustryPress,1990.3陈何，孙忠铭.束状孔大量高效采矿技术的开发与应用J.金属矿山，2 0 10,39（11)：1-4.CHEN He，SU N Zh o n g m in g.D e v e lo p m e n t a n dapplication of the high-efficiency bunch-hole mass有色金属工程mining techniqueJ.Metal 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