中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填法的应用

ISSN1671-2900第5卷　第4期　　　　　　　　　　　　　2005年12月　　　　　　　　　　　　　　采矿技术　CN43-1347/TDMiningTechnology,Vol.5,No.4Dec.

2005

中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填法的应用

卢学专

(兰州有色冶金设计研究院,　甘肃兰州　730000)

摘　要:根据白银深部铜矿的实际,介绍了中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填

采矿法的应用,阐述了设备选型和凿岩爆破参数的确定等,对深部铜矿今后的中深孔凿岩爆破具有一定的指导意义。

关键词:中深孔;凿岩爆破;高分段大跨度

随着开采深度的延深,深部铜矿矿石品位逐年下降,现行的崩落采矿工艺损失贫化大的缺点直接影响着出矿品位和供矿品位,若继续采用崩落法回采东部高品位铜矿石,不但会造成资源浪费,而且全矿出矿品位很难保证在1.0%～1.2%。从矿山地压讲,随着崩落法的向下延伸,积聚在围岩的能量将愈来愈大,只有给采空区以有效的充填,才能抑制地压突变。鉴于此,深部铜矿和研究单位经过深入细致的研究和多方案论证比较,并参考国内外同类矿山先进技术的基础上,确定了深部铜矿东部极厚大矿体的采矿方法技术改造方案为高分段大跨度空场嗣后充填采矿法。该方法虽然具有生产能力大,损失贫化小等显著特点,但分段高度大,现有凿岩设备难于满足14m段高的凿岩要求。因此,凿岩设备及其爆破参数必须重新确定。

性进行了研究。根据深部铜矿实际,试验以普氏系数、凿岩比能两种指标综合评价,矿石的可凿性根据有关资料确定它们之间的对应关系(见表1)。

表1　岩石普氏系数、凿岩比能及可粒性对应关系

级别

坚固性

普氏系

数f≮4.654.65～7.17.1～9.559.55～1212～14.514.5～16.9

>16.9

凿岩比能

(J/cm3)>186186～284258～382383～480481～578579～676>677

可凿性极易易中等中难难很难极难

Ⅰ软弱Ⅱ较软弱Ⅲ中等坚固Ⅳ较坚固Ⅴ坚固Ⅵ很坚固Ⅶ最坚固

研究结果表明:钻凿1m深炮孔所需时间t和凿碎比能成正比例关系,即:

αt=k式中:t———钻凿1m深炮孔所需时间,min;

k———与凿岩设备有关的系数;

3

α———凿岩比能,J/cm。

1　实验地段地质概况

试验矿块位于东部三中段400～450线之间的

ο#

1主矿体中,矿体厚度65～70m,倾角65,上、下盘矿体界限不规则,上、下盘围岩均为石英角斑凝灰岩,大部分矿石类型为浸染状铜矿石,少部分为块状铜矿石并镶裹在浸染矿中。矿石中的金属矿物主要

3

呈星散状、网脉状或细脉状分布,容重2.95t/m,f

3

=8～10。块状矿致密坚硬,容重4.6t/m,为块状和厚层状构造,矿石的颜色为灰绿色。矿物成份以黄铁矿为主,次为黄铜矿,磁铁矿等。

试验测定在浸染状铜矿石(M5)和块状黄铁矿(M2)中钻凿1m深孔需3～5min,从而得到试验采场的凿碎比能,结合矿石的抗压强度测试结果,得出了深部铜矿两种类型矿石的可凿性(见表2)。

表2　两种类型矿石的可凿性评价结果

矿石

类型

M5M2

凿岩设备系数

0.01020.0102

凿时间

()3～44～5.5

凿岩比能

()294～392392～539

3矿石的矿石的坚固性可钻性6～9.3中等9～14中难-难

2　矿石的可凿性

为选择合理的凿岩设备及其工作参数和钎头类型,并为今后的矿山生产提供指导,试验对深部铜矿围岩蚀变下的浸染状铜矿与块状含铜黄铁矿的可凿

3　中深孔凿岩设备的选择

深部铜矿在以往深孔凿岩中采用过浙江嘉兴生产的K112型潜孔凿岩机、甘肃陇西生产的地质钻

1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

50

采矿技术　　2005,5(4)　

机,由于设备质量不过关,已被淘汰。在中深孔凿岩中采用过YG-80型凿岩机、YGZ-90型、YGZ-100型凿岩机等,由于YG-80型凿岩机扭矩和冲击功比较小,可以满足大于11m深度的凿岩要求,但难于满足14m高分段凿岩要求,而YGZ-100型凿岩机虽然冲击功和扭矩均大于YGZ-90型凿岩机,但设备质量差,出勤率低,不能满足大规模生产的要求。因此,矿山中深孔凿岩设备定为YGZ-90型导轨式凿岩机。该设备的性能参数如下:

工作气压　0.5～0.7MPa;活塞行程　62mm;冲击能　196J;扭矩　118Nm;

冲击频率　2000次/min;钻杆转速　0～250r/min;耗气量　183L/s;

使用水压　0.4～0.6MPa;凿岩直径　50～80mm;钻孔深度　

试验地段浸染状铜矿石和块状黄铁矿中的纵波传播速度测定及波阻率计算结果见表4。

表4　纵波速度测定及波阻率计算结果

矿石类型浸染状铜矿石块状黄铁矿

密度

(t/m)2.944.6

3

纵波波速(m/s)

2109～24351617～2348

波阻率(×106Pa/s)

6.2～7.167.44～10.8

表3和表4可知,浸染状铜矿石可爆性属中等,

块状黄铁矿属难爆矿石。

5　扇形中深孔炸药单耗及改进措施

试验采场爆破使用的炸药为矿自产的粉状铵松蜡炸药,其主要性能为:猛度13.05mm;爆力300ml;爆速3300m/s;殉爆距离5cm;密度0.9～1.0

3

g/cm。该炸药的爆炸性能良好,适用于中硬以上岩石的爆破。根据试验地段矿石可爆性和铵松蜡炸药的性能特点,确定采场炸药单耗为0.6～0.7kg/t。5.1　炸药单耗与炮孔深度的关系

4　矿石的可爆性

试验中以普氏系数、炸药单耗和岩石的波阻率

3项指标对试验地段矿石的可爆性进行分类研究。它们与矿石的可爆性之间的关系见表3。

表3　普氏系数、炸药单耗波阻率与岩石可爆性关系

可爆性分级ⅠⅡⅢⅣⅤ

普氏系数f≮88～1212～1616～18

>18

如图1所示,设孔深为L,孔底距为a,抵抗线为W,孔径为d。由扇形炮孔的布孔特点可知,单个炮孔爆破范围可假定为图1中的等腰三角形AOB,孔底距a为三角形的底,孔深L为等腰三角形的高,取任意炮孔长度x,由△AOB相似△COD有:

SAOB:SCOD=L:x

SAOD=0.5La

2

2

炸药单耗(kg/t)

0.1～0.30.3～0.50.5～0.80.8～1.41.8～2.8

波阻率(×106Pa/s)≮5

5～88～1212～15

>15

岩石的可瀑性易爆中等难爆很难爆特别难爆

求得:q=

πραχ2Wρ

3

式中:ρ——炸药密度,kg/m;1—

3

ρ——矿石的容重,t/m。2—

炸药在岩体内爆炸所引起的扰动,在靠近药包

的近区以大于该岩石声波的波速传播,而在其外的广大区域内则以相对稳定的波速度传播。岩石中纵波传播速度是弹性模量、泊松比和岩石密度的函数,在无限均匀弹性体中:

p=

计算结果表明,炸药单耗q的分布与炮孔深度x成正比。因此,孔口部分单耗大,爆破块度太小;孔底部分单耗小,爆破易产生大块。

ρ(γ)(1+γ)(1-2γ)

式中:P———无限均匀弹性体中波阻率,Pa/s;

E———弹性模量,MPa;

3

ρ———岩石密度,t/m;γ———岩石泊松比。

1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

图1　炸药单耗分布计算示意图

　卢学专:　

中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填法的应用

51

q=

5.2　提高炸药分布均匀性的措施

(1)孔底起爆弹起爆。孔内装高威力的2号岩

WρLa

=

Wρa

石炸药,并置之于孔底,提高孔底的爆破能量。

(2)调整孔网系数。在保证炸药单耗q不变的前提下,减少抵抗线,增大孔底距,延长孔底能量的有效作用时间。

(3)孔口交错装药。装药系数控制在0.8～0.85范围内,孔口交错留1.5～2.0m不装药。这样,既可节约炸药,又可减少粉矿的产生。

由q=0.6～0.7kg/t,计算出a=1.8～2.4m。在拉槽爆破中,由于切槽宽度仅5m,爆破的夹制性较大,试验中将抵抗线和孔底距均相应地减少,也就是适当的增大了拉槽爆破的炸药单耗。拉槽爆破的抵抗线确定为1.0m,孔底距确定为1.6m。

为提高凿岩钻孔速度,最大孔深小于16m,故设计回采孔的边孔角为5°,光爆孔的边孔角为5°,拉槽孔的边孔角为45°。靠近切槽边布置一排切槽加强排炮孔,抵抗线为0.5m。

6　凿岩布孔参数

随着采矿科学技术水平的不断进步,人们逐渐认识到小抵抗线大孔底距能改善爆破效果,在Wa为定值和炸药单耗q不变的前提下,增大孔底距,减小抵抗线可以充分和有效地利用爆破能量,改善矿石的破碎块度,降低大块率。因此,在采矿方法试验中,通过理论分析、动光弹模拟试验和现场爆破对比试验,将抵抗线确定为1.2m。孔底距的计算如图1所示,设炮孔的长度、孔底距、抵抗线、装药系数分别为L、a、W、k,等腰三角形为该炮孔的爆破范围,则炸药单耗为:

　　(上接第8页)

增大选矿药剂消耗。可见,优化进路底部充填,可控

(间接费用)。制充填体质量,降低“质量损失”

(3)井下固体废料资源化。将井下固体废料作为骨料,配制低标号混凝土并回填到进路底部,形成进路底部结构,化废为宝。不仅可节约井下运输提升费用,减少采矿盘区矿石贫化,而且可有效节约充

3

填材料费用。1m废料混凝土中配3袋水泥(150kg),强度等级32.5的袋装水泥单价取240元/t。

3

则1m废料混凝土可节约材料费86.7元,按年回

3

填井下固体废料混凝土3万m计,则年可节约充填材料费260万元。

7　结束语

扇形孔中深孔凿岩是深部铜矿矿体回采的主要部分,作者就中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填采矿法中的应用作了浅析,对深部铜矿今后的中深孔凿岩爆破设计具有一定的指导意义。

(收稿日期:2005-03-27)

作者简介:卢学专(1977-),男,河南新野县人,助理工程师,从事矿山采矿设计工作。

质量,可节约充填材料费用,可降低“质量损失”。

(2)井下进路废料混凝土底部回填安全可行,有利于减轻井下运输提升压力和保护环境,有利于节约充填费用,具有良好的经济效益和环保效益。同时为井下固体废料资源化开辟了一条新途径。

致谢:本文在撰写过程中得到了昆明理工大学陈日辉副教授、金川镍钴研究设计院王正辉高级工程师、王永才高级工程师等同志的悉心指导、关心和帮助。在此,本人深表谢意!

参考文献:

[1]刘同有,金铭良,等.中国镍钴矿山现代化开采技术[M].北

京:冶金工业出版社,1996.

[2]

GB175-1999.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥标准[S].[3]Q/YSJC-GY01-2002.井下废料人工搅拌混凝土进路打底回

3　结论和建议

金川二矿区充填工艺优化实践证明:

(1)优化进路底部充填,可控制进路底部结构

填技术标准[S].

(收稿日期:2004-04-11)

1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

ISSN1671-2900第5卷　第4期　　　　　　　　　　　　　2005年12月　　　　　　　　　　　　　　采矿技术　CN43-1347/TDMiningTechnology,Vol.5,No.4Dec.

2005

中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填法的应用

卢学专

(兰州有色冶金设计研究院,　甘肃兰州　730000)

摘　要:根据白银深部铜矿的实际,介绍了中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填

采矿法的应用,阐述了设备选型和凿岩爆破参数的确定等,对深部铜矿今后的中深孔凿岩爆破具有一定的指导意义。

关键词:中深孔;凿岩爆破;高分段大跨度

随着开采深度的延深,深部铜矿矿石品位逐年下降,现行的崩落采矿工艺损失贫化大的缺点直接影响着出矿品位和供矿品位,若继续采用崩落法回采东部高品位铜矿石,不但会造成资源浪费,而且全矿出矿品位很难保证在1.0%～1.2%。从矿山地压讲,随着崩落法的向下延伸,积聚在围岩的能量将愈来愈大,只有给采空区以有效的充填,才能抑制地压突变。鉴于此,深部铜矿和研究单位经过深入细致的研究和多方案论证比较,并参考国内外同类矿山先进技术的基础上,确定了深部铜矿东部极厚大矿体的采矿方法技术改造方案为高分段大跨度空场嗣后充填采矿法。该方法虽然具有生产能力大,损失贫化小等显著特点,但分段高度大,现有凿岩设备难于满足14m段高的凿岩要求。因此,凿岩设备及其爆破参数必须重新确定。

性进行了研究。根据深部铜矿实际,试验以普氏系数、凿岩比能两种指标综合评价,矿石的可凿性根据有关资料确定它们之间的对应关系(见表1)。

表1　岩石普氏系数、凿岩比能及可粒性对应关系

级别

坚固性

普氏系

数f≮4.654.65～7.17.1～9.559.55～1212～14.514.5～16.9

>16.9

凿岩比能

(J/cm3)>186186～284258～382383～480481～578579～676>677

可凿性极易易中等中难难很难极难

Ⅰ软弱Ⅱ较软弱Ⅲ中等坚固Ⅳ较坚固Ⅴ坚固Ⅵ很坚固Ⅶ最坚固

研究结果表明:钻凿1m深炮孔所需时间t和凿碎比能成正比例关系,即:

αt=k式中:t———钻凿1m深炮孔所需时间,min;

k———与凿岩设备有关的系数;

3

α———凿岩比能,J/cm。

1　实验地段地质概况

试验矿块位于东部三中段400～450线之间的

ο#

1主矿体中,矿体厚度65～70m,倾角65,上、下盘矿体界限不规则,上、下盘围岩均为石英角斑凝灰岩,大部分矿石类型为浸染状铜矿石,少部分为块状铜矿石并镶裹在浸染矿中。矿石中的金属矿物主要

3

呈星散状、网脉状或细脉状分布,容重2.95t/m,f

3

=8～10。块状矿致密坚硬,容重4.6t/m,为块状和厚层状构造,矿石的颜色为灰绿色。矿物成份以黄铁矿为主,次为黄铜矿,磁铁矿等。

试验测定在浸染状铜矿石(M5)和块状黄铁矿(M2)中钻凿1m深孔需3～5min,从而得到试验采场的凿碎比能,结合矿石的抗压强度测试结果,得出了深部铜矿两种类型矿石的可凿性(见表2)。

表2　两种类型矿石的可凿性评价结果

矿石

类型

M5M2

凿岩设备系数

0.01020.0102

凿时间

()3～44～5.5

凿岩比能

()294～392392～539

3矿石的矿石的坚固性可钻性6～9.3中等9～14中难-难

2　矿石的可凿性

为选择合理的凿岩设备及其工作参数和钎头类型,并为今后的矿山生产提供指导,试验对深部铜矿围岩蚀变下的浸染状铜矿与块状含铜黄铁矿的可凿

3　中深孔凿岩设备的选择

深部铜矿在以往深孔凿岩中采用过浙江嘉兴生产的K112型潜孔凿岩机、甘肃陇西生产的地质钻

1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

50

采矿技术　　2005,5(4)　

机,由于设备质量不过关,已被淘汰。在中深孔凿岩中采用过YG-80型凿岩机、YGZ-90型、YGZ-100型凿岩机等,由于YG-80型凿岩机扭矩和冲击功比较小,可以满足大于11m深度的凿岩要求,但难于满足14m高分段凿岩要求,而YGZ-100型凿岩机虽然冲击功和扭矩均大于YGZ-90型凿岩机,但设备质量差,出勤率低,不能满足大规模生产的要求。因此,矿山中深孔凿岩设备定为YGZ-90型导轨式凿岩机。该设备的性能参数如下:

工作气压　0.5～0.7MPa;活塞行程　62mm;冲击能　196J;扭矩　118Nm;

冲击频率　2000次/min;钻杆转速　0～250r/min;耗气量　183L/s;

使用水压　0.4～0.6MPa;凿岩直径　50～80mm;钻孔深度　

试验地段浸染状铜矿石和块状黄铁矿中的纵波传播速度测定及波阻率计算结果见表4。

表4　纵波速度测定及波阻率计算结果

矿石类型浸染状铜矿石块状黄铁矿

密度

(t/m)2.944.6

3

纵波波速(m/s)

2109～24351617～2348

波阻率(×106Pa/s)

6.2～7.167.44～10.8

表3和表4可知,浸染状铜矿石可爆性属中等,

块状黄铁矿属难爆矿石。

5　扇形中深孔炸药单耗及改进措施

试验采场爆破使用的炸药为矿自产的粉状铵松蜡炸药,其主要性能为:猛度13.05mm;爆力300ml;爆速3300m/s;殉爆距离5cm;密度0.9～1.0

3

g/cm。该炸药的爆炸性能良好,适用于中硬以上岩石的爆破。根据试验地段矿石可爆性和铵松蜡炸药的性能特点,确定采场炸药单耗为0.6～0.7kg/t。5.1　炸药单耗与炮孔深度的关系

4　矿石的可爆性

试验中以普氏系数、炸药单耗和岩石的波阻率

3项指标对试验地段矿石的可爆性进行分类研究。它们与矿石的可爆性之间的关系见表3。

表3　普氏系数、炸药单耗波阻率与岩石可爆性关系

可爆性分级ⅠⅡⅢⅣⅤ

普氏系数f≮88～1212～1616～18

>18

如图1所示,设孔深为L,孔底距为a,抵抗线为W,孔径为d。由扇形炮孔的布孔特点可知,单个炮孔爆破范围可假定为图1中的等腰三角形AOB,孔底距a为三角形的底,孔深L为等腰三角形的高,取任意炮孔长度x,由△AOB相似△COD有:

SAOB:SCOD=L:x

SAOD=0.5La

2

2

炸药单耗(kg/t)

0.1～0.30.3～0.50.5～0.80.8～1.41.8～2.8

波阻率(×106Pa/s)≮5

5～88～1212～15

>15

岩石的可瀑性易爆中等难爆很难爆特别难爆

求得:q=

πραχ2Wρ

3

式中:ρ——炸药密度,kg/m;1—

3

ρ——矿石的容重,t/m。2—

炸药在岩体内爆炸所引起的扰动,在靠近药包

的近区以大于该岩石声波的波速传播,而在其外的广大区域内则以相对稳定的波速度传播。岩石中纵波传播速度是弹性模量、泊松比和岩石密度的函数,在无限均匀弹性体中:

p=

计算结果表明,炸药单耗q的分布与炮孔深度x成正比。因此,孔口部分单耗大,爆破块度太小;孔底部分单耗小,爆破易产生大块。

ρ(γ)(1+γ)(1-2γ)

式中:P———无限均匀弹性体中波阻率,Pa/s;

E———弹性模量,MPa;

3

ρ———岩石密度,t/m;γ———岩石泊松比。

1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

图1　炸药单耗分布计算示意图

　卢学专:　

中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填法的应用

51

q=

5.2　提高炸药分布均匀性的措施

(1)孔底起爆弹起爆。孔内装高威力的2号岩

WρLa

=

Wρa

石炸药,并置之于孔底,提高孔底的爆破能量。

(2)调整孔网系数。在保证炸药单耗q不变的前提下,减少抵抗线,增大孔底距,延长孔底能量的有效作用时间。

(3)孔口交错装药。装药系数控制在0.8～0.85范围内,孔口交错留1.5～2.0m不装药。这样,既可节约炸药,又可减少粉矿的产生。

由q=0.6～0.7kg/t,计算出a=1.8～2.4m。在拉槽爆破中,由于切槽宽度仅5m,爆破的夹制性较大,试验中将抵抗线和孔底距均相应地减少,也就是适当的增大了拉槽爆破的炸药单耗。拉槽爆破的抵抗线确定为1.0m,孔底距确定为1.6m。

为提高凿岩钻孔速度,最大孔深小于16m,故设计回采孔的边孔角为5°,光爆孔的边孔角为5°,拉槽孔的边孔角为45°。靠近切槽边布置一排切槽加强排炮孔,抵抗线为0.5m。

6　凿岩布孔参数

随着采矿科学技术水平的不断进步,人们逐渐认识到小抵抗线大孔底距能改善爆破效果,在Wa为定值和炸药单耗q不变的前提下,增大孔底距,减小抵抗线可以充分和有效地利用爆破能量,改善矿石的破碎块度,降低大块率。因此,在采矿方法试验中,通过理论分析、动光弹模拟试验和现场爆破对比试验,将抵抗线确定为1.2m。孔底距的计算如图1所示,设炮孔的长度、孔底距、抵抗线、装药系数分别为L、a、W、k,等腰三角形为该炮孔的爆破范围,则炸药单耗为:

　　(上接第8页)

增大选矿药剂消耗。可见,优化进路底部充填,可控

(间接费用)。制充填体质量,降低“质量损失”

(3)井下固体废料资源化。将井下固体废料作为骨料,配制低标号混凝土并回填到进路底部,形成进路底部结构,化废为宝。不仅可节约井下运输提升费用,减少采矿盘区矿石贫化,而且可有效节约充

3

填材料费用。1m废料混凝土中配3袋水泥(150kg),强度等级32.5的袋装水泥单价取240元/t。

3

则1m废料混凝土可节约材料费86.7元,按年回

3

填井下固体废料混凝土3万m计,则年可节约充填材料费260万元。

7　结束语

扇形孔中深孔凿岩是深部铜矿矿体回采的主要部分,作者就中深孔凿岩爆破在高分段大跨度空场嗣后充填采矿法中的应用作了浅析,对深部铜矿今后的中深孔凿岩爆破设计具有一定的指导意义。

(收稿日期:2005-03-27)

作者简介:卢学专(1977-),男,河南新野县人,助理工程师,从事矿山采矿设计工作。

质量,可节约充填材料费用,可降低“质量损失”。

(2)井下进路废料混凝土底部回填安全可行,有利于减轻井下运输提升压力和保护环境,有利于节约充填费用,具有良好的经济效益和环保效益。同时为井下固体废料资源化开辟了一条新途径。

致谢:本文在撰写过程中得到了昆明理工大学陈日辉副教授、金川镍钴研究设计院王正辉高级工程师、王永才高级工程师等同志的悉心指导、关心和帮助。在此,本人深表谢意!

参考文献:

[1]刘同有,金铭良,等.中国镍钴矿山现代化开采技术[M].北

京:冶金工业出版社,1996.

[2]

GB175-1999.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥标准[S].[3]Q/YSJC-GY01-2002.井下废料人工搅拌混凝土进路打底回

3　结论和建议

金川二矿区充填工艺优化实践证明:

(1)优化进路底部充填,可控制进路底部结构

填技术标准[S].

(收稿日期:2004-04-11)

1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.