束状孔替换球形药包采矿新技术

束状孔替换球形药包采矿新技术

丰湖山矿区具有复杂的开采技术条件，如水井（1000m）、高应力（38mpa）、高温（39c）、高硫（平均17.6%）和岩爆倾向。这是中国第一个大型开采（设计1000吨和d）金属矿床。为实现冬瓜山矿床安全、高效和低成本开采,铜陵有色金属集团控股有限公司联合国内多家科研院所进行了“十五”国家科技攻关项目“深井高应力高温铜矿床开采综合技术研究”,其中“束状孔当量球形药包大量落矿采矿技术”作为采场爆破工艺研究专题,由北京矿冶研究总院为责任单位联合业主单位共同完成。该技术自2005年8月31日在冬瓜山52-2#采场首次成功实施以来,至今已在多个采场顺利实施。凭借其良好的安全性、经济性和高效性,该技术目前正在冬瓜山铜矿推广应用。1束状孔落矿技术根据矿床开采技术条件,冬瓜山采用高效率的阶段空场嗣后充填采矿法。当矿体厚度大于30m时,采用大直径垂直深孔落矿,深孔凿岩硐室布置在顶板矿体内,中深孔拉底巷道布置在底板围岩中。为避免下向大直径深孔过深,局部矿体厚度较大的部位,采场在垂直方向上布置二层凿岩硐室,或在拉底水平采用上向中深孔进行高分层拉底,使深孔一般不大于50m为宜。当矿体厚度小于30m时,采用扇形中深孔落矿。沿矿体走向每100m划分一个盘区,相邻盘区间留有18m宽的隔离矿柱。盘区内采场沿矿体走向布置,使采场长轴方向与最大主应力方向呈小角度角相交,让采场处于较好的受力状态,以利于控制岩爆。采场宽18m,矿房采场长82m,矿柱采场长78m。采场按照隔一采一的顺序,分矿房、矿柱两步骤回采,第1步骤回采矿房,嗣后尾砂胶结充填;第2步骤回采矿柱,嗣后全尾砂充填。崩落下的矿石用约6.12m3电动铲运机装卸入盘区溜井,再用20t电机车双机牵引10m3底侧卸式矿车运输。束状孔落矿新技术在冬瓜山的应用,完全是在保持上述既定采矿方法和采准系统不变的基础上进行的,仅仅对大孔凿岩硐室的形式进行了调整和优化。大孔凿岩硐室见图1所示。2落叶采矿方案2.1束孔直径d的确定束状深孔爆破是以数个密集平行深孔形成共同应力场的作用机理为基础的深孔爆破技术,即由数个间距为3～8倍孔径的密集平行深孔组成一束孔,束孔(直径d)装药同时起爆,对周围岩体的作用视同一个更大直径炮孔(等效直径D)的装药爆破的作用。与单孔爆破不同,束孔爆破形成的共同应力场应力波具有一定的厚度,应力波峰值作用于岩石的时间更长、冲量更大、有效作用范围更广,因此爆破效果更好。N个直径为d的炮孔所组成的束孔,其所等效的更大炮孔直径D按下式计算:采用5个直径为165mm的大直径深孔组成束孔,其等效直径D=369mm。根据抵抗线W与炮孔直径D的经验关系公式,结合所进行的高应力岩体在爆破载荷作用下径向裂隙延伸与主应力方向的关系、岩体的附加强度、束状孔等效应力场、漏斗爆破模拟试验等一系列基础理论试验研究的结果,同时考虑炮孔倾斜因素,最终束间距和采场边帮双密集孔间距取7.0m,端帮单孔间距取3.6m。束孔内相邻两个孔的间距为0.825m,即每束孔为边长0.825m的正五边形。束状孔布置见图1(b)所示。2.2落叶采矿方案2.2.1连续装乳化高段设备根据爆破分层高度的不同,装药结构也有差异。一般7m分层爆破时,首先采用砼制堵孔塞在距孔底0.5m处堵孔,接着填充2.5m河砂,然后在砂面上连续装4m高(约8条)条状乳化炸药。炸药采用双导爆索孔内全长起爆的方式起爆,即将双导爆索绑扎于首条乳化炸药上,下放至孔底,孔口固定后再装填乳化炸药至设计高度。最后填充3.0m高的河砂。12～14m破顶时,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。不同之处在于,非首爆束状孔中间是连续装药,首爆的两束孔中间间隔0.5m河砂,双密集孔中间间隔1.0～2.0m河砂。束状孔装药结构见图2所示。2.2.2同段爆爆的爆破距孔口约10cm处,在每个孔的孔口双导爆索上绑扎两发非电毫秒雷管,然后将雷管的导爆管脚线绑扎到主导爆索上。为增加起爆网络的可靠性,减小同段雷管间的误差造成的影响,前期爆破时,还将每束5个孔的孔口导爆索按照同一方向联结到其外围的导爆索圈上,再在导爆索圈上同向对称绑扎两发导爆管雷管,其脚线也绑扎到主导爆索上。爆破时,中间两束孔首先同段起爆,两侧依次微差滞后起爆,边帮双密集孔落后中间孔起爆。束状孔起爆网络见图3所示。2.2.3分层爆破,降低爆破总药量除破顶厚度12～14m之外,其余爆破分层高度均设计为7m。为减小每次爆破尤其是破顶爆破的总药量,每次分层爆破只放采场总长度的一半。实际设计和实施时,每个采场具体的落矿方案须根据其高度和顶板形态做出相应调整。3大参数束间距非束状孔爆破技术束状孔当量球形药包大量落矿采矿新技术,是以L·利文斯顿球形药包爆破漏斗理论和数个密集平行深孔形成共同应力场的作用机理为基础而发展的VCR大直径深孔采矿方法。它具有综合利用炸药能量的最优条件,既能发挥垂直深孔球形药包能量利用率高、破岩效果好的优点,又能克服其成本高、采准量大和采场地压管理复杂的缺点,具有良好的安全性、经济性和高效性,是地下大直径深孔采矿领域颇具竞争力的一项新技术。该技术荣获2006年度中国有色金属协会科技进步2等奖。与传统的采矿方法相比,该技术具有的优点:一是采用大参数束间距,凿岩硐室可以布置成凿岩巷道的形式,凿岩水平可以留有大尺寸的齿状矿柱,掘进和凿岩量少,顶板暴露面积和支护量小,作业安全性好,采场管理简单。二是采用高分层和厚大破顶爆破,完全避免了切割井、拉槽等作业效率较低的辅助工作,爆破总次数大大减少,爆破准备和对其它作业的影响时间大大降低,提高了采场的爆破效率、生产能力和采矿强度,缩短了采场生产周期,保证了采场大量连续崩矿作业。三是采用束状孔大参数布孔方式,使爆破装药的约束条件得到改善,从而可以采用无特殊性能要求的普通低成本炸药进行爆破作业,提高了每米崩矿量,降低了炸药单耗和大块产出率,保证了边帮和直接顶板的完整性及稳定性。采用束状孔和非束状孔爆破时,单个采场有关技术经济比较见表1、表2(大孔平均孔深取35m)。当然,该技术凿岩硐室总的掘进量虽小,但其齿状硐室的施工要求和施工难度较高,不利于无轨掘进设备效率的发挥。同时,由于束状孔间距很近,其施工要求更高,施工难度也更大。此外,相比于非束状孔的逐孔爆破技术,该技术每次爆破总药量和单响药量较大,对爆破冲击波和地震波的防护要求更高,不利于井下工程和采场顶帮板的稳定与维护。4局部垮冒爆破质量控制为保证该技术良好的安全性、经济性和高效性,实施过程中必须把握以下要领:(1)从掘进施工、硐室实测、布孔设计、现场放点和束孔施工等环节入手,努力提高束孔凿岩精度。尤其是开孔位置要准确,束孔偏斜率力求控制在1%以内。否则,需重新增补孔。(2)要保证爆破设计所依据的束孔实测资料的“新”和“准”。由于采场顶板暴露面积大,加之受地应力变化、矿岩构造和周边爆破震动等因素影响,采场顶板实际总是处于动态变化过程中,局部垮冒在所难免,因而每次爆破都必须依据最“新”的实测孔深。受测量手段限制,目前我们所采用的测绳下系石块或木棍的方法受孔底空间状态、孔壁破碎状况和个人经验影响较大,测量时要仔细操作,认真体验,以保证实测孔深的准确性。(3)为防止爆轰气体过早溢散,保证炸药反应完全,提高炸药能量利用率,装药时必须保证孔底和孔口的填塞位置、填塞长度和填塞质量。(4)药面标高尤其是上终止药面的标高一定要控制好,以保证良好的爆破效果,同时为下一次爆破创造良好的装药条