无底柱分段崩落法回采爆破参数选择浅析

廖成孟,马建军,蔡路军,吴亚东

(1.重钢集团太和铁矿,四川西昌 615041;2.武汉科技大学理学院,湖北武汉 430081;3.武钢集团,湖北武汉 430081)

无底柱分段崩落法回采爆破参数选择浅析

廖成孟1,马建军2,蔡路军2,吴亚东3

(1.重钢集团太和铁矿,四川西昌 615041;2.武汉科技大学理学院,湖北武汉 430081;3.武钢集团,湖北武汉 430081)

本文简述了无底柱分段崩落法大结构参数下,回采爆破参数优化的一种常用方法。基于扇形炮孔爆破实际问题,结合结构参数对爆破的影响,详细阐述了无底柱分段崩落法回采爆破参数的合理选取,并简介了其炮孔布置图的绘制,对目前相关矿山生产设计具有借鉴意义。

无底柱分段崩落法;回采爆破;爆破参数选择

Abstract:A method of the optimization of the blasting parameters designs in the pillarless sublevel caving production was resumed in this paper.The suitable parameters of the production blasting elaborately introduced in this paper was optimized according to the analysis of actual blasting problems of the fanshape blasting in the pillarless sublevel caving production and the affection of the structural parameters. Then the layout of blasting bores was drawn as reference.All these results would be an meaningful example of the relevant actual designs.

Key words:pillarless sublevel caving;production blasting;preferences of the blasting parameters

无底柱分段崩落法,因其结构简单、工艺成熟和经济合理,常用于金属矿山的开采中。随着研究的深入和应用的推广,其结构参数加大成为发展趋势,并将得到更为广泛的应用。但此过程中,仍存在一些问题,如回采爆破参数设计多采用经验值选取,相关理论分析与指导不够充分,参数设计及调整不够合理,使其在实际应用中总存在一些问题,如贫化率高、悬顶、隔墙和大块率高等。它们影响了采矿放矿的顺利进行,如得不到有效解决,就会影响无底柱分段崩落法大结构参数的使用效果和应用前景。因此,必须对回采爆破参数进行合理的设计。研究适合大结构无底柱分段崩落法的回采爆破参数,具有较强的理论和实际意义。

1 回采爆破参数优化

无底柱分段崩落法常用扇形中深孔爆破落矿,为端部放矿。近几年,其结构参数有从小向大的发展趋势。然而,大间距结构情况下,回采爆破参数的合理选取研究较少。主要是因为结构参数的调整,导致采矿爆破参数和回采工艺的变化,使崩落松动体和放矿椭球体发生变化,影响矿石的回收率和贫化率。回采爆破中的单孔药量可能增大,而使起爆药量增加,从而爆破震动增大。相关生产爆破问题出现几率可能增加,相关的爆破参数有可能需要增改。在结构参数确定后,优化爆破参数主要有炮孔布置形式、装药结构、边孔角、崩矿步距、孔底间距、孔口堵塞长度、起爆位置和起爆微差等。

(1)单位炸药消耗量

炸药单耗值主要受矿石的可爆性、孔径、炸药性能和采幅宽度等因素影响,其最佳值应能使吨矿最终成本最低,依体积公式简化计算如下:

式中:q——炸药单耗,kg/m3;W——最小抵抗线,m;S——一排扇形孔的崩矿面积,m2。

此值亦可进行中深孔爆破漏斗试验得出。[1]按药包最优埋置深度的漏斗爆破量(爆渣称重),来核定最佳单位炸药消耗量,但得出的指标偏低,还应结合实验与实践适当调整计算值。

(2)崩矿步距

分段高度和回采巷道间距确定时,崩矿步距存在最优值。当放矿椭球体与矿石脊面相切时,沿进路方向恰与垂直矿岩接触面相切,此时步距放出矿石最多且混入废石最少,但正面损失矿石最大;增大崩矿步距,即一次崩矿层厚度增大,可增加每次矿石爆破方量,但从松散介质中获得的有效补偿空间将逐渐减少,造成过挤压现象,影响崩落体形态,甚至产生贴槽等爆破问题,使放出体的形成与发育受影响,造成正面损失矿石小而混入废石多;在放出矿岩品位略大于截止品位时的步距最合适,此时的回采效率或回贫差可取得最大值。故基于各种矿块结构参数下物理模型模拟试验数据,结合端部放矿数学模型,计算一定结构参数下崩矿步距与各指标的关系,可得出最优放矿步距,必要时进行工业试验校核。[2,3]

在炮孔排面布置已制定的前提下,为使炮孔密集系数增大,防止正面废石过早混入和更大可能地回收脊部矿石,可适当地调整炮孔堵塞长度和合理选择崩矿步距排数,并微差爆破每放矿步距矿石,以达到更好装药与爆破效果。

(3)最小抵抗线与炮孔密集系数

最小抵抗线即崩矿步距W,与放矿步距成一定的比例关系。当一排炮孔所装药量不足以崩落法放矿步距内的矿量时,应设多排炮孔,各排孔装药量相等时,常为放矿步距与炮孔排距的除值,一般还应根据一个中深孔能装入的药量(Q1= πd2LΔτ/4)和一个中深孔需要的装药量(单位体积炸药消耗量乘以该孔所负担的爆破方量Q2= WaL q)相等的原则兼顾选取,转化得到如下炮孔密集系数m的计算式。[4]

式中:m——炮孔密集系数,m=a/W;d——炮孔直径,m;Δ——装药密度,kg/m3;τ——深孔装药系数,τ为装药长度与炮孔长度的比值,约为0.7～0.8;q——炸药单耗,kg/m3。

(4)孔底距

由深孔密集系数m得:

式中:a——孔底距,m;W——最小抵抗线,m。

孔底距还需根据实际炮孔设计适当调整。孔口堵塞长度采用作图法确定[5](图1),并根据实际情况调整(图2)。

图2 炮孔布置图

图1 装药长度计算图

(5)装药结构和微差时间

微差爆破可在爆破范围内产生残余应力场,改变了后爆炮孔的受力状态;先爆炮孔为后爆炮孔创造了附加自由面,减小了相邻炮孔间矿石爆破的夹制作用,并使先后爆破岩块碰撞挤压时间增长,降低了块度;在时空上更分散了地震波,使之错开相位,避免了地震波的集中。

为操作方便,采用柱状装药孔底起爆,孔间和排间应有合理的微差时间Δt为:

式中:k1——正波历时系数,由试验得出,k1= 1.25～1.8;k2——负波历时系数,由试验得出, k2=q(Q-0.18),其中Q是炸药与岩石波阻抗比值,q为炸药单耗;S——矿区矿岩与岩体脱开的距离,一般取S值为0.01m;V——岩块平均移动速度,由试验得出,V=4～7m/s。

相邻炮孔填塞长度交错不同,以免局部炸药过分集中,使能量不当损失。其值按孔径取L=(20～24)d,并依次递增,最小填塞长度Lmin≥0.7W。

挤压爆破时,间隔时间应大于微差间隔时间。根据所选微差毫秒管的实际微差条件,在试验与应用中,应因地制宜合理地选取微差间隔时间,以达到良好的爆破效果及简便操作,降低爆破震动。

采用塑料导爆管排内孔间交叉微差爆破,一次爆破全排扇形炮孔(图3)。

3 应用实例[6]

金山店铁矿张福山矿区采用无底柱分段崩落法,尚存在一些问题,如悬顶和大块率高,造成矿石放不出,致使矿石实际回收利率不高。为此,矿方迫切寻求解决方法。在确定放矿损失贫化指标最优时,主要根据崩落矿岩放出椭球体参数。在进行了数学模型计算的前提下,进行了一系列物理模型放矿试验。结果分析与对比,得出16m× 14m的大结构参数下,采用3.9m的放矿步距可形成较好的椭球体(图4),相比原10m×10m矿块参数,1.0m可达到大结构参数要求。单位炸药消耗量、采用经验值为块的炮孔排距2排孔崩矿更合理优越,符合现今的0.37kg/t。矿方采用大冶生产的2#、4#铵梯油炸药,炸药密度为1.07g/cm3。炮孔直径为80mm。考虑矿方粉矿量偏大,为获取较好的炮孔密集系数,使孔网面积最大,将崩矿步距确定为3.4m。考虑实际情况,借鉴矿方生产经验,认为在采用1.7m的炮孔排距、3.4m的崩矿步距与2.8m的孔底距时,可取得较好的炮孔密集系数1.7。综上所述,结合矿山实际生产情况,进行了中深孔爆破的炮孔参数分析与设计(表1),并开发了回采爆破参数计算机辅助设计系统[7,8],提高了参数选取和设计效率。

表1 8孔炮孔参数表

图4 物理模型放矿试验放矿椭球体分析

4 结语

通过大结构矿块爆破参数优化设计的实际应用来看,其效果很好,可满足大间距结构参数矿块下的爆破生产,具有一定的参考和借鉴价值。其爆破能量分布更均匀,并延长了爆破作用时间,矿石挤压更充分,达到了大间距矿块结构参数下,改善爆破与放矿效果的目的。

[1] 杨红兵.漏斗试验确定中深孔爆破参数的方法[J].新疆有色金属,2005,(3):13-14.

[2] 张国建.无底柱分段崩落法崩落体研究与应用[D].北京:北京科技大学,2004.

[3] 王冠利.大间距结构参数在上青矿的研究与应用[D].沈阳:东北大学,2005.

[4] 熊国华,赵怀遥.无底柱分段崩落法[M].北京:冶金工业出版社,1998,7.

[5] 李洪源.扇形炮孔合理装药长度的计算[J].云锡科技, 1994,(4):39-45.

[6] 刘智权.大间距无底柱分段崩落法回采爆破参数的研究[D].武汉:武汉科技大学,2006.

[7] 廖成孟,马建军,等.无底柱分段崩漏法回采爆破参数计算机辅助设计[J].矿业研究与开发,2007,27(4):61 -63.

[8] 廖成孟.大冶铁矿露天转地下安全回采工艺研究[D].武汉:武汉科技大学,2007.

The preferences of the blasting design for the pillarless sublevel caving production

LIAO Cheng-meng1,MA Jian-jun2,CAI Lu-jun2,WU Ya-dong3
(1.Taihe Iron Ore Mine,Chongqing Iron&Steel(Group)Co.Ltd,Xichang 615041,China;
2.College of Science,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China;
3.Wuhan Iron&Steel(Group)Corp,Wuhan 430081,China)

TD853.36+2

B

1004-4051(2010)02-0093-03

2009-08-30

廖成孟(1982-),男,江西赣州人,工程师,重钢集团太和铁矿;

马建军(1958-),男,武汉人,武汉科技大学理学院,教授;

蔡路军(1975-),男,武汉人,武汉科技大学理学院,副教授;

吴亚东(1979-),男,武汉人,武钢集团,工程师。