四川某铁矿扇形炮孔布置形式分析与规范化研究_朱强

·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１３年第１１期
文 章 编 号 ：１００８－７５２４（２０１３）１１－００３５－０５
四川某铁矿扇形宝会
（西南科技大学 环境与资源学院，四川 绵阳 ６２１０１０）
四 川 某 铁 矿 主 要 开 采 对 象 为 Ⅰ 、Ⅱ 矿 体 ，矿 体 倾角 在 １０～５０°，厚 度 ６～３０ ｍ，平 均 厚 度 １１．４ ｍ，矿石平均品 位 ４６％ 左 右。 两 个 矿 体 均 属 缓 倾 斜 中 厚 矿 体 ，矿 体 下 盘 围 岩 为 变 质 白 英 砂 岩 ，中 等 稳固，上 盘 围 岩 为 白 云 大 理 岩，不 稳 至 中 等 稳 固， 矿 体 与 上 下 盘 岩 石 接 触 带 区 域，矿 岩 异 常 破 碎。 矿山主要采矿方 法 为 无 底 柱 分 段 崩 落 法，其 主 要 结 构 参 数 为 １０ ｍ×１０ ｍ（分 段 高 度 × 进 路 间 距 ）， 崩 矿 步 距 １．８ ｍ。 １ 扇 形 炮 孔 爆 破 条 件 的 分 析
缓倾斜中厚矿体条件下无底柱分段崩落法的 炮排布置又具有 自 身 的 特 殊 性，因 为 在 缓 倾 斜 中 厚 矿 体 条 件 下 ，炮 排 将 会 布 置 在 ３ 个 区 段 之 中 ，分 别是上盘区 段、中 间 区 段、下 盘 区 段，如 图 ２。 在 这３个区段中中 除 了 中 间 区 段 外，上 盘 和 下 盘 均 属 于 矿 岩 混 采 区 段 ，崩 矿 条 件 复 杂 ，因 此 有 必 要 对 这３个不同区段 的 炮 排 布 置 加 以 研 究，确 定 出 最 合理的布置方式。
该矿矿体属于 缓 倾 斜 中 厚 矿 体，回 采 进 路 中 扇形排面的 边 孔 角 取 值 为 ３０～３５°，根 据 以 上 爆 破边界条件的分 析 可 知，现 行 的 边 孔 角 角 度 的 取 值有待改进。
根据缓倾斜中 厚 矿 体 的 赋 存 特 征，提 出 了 有 利 于 实 际 生 产 的 “不 同 区 段 、不 同 边 孔 角 ”的 方 案 ：
来 说，炮 孔 的 边 孔 角 是 扇 形 炮 孔 一 个 重 要 参 数。 若边孔角过大，会 增 大 下 一 分 段 炮 排 中 部 炮 孔 的 深度及凿岩难 度，致 使 爆 破 后 所 形 成 的 “Ｖ”形 槽 角 度 过 小 ，从 而 不 利 于 散 体 的 流 动 ；如 果 边 孔 角 过 小 ，则 会 使 边 部 炮 孔 进 入 散 体 挤 压 带 范 围 之 内 ，无 法保证炮孔爆破 有 足 够 的 碎 胀 空 间，从 而 爆 破 时 容 易 出 现 药 壶 效 应 ，不 能 有 效 地 崩 落 矿 岩 ，容 易 形 成大块矿石 产 生 区 （图 ３ 中 Ａ 区）。 这 也 是 该 矿 ２５４０分段以上大块率较高 的 原 因 之 一，此 外 边 孔 角过小还可能造成“悬顶”现 象［３］（图 ３）。 该 矿 在 生 产 中 边 孔 角 的 大 小 不 固 定 ，角 度 各 个 方 向 ，边 孔 的起始位置也不 固 定，前 后 排 以 及 相 邻 进 路 的 边 孔角也不一致，这 种 情 况 将 会 导 致 进 路 间 的 桃 形 矿柱呈不规则的 锯 齿 状，爆 破 后 容 易 出 现 大 块 甚 至 是 “悬 顶 ”和 “隔 墙 ”事 故 。
图 １ 无 底 柱 分 段 崩 落 法 边 界 条 件 示 意 图 根 据 工 程 爆 破 理 论 ，这 ３ 类 约 束 边 界 中 ，实 体 岩壁边界对扇形炮孔爆破的约束力最大。该边界 与炮排平面内的 两 个 边 孔 位 置 重 合，因 而 只 要 炸 药量适当且有合 宜 的 碎 胀 空 间，就 可 将 矿 石 沿 着 边界崩开，并在边 界 局 部 范 围 内 形 成 厚 度 为 炮 孔 半径３～ ７倍的破碎带 。 ［２］ 而ｉｊ边 界 炮 孔 又 有 所 不 同 ，其 所 在 部 位 的 炮 孔 与 部 分 炮 孔 斜 交 ，此 处 的 爆 破 夹 制 力 最 大 ，达 不 到 设 计 预 期 的 爆 破 效 果 ，在 孔底常常留有一定量的残眼。为避免这种现象， 在 实 际 工 程 中 ，尽 量 将 这 部 分 的 炮 孔 深 打 ，但 应 避 免与邻排炮孔打透。 就回采爆破所 形 成 的 散 体 边 界 来 说，根 据 形
ｆ．爆破 管 理 制 度 不 完 善。 由 于 缺 乏 完 善 的 管理 机 制，凿 岩 深 度 往 往 不 足，施 工 精 度 低，工 人 的 工 作 责 任 心 不 强 。 上 报 数 据 出 现 “打 少 报 多 ”的 情 况 。 再 加 上 矿 区 的 矿 体 较 破 碎 ，错 孔 、堵 孔 以 及 塌孔等现象较为普遍。爆破环节中深孔装药不到 位 ，拟 崩 落 矿 体 的 顶 部 往 往 不 能 被 有 效 崩 落 ，这 些 问题的出 现 都 为 矿 山 矿 石 的 回 收 带 来 了 不 利 影 响。 ３ 炮 孔 布 置 形 式 的 优 化 措 施 ３．１ 扇 形 排 面 边 孔 角 的 取 值 优 化
ａ．中 间 区 段 （纯 矿 石 区 带 ） 对于矿区来讲，由 于 矿 体 属 于 缓 倾 斜 中 厚 矿 体 ，每 一 分 段 的 起 始 部 分 位 于 上 分 段 未 崩 落 区 ，没 有上部覆岩，爆破 实 际 上 是 在 上 部 空 场 的 情 况 下 进 行 ，属 于 半 自 然 松 散 状 态 爆 破 ，其 崩 落 矿 岩 的 安 息 角 一 般 比 自 然 安 息 角 大，但 较 挤 压 安 息 角 小。 经测算，空场条件 下 该 矿 区 铁 矿 石 的 放 矿 安 息 角 为４０～ ４５°左 右。 因 此 从 放 矿 角 度 考 虑，中 间 地 带 （纯 矿 石 区 ）边 孔 角 取 ４５°。 ｂ．上 盘 区 段 如果考虑到每分段开始部分回采兼有的崩落 围 岩 和 放 顶 以 释 放 地 压 的 功 能 的 话 ，４５°的 边 孔 角 崩落区至上部实体围岩的距离仅为 ３．０～３．５ ｍ， 不能有效崩透相邻的回采巷道并使采空区相互贯
回采进路所形成的边界是指由上下分段回采 进路所构成的边界约束条件。回采进路在开挖与 回采过程中由于 采 动 应 力 和 原 岩 应 力 的 作 用，进 路四周岩体径向 将 产 生 压 应 力 和 压 缩 变 形，切 向 则 产 生 拉 应 力 和 拉 伸 变 形 ，当 压 、拉 应 力 超 过 岩 石 的 抗 压 、拉 强 度 时 ，就 会 在 进 路 四 周 一 定 范 围 内 形 成围岩裂隙带 （围 岩 松 动 圈）。 此 外，由 于 岩 体 的 自 重 ，就 松 动 厚 度 来 说 ，巷 道 底 板 小 于 两 帮 。 由 于 回采进路四周存 在 松 动 圈，使 得 进 路 边 界 部 位 处 的夹制作用大大 减 小，从 而 所 需 的 爆 破 力 度 也 大 大降低。因此，对 处 于 炮 排 内 部 分 炮 孔 孔 底 部 位 的 进 路 边 界 （如 图 １ 中 ｃｄ，ｄｅ，ｇｈ，ｈｉ），可 以 适 当 增 大孔底与进路边 界 之 间 的 距 离，以 使 炸 药 爆 破 冲 力与边界约 束 阻 力 相 协 调，降 低 生 产 成 本。 对 处 于 回 采 进 路 边 界 ａｋ 的 炮 孔 ，在 离 孔 口 的 一 定 的 范 围内，可 交 错 装 药，适 当 减 少 炮 孔 的 药 量，以 避 免 矿石过度粉碎 。 ［１］
＊ 收稿日期：２０１３－０４－２６ 作者简介：朱 强（１９８９－），男，西南科技大学矿业工程在读硕士，ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｕｑｉａｎｇ１１８８＠１２６．ｃｏｍ。
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·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１３年第１１期
成 边 界 条 件 的 不 同 ，可 分 为 两 类 ：一 是 由 与 边 界 面 斜交爆破形成的 边 界 （ｂｃ），二 是 由 与 边 界 重 合 炮 孔（边孔）爆 破 形 成 的 边 界 （ｅｆ与ｆｇ）。ｂｃ段 是 相 邻两排炮在实体 边 界 条 件 下 爆 破 形 成，在 此 位 置 孔底的夹制作用 较 大，以 致 无 法 形 成 较 为 平 整 的 边界，这也正是此 处 往 往 不 能 被 顺 利 崩 透 而 形 成 隔墙的原因。而ｅｆ与ｆｇ边 界 是 由 上 分 段 排 炮 边 孔爆破所形成 。 ［２］
Ａ 区—为大块形成区
图 ３ 边 孔 角 与 松 动 范 围 的 关 系 ｂ．炮 孔 的 深 度 不 足。 矿 山 分 段 高 度 为 １０ ｍ，而排面中间 部 位 的 炮 孔 深 度 仅 打 １１ ｍ 左 右， 不能很好的达到无底柱分段崩落法中桃形矿柱的 高度要求（正 常 情 况 下 一 般 为 １２～１４ ｍ 以 上 ）， 这样极易形成悬 顶 并 发 生 隔 墙 事 故，这 也 是 在 矿 山的悬顶部位看不到炮孔的原因。炮孔深度不足 在国内其他使用无底柱分段崩落法的矿山也较为 常见。 ｃ．扇形炮 孔 未 能 严 格 按 照 拟 崩 落 矿 层 的 形 状布置。正常回采进路间的桃形矿柱未能在爆破 设 计 图 中 显 示 ，这 使 得 矿 山 在 施 工 中 ，经 常 出 现 长 度不够或者透孔的现象。由于未按照实际崩落矿 层 形 态 设 计 布 置 炮 孔 ，超 爆 、欠 爆 现 象 十 分 普 遍 。 ｄ．矿体上 下 盘 处 炮 孔 布 置 的 排 数 没 有 进 行 规 范 化 ，随 意 性 较 大 。 在 实 际 情 况 下 ，矿 区 在 上 盘
摘要：对无底柱分段崩落法扇形炮孔爆破的边界条件进行了详细分析 ，并针对缓倾斜中厚矿体条件下的炮排布孔 方式和爆破方式进行了优化改进及规范化研究，形成了缓倾斜中厚矿体下的扇形孔的标准布置形式 ，并成功应运于四 川 某 铁 矿 ，取 得 了 良 好 的 效 果 。
关 键 词 ：无 底 柱 分 段 崩 落 法 ；缓 倾 斜 矿 体 ；扇 形 炮 孔 布 置 中 图 分 类 号 ：ＴＤ２３５．４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
·试验研究· ＩＭ＆Ｐ 化工矿物与加工 ２０１３年第１１期
切岩过多导致贫 化 过 大；下 盘 切 岩 过 少 则 会 导 致 上分段的转移矿量以及下盘残留矿量回收不足， 造成矿石的损失贫化。