某礦山深孔爆破采礦工藝技術研究及應用

鄭躍飛，蔣錫愛

（中鎢共享服務（湖南）有限公司，湖南 郴州 423037）

某礦山礦體情況較復雜，其礦體厚度變化大，平均厚度約為11.96m，礦體最大厚度73.89 m，最小厚度0.80 m，礦體傾角10°～40°。礦巖穩固性較好，礦石體重3.16 t/m3，普氏硬度系數f＝8～10，礦石松散系數為1.5～1.6，自然安息角為45°，有多個礦體適合采用深孔爆破工藝。礦山整體礦巖可爆性好，炸藥消耗低。

目前，礦山使用淺孔留礦法開采，人員及電耙進采場作業，暴露在大面積頂板下，淺孔鑿巖爆破，工人勞動強度大，安全作業條件差，采礦、出礦效率低[1]。為適應和滿足新建選廠3 500 t/d的供礦保障的要求，解決傳統爆破工藝面臨的諸多問題，2019年礦山研究應用深孔爆破工藝，以巷道內鑿扇形深孔的爆破方式取代了原大暴露面下作業的淺孔留礦法，采礦安全水平大大提升，采采礦、出礦效率大大提高[2]。

1 深孔爆破工藝研究

1.1 深孔爆破工藝類比研究

通過對礦山白鎢礦技術資料和國內外深孔爆破技術資料的分析，推薦1#礦體為首采區，從安全、回采率、貧化率（廢石混入率）、工程量等綜合分析，首先確定礦體采用垂直走向布置采場（圖1），研究確定采場結構參數：礦房寬15 m、礦柱寬15 m，平均長度60m。中段高度75m，共劃分為5個分段：355m、365m、378m、392m、406m，其中355m分段為無軌集中出礦分段；其次確定采準切割及回采工藝。礦房回采以切割槽為補償空間向礦房另一端回采，分段間可同時回采，但上分段需超出前一下分段1～3排炮孔，形成正臺階。礦柱回采，因礦巖穩固性好，沿走向每隔80～100 m作為一個回采單元，單元兩端留永久礦柱，待此單元所有的礦房回采完畢，再回采單元內部礦柱，可往礦房空區內強制崩落礦柱，統一在礦房塹溝內出礦。待礦房、礦柱回采結束后再對采空區進行充填[3-5]。

圖1 垂直走向布置分段鑿巖階段空場嗣后充填法Fig.1 Open-stopesubsquent filling method at sublevel drilling stage arranged in vertical direction

1.2 深孔鑿巖爆破參數研究

根據礦山的工程地質情況、爆破漏斗試驗，結合其他礦山的深孔爆破相關數據，確定礦山試驗采場試驗參數，切割槽炮孔：孔底距1.0 m，排距1.0 m，每排3～4孔交錯布置。正排炮孔：孔底距分別為2.1～2.4m，2.4～2.7m，排距分別為 1.2m、1.3m、1.4m、1.5m的組合試驗參數[6-8]。礦山現階段采用的炮孔孔徑為65 mm，根據現場多次爆破的效果、火工品消耗情況和炸藥單耗等指標，經綜合對比分析形成最終優化參數。切割槽炮孔：排距1.0 m，孔底距1.0 m，每排3～4孔交錯布置。正排炮孔：排距1.5 m，孔底距2.1～2.4 m。

1.3 出礦工藝及設備選擇

礦山深孔采場階段高度多為30～70 m，階段高度小于30 m的采場設平底底部機構。采場兩分段崩落下的礦石在底部分段采用3.0 m3遙控鏟運機進采場鏟裝礦石，從出礦進路、出礦橫巷鏟運至脈外礦石溜井；階段高度大于30 m的采場設底部塹溝，采場各段崩落下的礦石采用4.0 m3鏟運機集中在底部分段塹溝鏟裝礦石，從出礦進路、運輸巷鏟運至脈外礦石溜井[9-12]。采場的綜合生產能力達到300～500 t/d。

1.4 現場工業試驗研究及相關技術文件編制

綜合選定礦房1-1采為試驗采場，經過多次的技術培訓與交流，組織現場爆破作業，完成深孔爆破現場工業試驗。并形成“采礦炮孔設計、施工及驗收管理規定”、“深孔爆破管理規定”、“深孔大爆破施工組織方案”等技術規范。

1.5 深孔爆破工藝實踐

經過一年多的深孔爆破采礦，礦山已擁有采出礦能力的采場11個，深孔爆破總崩礦量77.61萬t，總炸藥消耗282 874 kg，平均炸藥單耗0.36 kg/t，崩礦量5.33 t/m。國內外礦山一次炸藥單耗一般在0.35～0.55 kg/t，礦山優化后的炸藥單耗 0.36 kg/t，處于優秀水平，爆破成本得到很好的控制。各采場深孔爆破技術經濟指標見表1。

表1 各采場主要爆破技術經濟指標Tab.1 Main blasting technical and economic indexes of each stope

2 深孔爆破技術成果

試驗研究取得了四項技術成果，即優化了深孔爆破參數，確定了適合復雜礦體的切割槽及炮孔布置，確定了正排炮孔中加強排的應用，安全高效的裝藥工藝與設備選擇及應用推廣。

2.1 深孔爆破參數試驗優化

礦山采用郴州七三二零化工有限公司的混裝乳化炸藥，炸藥密度為1.36g/cm3，在膨脹5～10min后的密度為1.15～1.20 g/cm3，炮孔孔徑65 mm。根據礦山深孔采場多次爆破的效果、火工品消耗、炸藥單耗等指標進行綜合對比分析，得到深孔爆破優化參數，孔徑65 mm的炮孔優化后的爆破參數見表2。

表2 優化后的爆破參數Tab.2 Optimized blasting parameters

2.2 復雜礦體的切割槽及炮孔布置

切割槽的布置：由于礦山礦體復雜不規則，礦體邊界變化大，部分礦體中、下部向內凹陷，下部變小，原設計的多個采場各分段切割槽采用倒臺階布置方式，造成諸多問題，包括：增加了炮孔布置的難度；造成部分采場爆破懸頂；影響爆破效率，部分采場要經過4～6次爆破才能形成底部出礦條件。研究確定采場各分段切割槽盡可能布置在同一直線上，為減少貧化損失可布置成正臺階形式，但絕不可布置成倒臺階形式。

切割槽炮孔布置：礦山前面采用了兩種切割槽爆破參數進行爆破試驗，爆破效果不理想存在多種問題，研究采用排距1.0 m，孔底距1.0 m，每排3～4個孔交錯布置的切割槽炮孔布置形式，通過礦山多次的爆破試驗，爆破效果最理想，爆破參數最優。優化后切割槽爆破參數布置形式見圖2。

圖2 優化后切割槽爆破參數布置形式Fig.2 Optimized layout of blasting parameters of cutting groove

2.3 正排炮孔中加強排的應用

在采場深孔爆破爆破過程中，由于裝藥質量不達標、爆破參數不合理等問題，造成切割槽爆破效果不理想，形成懸頂，正排第1排炮孔被破壞等情況。研究采用加強排布置形式，加大正排第1排的排距，減少正排第1、2排的孔底距，可有效地防止正排第一排炮孔被切割槽爆破破壞，確保是整個采場的爆破效果。

2.4 安全高效的裝藥工藝與設備選擇及應用推廣

綜合國內外的裝藥工藝及設備，礦山采用了安全高效的混裝乳化炸藥，其爆速4 700 m/s，是普通乳化炸藥的1.5倍。為減少工人勞動強度，保障深孔裝藥質量，礦山采用了半自動裝藥臺車，該裝藥臺車可用于窄矮巷道或高空切割槽裝藥，具有較大的靈活性和適用性，操作維護簡單，設備動力少且自動化水平高。該裝藥臺車采用地下垂直向上孔散裝乳膠基質、孔內低常溫快速敏化、水環輸送系統、炮孔末端靜態混合裝置等先進技術，解決了國內地下深孔散裝乳膠基質裝填的難題，顯著地減少了作業人員，裝藥作業人員3人/臺班，比普通裝藥機少3人/臺班。降低了工人的勞動強度，提高了裝藥效率，裝藥效率是普通裝藥機的1.5倍，能裝填水平、向上和向下直徑≥40 mm的炮孔，裝填深度≥40 m。

3 礦山現場深孔爆破成果

礦山應用深孔爆破工藝，以在巷道內鉆鑿深孔爆破方式取代了原大暴露面下作業的淺孔留礦法，提升了采礦過程的本質安全性，采礦效率大大提升，采礦成本降低，工人勞動強度降低，同時深孔爆破強大的采、出礦能力，保證了選廠的供礦。

3.1 優化采礦工藝，改善井下安全作業條件

改變原來淺孔留礦法的工作模式，采用深孔采礦，人員不用進入采場暴露在大面積的頂板下作業，只需在鑿巖巷內作業，采用更先進的鑿巖爆破設備，大大提升了采礦過程的本質安全性。

3.2 提高采礦效率和出礦效率

按原有的淺孔采礦方式，礦山單采場采、出礦能力67～75 t/d，實施4 500 t/d改擴建以后年產量達148.5萬t/a，需同時作業的采場在90～100個，井下根本沒有這么大的場地來布置采、出礦點，不可能滿足新選廠的供礦需要。礦山深孔爆破采場的綜合生產能力達到300～500 t/d，10～15個采場即可滿足需求，采礦、出礦效率提高4.7倍。經過一年多的深孔爆破采礦，礦山已形成11個采場的采、出礦能力，深孔爆破總計進行87次，深孔采礦量達到77.61萬t，出礦總量達到58.82萬t，占新選廠總礦石量的74%，能有力地保證礦山新選廠3 500 t/天的供礦。

3.3 減少作業人員

按原有淺孔采礦工藝，采場直接作業需要320～360人。優化后的深孔爆破工藝，采場直接作業人數降為120～180人，采場直接作業人員減少55.9%。

3.4 降本增效

原淺孔留礦法采礦，采礦成本52.17元/t，現采用深孔采礦，采礦成本43.35元/t，按148.5×74%萬t/a的采礦量計算，每年可節約采礦成本969.23萬元。原來選廠年處理量66萬t/a，現推廣深孔采礦工藝選廠處理量可達148.5萬t/a，供礦效益顯著。原來每年鎢精礦產量約3 000標t，現推廣深孔采礦工藝達產后每年鎢精礦產量可達4 500標t，按8.3萬元/t計算，每年可增加銷售收入1.25億元。

4 結論

（1）深孔爆破采礦工藝在該礦山的推廣應用，取締了大多數原來使用極不規范的淺孔留礦法的采場，避免暴露在大面積的頂板下作業，改善人員作業條件不用再進入采場，安全性大大提高，工人勞動強度降低、爆破效率變高，采礦生產效率得到大幅提升，有效地解決了礦山新選廠3 500 t/d的配套供礦問題。

（2）礦山深孔爆破工藝技術研究充分借鑒和集成了國內相關礦山深孔采礦的最新成果，優化了深孔爆破參數，確定了礦山復雜礦體的切割槽及炮孔布置形式，確定了正排炮孔中加強排的應用，試驗推廣現場采用混裝乳化炸藥及裝藥臺車，并在礦山深孔采礦中進行運用，其技術成果達到國內領先水平，在國內外同類技術中具備較強的競爭力。深孔爆破的工藝技術參數、相關管理辦法及現場組織管理經驗，在礦山多個厚大礦體采礦中得到很好的應用，提高采礦、出礦效率，采礦成本大大降低。研究推廣應用的裝藥工藝及裝備等新技術，也能為相關礦山提供借鑒。