大孔采矿爆破技术评述.pdf

，『 jc 陲 够I 大孔采矿爆破技术评述 长 沙 矿 研 究 院 型 7 ， - 一 。／u| 摘要 在掌握国内外近年 来直径藻孔采矿诸爆破拄术研究与臣用的基础上． 奉文指出了决定孔 同参数、药包形状 崩矿方式 装药结构和起爆系统的一般方法．} t 较了球、柱状药包的不同崩矿方式 和中间孔、边孔的药量许配等 并对研究应吊前景散了初步掉讨 一 、前 言 二、爆破孔 网参 数 地下大直径深 孔采 矿法 简称大孔采 矿 法是在井下 太直径 深孔凿岩机和 利文斯 顿 爆破漏斗理论 的基 础上产生的 ，它 的出现给 地下矿山提供了一个采矿效率高、成本低、 作业安全、矿石破碎质量好的新方法，并促 进了地下采矿 方法的技术进 步 。到 目 前 为 止 ，大 直径深 孔采 矿法不 仅在矿岩 稳固 、矿 体厚度大且规整的条件下得到应用，而且在 矿岩不稳 固、矿体较薄的矿 山 也 得 到 了应 用，给矿山带来了显著的经济效益。目前， 许多适合应用这种采矿法的矿山正在努力试 图将这种新方法应用于生产 中，为 矿 山 服 务 。 太孔采矿中，采 切工程包括掘进上部凿 岩 硐 室 、下 部拉底 、漏斗 以及必要的 出矿巷 道等。完成这些工程以后的采场爆破是获得 高效、安全 、低成本 的关键，因此采场爆破 采用的孔网参数、药包形状 、崩矿技术、装 药结构 、起爆技术是使该方法获得成功的决 定 因素 。 ． 5 ． 关于矿体可崩性评价，有一个技术储 备积累 经验 的过程。 无论 是RQ D法 、 RMQ 法 还是R MR 法都必须根据钻孔获取岩 芯 获 得 指标和在巷道中直接量测才能进行可崩性分 级和评价。往往 这些工作要在 矿块崩 落法设 计或采准施工后才能进行。对本矿块是滞后 一 8 一 大孔采矿法爆破 孔网参数的选择很大程 度 上受采场结构 要素的影响，而采 场结构要 素叉受矿体厚度 、形状 和倾 角 的 影 响 。因 此，尽管 大孔采矿法试图 实现井下采 场露天 化，但它毕竟不可能象露天爆破孔同参数的 选择可具有任意性。目前国内外一些地下大 孔采矿采用的孔网参数见下表。 大孔采矿法爆 破孔 网参 数有 许多值得研究 的工作 ，尤其 是 药包与 自由面之 间的抵抗 线距 离。在 球状药 包下 向 自由面爆破 中，药 包埋 深是 通过 利文 斯顿漏斗理 论获得的最 佳埋 深决定的．尽 管 利 氏漏斗 理论没有考 虑群药 包爆 破 作 甩 过 程，但对 于决定采场 孔网参 数仍然有指导意 义。因此许多矿 山在VC R法采场试验前 ，通 常首先做爆破漏斗试验，然后用利氏理论中 应变能系 数和最 佳深度 比换算成工业试验最 佳埋深 ““”，并 由此推算 出孔 距 和 排 距 通常等于或略大于最佳埋深。在柱状药 包懊 4 向梯段崩矿中，除了药包埋深一个参数 外，侧向抵抗线也是一个重要参数，它的大 的 ，仅能对 回采工作有 一定的指导 意义 。因 此对多年来用矿块崩落法的矿山，更多的是 要 根据经验进行类 比分析 评价矿体可崩性， 采用J Z P Z 法进行矿块可崩性分析和 大 块预 洲， 以指导 回采工作 。 责 任编辑肖泽 铭 有色矿山～l 9 9 六5 1{ 维普资讯 地 下 大 孔 采 矿 孔网 参 数 国 家 矿 山 f 球 状 药 包 l 柱 收 药 包 美国 埃斯凯兰特银矿 3 m 3 1 11 j 3 mx 3 r i l 美国 l 6l 矿 】 ． 2 mxI ． 2 m～3 ． 0 血x 3 ． o m l 加拿大 斯 特拉 斯康 纳矿 3 mx 3 m 智利 埃尔索尔达多矿 2 ． 4 mx 2{ m～3 o m3 ． o m 3 ． 5 m4 ． 5 m 加拿大 镉崖北矿 ； ． e m3 ． 6 m 加拿大 百周年 纪念矿 2 ． 4 mx 2 ． { m～ 3 ． 0 m3 ． 0 m 中国 凡 口铅锌 矿 2 ． 7 m x 2 7 m～3 ． 0 mx 3 0 1 3 mx 3 ～3． 2 1 1 1 中国 金 J I 二矿 2 6 m x 2 5 ～ 3 m J 中国 凤 凰 山 铜 矿 ． T m 2 T 1 1 1 ； d 与爆破块度有直接关系。侧向抵抗线根据 类似 的利 氏漏 斗试验决定 。 与我 国不 同的是 ， 国外很多采用大 孔采 矿法的矿山，通常是在生产中摸索经验，经 过严格的管理 ，比较不 同孔 网参 数的回采 效 果 ，决定较为 合理 的参 数。 三、球状、柱状药包的崩矿 1 ． 球状药 包崩矿 大 直径 深孔采 矿法 一开始是用下 向 自由 面球状药 包垂直漏斗后退式 落矿 回采 的，故 称为VC R 法 。此时采场1只需进行 拉底 形成下 向自由面，以利氏漏斗理论作为基础，在单 个自由面条件下，用群药包分段起爆 。该崩 矿方式 ， 由于利用 了高威 力乳化油炸药，使 与岩石匹配性能好，加上倒漏斗作用，炸药 能量利用得比较充分，一次使用的炸药量可 以根据 帮壁情 况予以控制，故对环境破 坏较 小。崩矿设计可 随着 矿体形态变 化而变 化， 降低了矿石的损失贫 化。球状 药 包崩矿 的另 一 个 优点是爆破块度 能够 得到控制，生 产能 力与 一般 空场法相 比要大 得多 。 2 ． 柱状药包崩矿 为了改变必须采用成本较 高的高威 力乳 化爆萄，提高采场综合生产琵力，V C R 法的 变形方 案柱状药 包侧 向台阶梯段 崩 矿 产 生 了。它是 利用 倒 向和 下向两个 自由面进行爆 破 厨采 的。国外也把这种采 矿法称为端部竖 分条落矿大 孔采 矿法或垂 直后退 式 采 矿 法 有 色矿 山一 l 9 9 2 ． 5 V RM法 “ 。这种 方种 除 了具 备V c R法 的优点之外，还能采用如铵 油炸药一类的低 成本炸药，适 当增大孔 网参 数，因此许多 推 广 使用 V C R法的矿 山正在探 讨采用该 方法 的 可 能 性 。 3 ． 球 、拄状药 包的 不同作 用机理 球状 和柱状 药 包爆破在作用机理方 面是 不 同的 ，文 献 [5]的结果认为柱状药 包爆 破时，作用在孔壁上的应变峰值大于球状药 包的孔 壁应变峰值。文献 [ 6]引用 了哈努 卡耶夫等人对球 柱状药包进行爆速 、波阵 面速度和波阵面压力等的测试结果表明；柱 状药 包爆破激 起的冲击波参数比球状药包更 大 。达 沃等人在 油页岩 中测得的能量传递系 数表明 ，柱状药 包比球状 药包要大，这说 明 在药包附近产生 的冲击波 ，柱 状药包 比球状 药 包更慢 由此 我们 可以看出，采用柱 状药 包爆 破能降低炸药威 力，略为增大 孔距 而不 致影响爆 破效果。其次球状药包爆破时 仅一 个 下向 自由面，而柱状药 包爆破时 通常有 下 向和 向两个 自由面，能充分 利用 反射拉应 力波作用 ，也许是 能够降低炸药威 力和增大 孔距 的另一个 原因 。 但是柱状 药包崩矿并非尽善尽美，对于 矿体 形状不 很规整 ，矿岩 条件相 对不很稳 固 的矿体，VC R法仍有其 优越性，如美国内华 达州的1 6l矿 ，经现场生 产实践 已由VR M 法政为 V C R 法 。故 矿山采用 球状 还是柱状 药 包崩 矿方 案必须根据矿体 赋存条件决 定。 维普资讯 四、装药结构 炮 孔 中装药长度 ，直径和间隔材料的变 化引起了装药结构的变化。地下大直径深孔 采矿爆破与其他深孔爆破一样，可以选择连 续装药，分层间隔装药 、经 向和环向不偶台 装药等 。还可选择不 同的间隔材料 。 在一定的炮孔直径条件下，装药结构反 映了爆破 时能量的分布 。为 了克服 岩石 的夹 制作用，保护屙围帮壁 矿柱或充填休的 稳定性，控制最大一段药量，具有 良好的破 碎效果，必须具有台理的装药结构。 采用 球状药包 向下落矿时 ，由于一个孔 一 层 装药量受 到限制 装药 长度 应小于等于 炮 孔 直径 的 6～ 8倍，爆破时对 两帮的影 响较 小，最大 段药量也不会太大 。因此 装药 结柯通常采用一层炸药一层砂子填塞的间隔 装药 。边孔 不须 作特 殊处理 。 对 于柱 状药 包侧 向梯段崩矿 ，由于装药 长度较长，一次装药量大，所以大多采用分 层 间隔装蓟 以控制冲击波 ，应 力波 峰值 ，减 少炸 药消耗 。对于靠 近矿柱的边孔，大多采 用不耦台装药，壤轻对恻帮的影墒。当每排 布置四个炮孔，采用似 “ V ”形起爆方 式， 可 以用 以下方 法计 算 中问 孔与边孔的葑量卦 配 设排距为a ， 中间孔与 边孔孔距为b ，则 中间孔抵 抗线w中a ，边孔抵 抗线为w边 a b ／ a b 如图 1 。根据炸药与抵抗 线的关系 。 QK W 十K3 W 十K4 W 当抵抗线 1 m≤w≤ 1 5 m时 上式 町写成 QK W 。 式 中 Q 一炮孔装药量 K 、K ，K 一 决定予岩 性 和 炸 药 的经 验系数 ， w一抵抗线 ， ab 、 3 可 。得 Q 边 s w 边 。 ‘ 、 、 ， 亏 j ’ 丽 。 所 以 吣 Q 中 ／ 我们注意到排距与孔距之比为邻近系数 m的 倒数，故 吣 Q 中 据上述可推得边孔装葑量占总 药 量 的 百分 比，如采用矩形布孔，n l 1 ． 4 ， 则边孔装药 虽 为 总药 量 的 3 5 。 。 、 自由 面 圈1 炮孔 布置 围 为了实现以上胁药量分配，边孔陴药通 常采 用分层 空气 间隔装药 。 空气间隔装药不仅能 降低冲击波，应力 波峰值，减少孔壁周围岩石的过粉碎，缓解 对两帮矿柱 或充填体的影响，而且能使 能量充分作用于矿岩，获得良好 的 破 碎 块 度。通过调整空气间隔长度，还能够使柱状 装药 高度 处于台理范 围之 内，而不使炮 孔 中 装入过多炸药面浪费。 五、起爆方式和起爆 系统 按照 一定 顺序，一定方 式 一定时问间 隔起爆各炮 孔 中各 分段 分层炸药是一个动态 过程，这个动态过程决定了炸药爆炸对的作 用方式 和药包 之间 应力波 和高温高压 气体相 互交叠 ，柑 互干 涉的关系 。任 何一次爆破可 以选择 众多 的起 爆方式 ，然而为 获得 良好 爆 破 效果 必须研究采用哪 种方式更台理。 有 色矿 山一 l 9 9 2 ． 5 维普资讯 球状药包V c R 法崩矿通常采用中间孔一 字形起爆方式和分区菱形起爆方式。由于它 崩矿高度小。又是 向下落矿 。这两种方式有 其优越性 ““”。每段采用 的微差间隔时间 大多为2 5 毫秒。若是多 分层 爆破 ，则 下分 层 先起爆 。上 分层后起 爆 。延 迟5 0 7 5 毫秒。 柱状药 包侧 向梯段崩矿 。一方 面要考 虑充分 利用 下向和侧 向两个 自由面 落矿，另外还要 控制最大一段药 量，减少对 两帮 矿 柱 的 影 响，所 以分段 比较多。 通常采用 的起 爆方式 为中间孔分段先起爆。边孔后起爆。从而获 得利用动态侧 向抗抗线减小达到采用小抵抗 线大孔匪爆破。改变边孔爆破作用方向 指 向采场 内翻 的 目的。上下分层采用5 0 毫秒 左右的延期间隔 。球 状 、柱状药 包起爆 方式 分别如图 2，图 3。 { a 菱形分区起瀑方式 宅 2 兰 量 冬 量 2 2 l 1 1 1 1 1 1 1 1 ● - ● ● - ● ● ● ● ●。一 3 3 3。 3 3 3 3 0鲁 b 一字形起爆方式 田2 球形药包起黑 圈3 柱状 药 包似 “ V 形 起黑 为 了实现大 孔采矿法 的起爆 方式 已有 多 种类型的起爆 系统 。如 国外 的C o r d l i n e导爆 索起爆系统，Pr o e o r e 辅助滑套起爆 药 包起 爆 系统。我 国的低能导爆索 滑套 式药柱微羞 起爆 系统 、 电磁感 应起爆 系 统 和通 有 色矿 山 一 l 9 9 2 ． 5 常采用的导爆管导爆索联 合起爆 系统 。这 些 起爆系统有一个共 同特 点。 即能 使地 下大 孔 采矿爆破 实现 空问上的多排多层分段 起爆 ， 它们为大孔采矿爆破获得好 的效果提供了保 证 。 六、今后的研 究前景 大 直径 潦孔采矿法尽管 已被 广泛采用 。 许多实际问题也已缓解决，爆破效果也能在 一 定范 国内得到控制。然而还并不完 善。如 不同装药结构、不同起爆方式条件下的破碎 范 围，对充 填体 的影响的控制机理等 还必 须 做进一步地 深入研究 ，大 孔采矿法爆破数学 模型的研究对爆破设 计标 准化、规范化具有 重要 意义。然而 目前 仍需要 许多假设条件 。 如不 计爆炸气体 的作 用。把岩 石定为高波阻 抗，仅考 虑应力波破坏岩 块，岩 体中的节理 裂 隙对 块度 的影响可被忽略，而仅 仅加上适 当的 修正系 数。这 些问题明显 地降 低了数学 模型 的实 用性 、可靠性。 目前 国外爆破数模 专家从爆破结果统计的角度出发，在解决上 述问题时 已积累 了成功经验 ，我 们 值 得 借 鉴 。大孔 采矿法 爆破数模一 旦 成 功，将 能 在输入矿 石条 件，炸药性质 和 爆 破 参数以 后，比较设计方案哪种更优越，对于矿山的 科 学化管 理具有重大作 用。 参考文献 j戴献瑞等．凡口矿大直径球形药包崩 矿 采 矿 怯 有色盒属 矿山部分 ，1 9 8 6 年2 月 2孙忠铭等 ．大直径深孔采矿技术曲研究和应用 ，有 色盒属 矿山部分，1 9 8 6 年2 月 3长沙矿山研究院 ．凡 口矿高阶段深孔采矿法爆破技 术的研究， 鉴定资丰 斗 ，l 9 9 0 年l 2 月 4孙再东译 克赖顿矿V RM怯高教 采 矿 的 成 功 经 验 ，世界采矿快报 ，1 9 9 1 ．7 7 5哈根 ．咕里斯 凿岩爆破技术． 武钢科协办 ． 1 9 8 6 年 6钮强 ，岩石爆破机理，东北工学院出版挂，l 9 9 0 年 8 月 7王廷武等 ．地面与地下工程控制爆破 ，煤炭工业出 版社 ，1 明0 年8 月 维普资讯 ≮ 7 I } 参 张家湾矿床的矿柱回采 贵 州 汞 矿塑 苎 L 19 8 弓， 提要；贵州录矿开栗已 有6 o 0 亲年， l l 6 “ ． 资源莲溉枯榀．将进大量矿柱 ‘ 硗柱回采 所段．初 步塌查证啊．在二、四、六备坑留有矿柱7 0 0 泉个．保有汞盒量达8 o 0 亲吨．相当于一个中型汞 矿 的 资 源，必 须 千 方 百计加以回收以缓解矿山资源不足的危机和满足市场对汞金属的需要．本文就该矿床矿 柱回采的实践经验作介绍． 一 、矿床赋 存条件及采矿方法 张家 湾矿床位于湘黔汞矿带万 山矿 田的 中部， 南为杉木 董矿床 ， 北与 大小铜 、黑铜 子矿床相邻 。矿床赋存于 寒 武 统￡ l 层 中 的 巾下部，岩性为条带状自云岩，矿岩均较稳 固，f 8 ～1 2 。 矿 床的分 布受Nww向褶皱 和断裂 的控 制，最大的断裂 为张家 湾断裂 ，全部大 小的 矿体斜依于该断裂的旁侧。 围岩蚀 变的 褪色现象与重晶石作 用或 硅 化与矿体有密 切关系。另外，还有 自云石 化 和方解 石化 此 次回采的矿柱是张家 湾矿床 的主要 矿 体之一的3 号矿体。该矿体呈似层状和 透 镜 状， 项部通常平缓， 底部凹凸不 平 存 有 分 枝 ， 边端变薄或尖灭 。 矿体 走向2 9 ～ 3 1 。 3 0 ， 产于 张家 湾断裂两侧 ， 倾 角5 ～7 。 ， 长8 3 0 m， 宽4 0 3 4 0 m，厚度5 2 6 m，品位0 ． 0 0 4 ～ 1． 0 2 5 6 O 年代初期，该矿体采 用留不连续矿柱 的浅孔房柱法开采 ，采 场跨度 一般 为 1 2 m， 0 q ●m q 噜。 8盘川V C R怯联合试垃蛆，金川矿 区不 稳 固 矿岩 VCR采矿 怯试 暄研究 ，长沙矿 山院 季 刊 1 0 8 目 年 ． 6 2 9 皓抄矿 l』 f 研究院 ．DHMs l 型侮能导瀑索 滑 套式 徽差起 爆 系统工 业试验报 告 ，鉴定 资韩 ．1 9 9 0 年 t 2 一 I 2 一 ； ／ 最 大达 1 8 m左右，矿柱直径 一般为4 m， 回采 过程 中，不留 护顼皮 和顶底柱 ，矿柱 的承担 面积 一般 为1 9 6 m 。矿房回采时 的主要 技 经 指标为 采 矿 台效6 8 t ／ 台 班 掌子面 工教8 。 4 t ／ 工 班 j 回收率9 4 ％； 贫化率；3 ． 8 ％J 炸药 消耗 0 ． 2 3 k g ／ t 。 二、矿柱 回采 1 ． 矿岩橱理 力学 性质 经取样测定，有关的岩石和矿石试块的 物理力学性质如表所示 。 矿岩物 理力孝性质裹 抗压抗拉矿岩 弹性泊松肉聚 肉 名 亭 塞 i P 4 MP a I ， I I ． 3 MP a 角 月 0 闽鸿久等．电力起爆器材的技术变革 ．第三次生国 采矿学术会议论文集．1 9 8 9 年t 1 月 责任 编辑肖泽铬 有 色矿 山 一 l 9 9 2 ． 5 维普资讯