原地爆破浸出待浸松散矿堆的布液孔施工技术研究.pdf

第5 5 卷第4 期有色金属 矿山部分 原地爆破浸出待浸松散矿堆的布液孔施工技术研究 南华大学建筑工程与环境资源学院王小波。李广悦刘文彬黄伟李凌波 摘要针对某铀矿在原地爆破浸出特浸松散矿堆中施工布蔽孔时遇到的技术C o l 题，结旨M K 一2 A 型垒液 压钻机和K D 一1 0 0 型钻机的结构特点，研制了与其配套的S K Z 型钻具，并进行了现场生产应用。布液孔施工 的成孔率由2 0 ％提高到9 5 ％以上，成功地解决了囤扰落矿多年的在松散矿堆中施工布液孔的技术难题。 关键词原地爆破浸出钻具松散矿堆钻进 一 ． 啦弓 纷 1问题的提出2国内外概况 原地爆破浸出工艺，其突破了传统硬岩矿石开 采和加工理念，是常规采、选、冶技术的综合发展。 因此具有效率高、成本低、投资省、资源回收率高等 优点，尤其是可减少矿 废 石的出窿量，是一种少废 料排放的安全、绿色技术。国外在2 0 世纪3 0 年代 开始试验研究并逐步应用于铜、铀等金属矿床开采。 我国的原地爆破浸出研究与实践，开始于2 0 世纪 6 0 年代．至9 0 年代已成功应用该技术建设了国内 首座溶浸型矿山。 布液浸出技术是原地爆破浸出工艺的核心技术 之一，布液方法选择一般根据矿体的产状和爆破筑 堆方法确定，当矿体倾角 7 0 。，且采用分段或阶段 深孔爆破筑堆时，钻孔布液就是一种非常有效的布 液方法。某铀矿山是我国首座溶浸型矿山，采用分 段深孔爆破筑堆．矿体倾角5 0 。。在以往的生产实 践中，采用了钻孔布液浸出方法，但因钻孔设备和施 工技术等方面的限制，布液孔不能顺利地穿过爆破 裂隙带深入矿堆，即使进入矿堆，不是出现埋钻事 故，就是提钻后因钻孔富水导致孔壁垮塌，成孔率 低。所以布液管大多只能插到矿堆周围的爆破裂隙 带。在这种情况下布液，由于边壁效应的影响，很大 一部分溶浸剂沿矿堆边缘向下渗流，导致矿堆中央 的矿石因不能与溶浸剂充分接触而得不到有效浸 出，布液均匀度低，影响整个矿堆的浸出率。为了改 善地下矿堆布液的均匀度，提高矿石浸出率，必须将 布液孔深入矿堆或穿过整个矿堆。因此，解决爆破 松散矿堆布液孔施工的钻具及其配套施工技术就成 为钻孔布液的一项关键技术。 * 王小波高级工程师湖南衡阳4 2 1 0 0 1 根据布液浸出的技术要求，为了不影响爆破松 散矿堆的渗透性能，布液孔钻进施工不允许采用泥 浆或速凝水泥护壁。根据调研，国内外地质勘探部 门还未遇到过类似情况，没有这方面的钻孔施工经 验．也没有进行这方面的研究，更没有适合在小断面 坑道中向爆破松散矿堆钻进不同方位、倾角钻孔的 矿山专用设备。 根据有关资料介绍，原苏联曾研究井下爆破矿 堆跟管钻进布液孔的方法。他们在矿堆中钻孔，并 进行抽、注液试验，测定矿堆渗透性能，进行中子测 井检查浸出效果．或用于对地下矿堆二次爆破。但 跟管钻进的方法和手段，仍处于试验研究阶段，尚未 用于工业生产。 3 适合爆破松散矿堆钻进的钻具研制 1 钻机的技术参数。M K 一2 A 型全液压钻机 图1 技术参数为钻孔直径4 6 ～9 1 r a m ，钻孔深度 7 5 m ，输出扭矩2 2 0 ～4 5 0 N ．m ，给进能力1 6 k N ，起拔 能力2 3 k N ，给进行程5 0 0 r a m ，钻杆长度o ．8 ～1 t5 m ， 外径4 2 r a m ，钻杆接手外径4 2 m m ，内径1 8 m m 。 图1M K 一2 A 型全液压钻机 万方数据 8 有色金属 矿山部分 第5 5 卷 2 设计原则。利用矿山现有的凿岩设备，对钻 机本身结构不进行改动，只对钻具进行改进．施工工 艺简单。 3 功能。该钻具可在原岩、爆破裂隙带和爆破 矿堆中钻进施工，能使布液管顺利进入矿堆。 4 设计思路。将布液管从钻杆中心孔送人钻 7 L 内，设法使钻头与钻杆脱离，然后再拔出钻杆，将 钻头、布液管留于矿堆内。 5 技术关键。原钻杆与钻杆之间采用接手联 接，联接处接手内径较小，有一台阶，不利于布液管 从钻杆中心送人孔底。为了方便布液管的插入，将 原钻杆的接手联接方式改为钻杆螺纹直接联接 图 2 。钻杆材料为D Z 4 0 号钢的无缝钢管，规格为 4 2 6 ，为便于在2 m 2 m 的坑道中使用，钻杆长度设 计为1 m 。 圈2改进后的钻杆联接方式 将钻头改为组合式，原钻头为整体式，无法与钻 杆脱离，为使布液管留在矿堆必须使钻头和钻杆设 法脱离。为此，将原钻头改为两段组合式，在终孔后 能够使钻杆和钻头脱离，使布液管留在矿堆。根据 钻机的钻孔孔径范围，设计钻头直径为7 5 r a m 。共 研制了两种形式的钻头 图3 一种为牙嵌式 S K Z 1 ；另一种为卡扣式 s K Z ～2 。两种形式的钻头 均为无岩心钻头，且都由两段组合而成，一段为合金 钻头体，另一段为与钻杆联接的接手．钻头体与接手 之间采用牙嵌式或卡扣式连接方式，以传递转矩。 圈3 改进后的钻头 4 布液孔现场施工 为检验钻孔施工的可行性，先选择地表松散矿 堆进行垂直钻孔试验，地表共施工4 个垂直孔，总延 米4 0 m ，施工顺利，没有出现卡钻、掉钻现象。为进 一步检验钻具性能及其构造上的合理性，接着在某 铀矿4 l2 采场，按设计要求进行现场施工试验．试验 钻孔总延米数5 0 6 m ，其中在松散矿堆中钻孔总延米 2 1 2 ．2 m 。试验取得圆满成功。 4 ．1 布液孔施工设计 布液钻孔排距决定于浸润半径。试验块段布液 钻孔排距按照浸润半径模拟试验公式确定。 广i ～ R o - 5 6 ／一l n 考i vⅥ5 式中，R 一浸润半径，m ； Q ，一平均布液强度，L ／m 2 ．h ； ‰半径R 处的布液强度，L ／m 2 ．h 。 按上式确定试验布液强度为6 0 L ／m z ．h ，钻孔排 距2 m ，布液管开孔间距为l m ．即布液网度为2 m l m 。每一排面钻孔布置成扇形．倾角5 。～1 0 5 。。图4 为其中一个排面的布液孔排面，表1 为布液孔参数。 2 8 2 。 1 8 2 。 ／k ／4 除诗 蚧 ， 圉4 布液孔排列图 表1布液孔设计参数 6 6 9 6 6 4 钻孔方位债角孔撂见矿琢度花管长度 编号 。 。 m m m l1 0 21 4 ．O5 ．o6 ．O 2 1 0 21 41 2 ．07 ．0 1 0 22 41 0 ．O5 ．5 45 1 0 24 3805O 1 0 26 23 ．O 1 0 27 ．57 ．O 2 8 28 4l O ．O1 0 ．0 82 8 21 4 ．01 d ．o 4 ．2 布液孔施工 1 钻机。钻机采用矿山现有的M K 一2 A 型全 万方数据 第4 期王小波等原地爆破浸出待浸松散矿堆的布渡孔施工技术研究 9 液压钻机和K D 一1 0 0 型坑道钻机，配用S K Z 型钻 具进行施工，要求钻孔通过原岩、爆破裂隙带，最后 穿过待浸矿堆。 2 S K Z 一1 型牙嵌式钻具的钻进施工。将钻 头与接手嵌合，而后与钻杆联接，按设计孔的方位、 倾角调整好钻机位置，即开机钻进。至设计孔深后， 将事先准备好的聚乙烯布辛匝管从钻杆中心送人孔 底，拔出钻杆，将钻头、布液管留于i L 内，布液孔施工 完毕，布液管线也安装完毕。 3 S K Z 一1 型卡扣式钻具的钻进施工。其施 工方法与s K z 一1 型牙嵌式钻具的施工方法基本相 同，不同的是拔出钻杆的方法不同。 上述两种钻具按设计要求在试验地段成功地钻 进了7 排4 7 个不同倾角、深度的钻孔，最深进尺为 2 0 ．4 m ，加上地表松散矿堆试钻钻进的4 0 m ，钻孔总 延米5 4 6 m 。在松散矿堆中最深进尺为1 4 m ，钻孔总 延米2 5 2 ．2 m ，纯钻进速度l m ／m i n 以上。钻杆损耗 率在4 1 m ／k i n 。 5S K Z 型钻具现场应用效果分析 从地表试钻和井下施工5 1 个钻孔没有发生掉钻、 卡钻情况表明．所研制的S K Z 型钻具具有以下特点 1 S K Z 型两段组合式钻具具有结构简单、工 作可靠。与烦琐的跟管钻进相比。既不增加辅助作 业时间，又不降低钻机的钻进效率，施工工艺简单， 成孔率由原来的2 0 ％提高到9 5 ％以上，技术性能 好。 2 S K Z 型组合式钻具适用于M K Z 一2 A 型全 液压钻机，也适用于K D 一1 0 0 型坑道钻机。不仅可 在破碎松散的矿堆中钻进，而且也可在原岩、爆破裂 隙带或松散矿堆中遇到大块岩石时钻进，实用性强。 3 用普通钻具，由于布液孔不能深人松散矿 堆，布液时矿堆上部会存在布液死角；采用S K Z 组 合式钻具，布液孔可深入松散矿堆深部，待浸矿堆上 部不存在浸出死角，减少了布液工程量。 4 破碎松散地下矿堆的钻孔施工是多年来困 扰该矿布液的一大技术难题，使用S K Z 型组合钻 具，圆满解决了布液孔施工技术难题，改善了地下矿 堆布液浸出的布液均匀度，提高了浸出率，为钻孔布 液提供了技术保证。 6 结语 结合某矿钻机特点研制的S K Z 型组合钻具，能 同时在原岩、爆破裂隙带和松散矿堆中钻进施工，成 孔率由原来的2 0 ％提高到9 5 ％以上，钻具结构合 理，施工工艺可行，圆满解决了地下爆破矿堆布液孔 施工的工艺技术。与原来的布液相比．布液均匀度 达8 9 ．7 4 蹦，提高浸出率5 ％，且减少了布液工程量， 从而完善了钻孔布液技术，提高了钻孔布液浸出技 术水平，有显著的经济效益和社会效益。 口 ⋯ ■”⋯⋯⋯- ●⋯⋯⋯⋯ 上接第3 1 页 井内进行挖坑，工作量大，且导硐存在垮塌的危险， 作业前，须充分做好安全准备工作。此法主要适用 干粉矿堵塞和小块结拱堵塞，堵塞部位离上中段 1 0 m 以内效果极住，成本低f 也常用在振动放矿日 处的堵塞。 2 接杆提药法疏通溜井的特点是安全、经济、 有效。特别对于高位堵塞、大块结拱的处理效果更 明显。据测算，若采用原溜井旁施工附井进行疏通， 需花费3 万元及一个多月的施工时间，而接杆提药 法疏通溜井，只需3 0 0 0 元，仅为1 0 ％，且两天可疏 通，故接杆提药法疏通溜井，不仅能节约疏通成本， 更能节省时问，值得类似矿山溜井堵塞疏通借鉴。 但接杆提药法的技术难度大，在操作过程中，往往由 于接杆对接长度过大，柔性大，提升炸药时易弯曲， 不易到达堵塞部位，则需在接杆的顶部加工一个导 伞起固定作用。 3 气球载药法的条件限制多，气球载药上升的 高度不易控制，加工氢气球应有足够的空间，气球的 质量须有保证且溜矿井的规格需大于氢气球的直 径。此法主要用于高位溜井粉矿或大块堵塞，且存 在堵塞自垮的危险现象，无法进入溜井中心作业，其 处理堵塞高度在5 0 m 以下。 4 水冲法应用于粉矿堵塞或小块结拱堵塞，工 艺简单，成本低；但此法应慎用，在操作中应控制好 水量，防止恶性跑矿事故。 5 利用附井疏通，此法可用于所有的溜井疏 通，工艺简单，但其工期长、成本高。一般较少使用， 常用于其它方法无法进行有效疏通时使用。 总之，溜井堵塞是溜井运行中常发生的事故，不 同的矿山可根据自身特点，选择不同的处理方法，只 有很好地解决溜井堵塞问题，才能更好地发挥这种 运输方式的优越性。口 万方数据