简约高效深孔拉底方法的研究与应用

李伟明

(1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙410012;2.国家金属采矿工程技术研究中心，湖南长沙410012;3.金属矿山安全技术国家重点实验室，湖南长沙410012)

安庆铜矿是上世纪80年代新建的一座大型地下矿山，于1991年投入试生产，矿山设计采选能力3 500 t/d，全矿定员950人。其中马头山矿体为接触交代型铜(铁)矿体，位于月山岩体东南接触带大理岩“舌状体”前缘，受“舌状体”构造控制，与“舌状体”同步起伏。总体走向约297°，局部有小幅度变化。矿体倾向:上部倾向北东，下部倾向南西，矿体分布东高西低，向北西西侧伏。矿体侧伏角沿走向有一定的变化，侧伏角度变化范围为10°～45°。矿体中间厚，两端薄，为一向西侧伏的似层状透镜体，最大厚度105.29 m，最小厚度0.61 m，平均厚度10.89 m。主矿体顶板围岩主要是白云石大理岩及大理岩、透辉石矽卡岩，矿围岩中等稳固，矿体总可采储量550.78万t，矿石平均铜品位0.55%，铁品位46.86%，具有较好的开采价值。

大尺度采场在拉底工程形成方面的传统施工办法是，先沿采场走向开掘1条拉底巷道，然后以拉底巷道为凿岩施工空间，施工上向扇形中深孔，再逐排爆破，最终形成一定高度的拉底空间(即底部结构)。然而这样却难以体现深孔采矿法的高效率的特点。

1 试验研究采场状况

此次研究的试验采场为17#采场，位于马头山矿体5#线与7A#线之间，垮－510～－570 m这2个水平，矿体厚大，矿体倾角约为60°～80°。采场长度约为30 m，宽度为15 m，高度为60 m。矿石主要为含铜磁铁矿、含铜矽卡岩和磁铁矿，下盘围岩系大理岩，上盘围岩为矽卡岩和闪长岩。矿石平均体重4.287 t/m3，可爆性较好。

2 凿岩爆破参数确定

爆破试验研究选择了75 mm的钻孔作为爆破漏斗试验炮孔，采用了单孔系列、双孔宽孔距同段爆破和斜面台阶的爆破试验办法，得出了爆破后所形成漏斗的形状、大小，采用辛普生法计算了漏斗的准确体积，根据最小二乘法原理，对试验数据进行二次项回归，求得单位炸药爆破漏斗体积和比例半径二参数与比例埋深的关系式，通过对回归方程式求解了爆破漏斗最佳状态的各项技术参数。

(1)通过系列爆破漏斗试验，求得该类炸药在最佳状态下的基本参数。①炮孔体积与装药量最佳比例:V/Q=0.438 m3/kg;②最佳比例半径:rbj=1.195 m;③最佳比例埋深:bj=0.619 m。

(2)根据单孔系列爆破漏斗试验和宽孔距同段爆破试验结果，换算成现有采矿炮孔(165 mm)下的技术参数，推荐马头山矿体17#采场的凿岩、爆破设计参数如表1所示。

表1 推荐的采场凿岩、爆破设计参数Table 1 Recommended drilling and blasting design parameters of stope

3 采场深孔凿岩爆破方式

(1)凿岩布置方式。17#试验采场长度约为30 m，宽度为15 m，高度为60 m。设计在采场上部顶板位置布置3.8 m高的切顶凿岩硐室，为满足凿岩硐室顶板的稳定性要求，特在凿岩硐室内留设部分3 m宽的条柱和部分点柱。在凿岩硐室的空间范围内按照爆破漏斗试验提供的凿岩参数布置下向垂直(部分倾斜)大直径深孔，孔径为165 mm，孔深为50～60 m，孔网参数为边孔间距取2.5 m，中间孔排距2.3～3.5 m，孔间距为2.5～2.8 m。采场设计底部采用堑沟受矿的底部出矿方式，拉底巷道布置在采场正中间，规格为宽×高=5 m×3 m，长度为采场长度(30 m)，堑沟高度为8 m，堑沟台面角度为45°，铲运机由出矿穿脉加进路出矿的底部结构形式。具体布孔方式见图1所示。

图1 布孔方式横剖面Fig.1 Horizontal sectional drawing of holes layout

(2)拉底爆破方式。总的爆破理论是采用球状药包挤压爆破和压顶落矿相结合，首先起爆的是中间2排孔，即图1中3#和4#孔对应的整排，依据采场的长度有10～20个孔，孔底吊堵控塞，每孔装药(乳化油炸药)30 kg，药面以上填塞1.5 m细砂，孔内采用导爆管一次同段起爆，依据爆破振动的影响范围确定一次可爆药量，根据可爆药量决定爆破炮孔数量。一次压顶爆破高度可达2.5 m，2次爆破后中间拉底巷道以上部位即达到了设计要求的堑沟台面位置。然后再用同样的方式侧崩2#和5#排孔，一次侧崩高度可达5 m，最后侧崩1#和6#孔即可形成完整规范的堑沟底部结构。具体爆破顺序见图2所示。

图2 拉底爆破顺序Fig.2 Blasting sequences of undercuting

4 技术经济及效率的比较

(1)技术经济参数比较。通过对17#试验采场的拉底施工试验，得出了相关的技术经济参数，同时将其与采用传统的中深孔拉底方法进行了比较，相关关键技术经济参数比较结果见表2所示。

(2)施工时效比较。做为该方法的最特殊的、最显著的优势就在于大大缩短了拉底施工的时间，通过现场施工试验得出的时效结论如下:试验过程中采用简约高效深孔拉底共计多施工深孔约204 m，钻机台班效率平均为50 m，深孔拉底施工时间多2 d，爆破加出矿时间共计耗费8 d，只使用了10 d即完成所有拉底工程。如果采用传统的中深孔拉底的具体时效为，中深孔拉底共计施工炮孔约1 600 m，按相应钻机台班效率40 m计算，中深孔拉底施工时间共计需要15 d，爆破加出矿时间共计需要约10 d，所有总拉底时间需要25 d。两者比较，采用简约高效深孔拉底比采用传统的中深孔拉底足足节省了15 d时间。

表2 2种拉底方法的技术经济参数比较Table 2 Technical and economical parameter comparison of the two undercutting ways

5 结论

根据上述2种拉底方法的技术经济比较结果可见，简约高效深孔拉底方法的生产效率远远大于传统中深孔拉底方法，其生产成本也较低。在拉底施工时效方面更是具有较大的优势，且减低了底部中深孔拉底时的劳动强度，避免了底部拉底时的安全隐患。所以采用简约高效深孔拉底是一种可靠的、简约的、高效的方法，在采用深孔采矿的大尺度采场中具有较好的推广意义和使用效果。

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