板式放矿崩落采矿法凿岩爆破工艺及成本分析

姜冬林 姜仁义

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

板式放矿崩落采矿法凿岩爆破工艺及成本分析

姜冬林 姜仁义

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

介绍了板式放矿崩落采矿法凿岩爆破工艺，并与无底柱分段崩落采矿法进行了对比，对延米爆破量进行了分析统计，结果表明，板式放矿崩落采矿法平均延米爆破量比普通无底柱分段崩落采矿法高40%以上，凿岩部分的成本相应减少40%以上。板式放矿崩落采矿法采用回采壁龛，采切比也大幅降低。矿体中等以上稳固的矿山，采用板式放矿崩落采矿法有利于减少矿石成本，提高矿山的经济效益。

板式放矿崩落采矿法 凿岩爆破 回采壁龛 延米爆破量

在地下金属矿山三大采矿方法中，崩落采矿法以其回采工艺较简单、不留采空区、生产较安全、生产成本较低等特点而广泛应用。除了矿岩条件均不稳固的矿山以外，在矿岩均稳固甚至矿体较稳固的条件下都在应用。正在建设的首钢二马铁矿、鞍钢眼前山铁矿、太钢峨口铁矿、河钢庙沟铁矿和已经投产的黑山铁矿等露天转地下开采的矿山均采用崩落采矿法开采。不同的地质条件也促生了不同或改进的采矿方法，板式放矿崩落采矿法就是其中之一,为了在适宜条件下推广应用，对板式放矿崩落采矿法的主要生产工艺之一——凿岩爆破进行较详细地分析和研究是必要的。

1 板式放矿崩落采矿法简介

板式放矿崩落采矿法是新开发的一种崩落采矿法[1]，板式放矿是通过控制炮孔倾角使爆破后矿岩接触面倾角等于或大于矿岩的自然安息角，小于极限椭球缺的端壁倾角，使放出体呈板式(板状)、准板式(近似板状)的放矿方式。

板式放矿崩落采矿法主要有3种回采方案：①进路端部出矿方案，除端壁倾角较小外，其他与目前常用的椭球体放矿的无底柱分段崩落采矿法(下称普通无底柱分段崩落采矿法)基本相同；②进路端部出矿、端部相互连通方案，在回采进路端部开凿横向回风通道，使进路端部相互连通，并与脉外回风巷道相通，使回采进路内的风流通过端部横向回风通道进入脉外回风巷道，实现进路端部贯穿风流通风，凿岩爆破等其他工艺与①相同；③长工作面均匀出矿方案，沿回采方向开凿长工作面，再均匀出矿，可采用边回采、边施工的方式，即在回采进路(也称出矿联络道)钻凿近似水平的横向炮孔形成长工作面,在长工作面内钻凿上向炮孔进行回采。长工作面均匀出矿方案是较理想的板式放矿崩落采矿方案，可较大幅度地减少放矿过程中矿石的损失贫化。

2 凿岩爆破工艺

凿岩爆破是矿石回采的主要工艺之一，进路端部出矿和进路端部出矿、端部相互连通的板式放矿崩落法与普通无底柱分段崩落法的凿岩爆破工艺基本相同，长工作面均匀出矿板式放矿崩落法与普通无底柱分段崩落法采用的凿岩设备、爆破方式也基本相同，但凿岩爆破的具体工艺、炮孔布置差别较大。

2.1 无底柱分段崩落法凿岩爆破工艺

普通无底柱分段崩落法在回采进路内钻凿上向扇形孔，从进路端部后退式爆破、出矿。爆破方式为挤压爆破，最小抵抗线W根据矿岩物理力学性质、炮孔孔径和炸药性质确定，孔底距可根据最小抵抗线或排距和炮孔密集系数确定。

根据放矿要求，上下分段回采进路一般要平行交错布置，以回收上分段进路之间的矿石。上向扇形孔的边孔角也要根据放矿要求确定，边孔角的大小对放出体、矿石脊部损失和贫化都有影响，同时，边孔角较大时，下分段中部炮孔的深度就要增加。上向扇形孔一般布置在一个垂直平面内。普通无底柱分段崩落法的炮孔布置见图1。

图1中，分段高度为20 m，进路间距为20 m，边孔角为55°。普通无底柱分段崩落法炮孔深度较大，崩落矿量多，一般采用双路起爆，一个炮孔内放置2个雷管或一个雷管与一根导爆索，逐孔起爆。崩矿步距取决于分段高度、最小抵抗线或炮孔排距、出矿设备铲挖深度和放矿要求等，一般一次爆破1～3排炮孔。

图1 无底柱分段崩落法炮孔布置(W=3 m)

2.2 板式放矿崩落法凿岩爆破工艺

在长工作面内凿岩爆破并出矿，工作面垂直于回采进路，采用水平中深孔开凿，其宽度取决于凿岩、出矿设备，按11 m长的6 m3铲运机垂直于工作面出矿考虑，长工作面的宽度在15 m以内。如果沿着工作面或与工作面长度方向斜交出矿，则长工作面的宽度可以控制在5 m左右(6 m3铲运机和中深孔凿岩台车的宽度都在3 m以内)，因此，长工作面可以看做是回采巷道、回采硐室、回采掌子面、回采作业面或回采壁龛。从回采的矿体端部看，长工作面更适合称作回采壁龛。长工作面板式放矿崩落法的回采进路仅作为回采出矿和凿岩的联络道，有别于无底柱分段崩落法。

在回采壁龛内开凿上向前倾的平行炮孔，其最小抵抗线、孔间距等孔网参数与普通无底柱分段崩落法基本相同；回采壁龛的开凿则在回采进路中进行，根据回采壁龛的特点，其顶底板要求尽可能平整，以便于回采凿岩和出矿，在其顶底板布置预裂孔，预裂孔的间距根据孔径和矿石的物理力学性质确定，其中部分爆破孔则可以参照回采爆破孔进行布置。长工作面出矿的板式放矿崩落法的炮孔布置见图2。

图2 板式放矿崩落法炮孔布置

图2中，分段高度为20 m，进路间距为40 m，上向炮孔的前倾角为70°，开凿回采壁龛的平行中深孔布置在回采进路两侧，顶底板布置预裂孔，中部爆破孔布置在顶底板预裂孔的中间。

板式放矿崩落法的回采崩矿步距也与分段高度、最小抵抗线或炮孔排距、出矿设备铲挖深度和放矿要求等有关，一次爆破1～3排炮孔；开凿回采壁龛的爆破与回采爆破同步，均采用后退式，自回采进路端部后退至回采结束。

3 工程量及成本分析

炮孔工程量的大小对应着凿岩爆破成本的高低。板式放矿崩落法回采凿岩的炮孔包括两部分，一部分是一般意义上的回采凿岩炮孔，这部分炮孔是在回采壁龛内开凿的上向前倾平行炮孔；另一部分是开凿回采壁龛的炮孔。炮孔工程量的大小可以通过炮孔延米爆破量来计算，延米爆破量越小，开凿的炮孔就越多，成本就会越高，反之，延米爆破量越大，其开凿的炮孔就越少，成本就越低。

在矿体物理力学性质中等的条件下，最小抵抗线W参照目前常用的76 mm孔径和30倍孔径计算为2.28 m，孔底距分别为2.5，3和3.5 m的炮孔密集系数m接近1.1，1.3和1.5，崩矿步距采用2倍最小抵抗线，一次爆破2排炮孔，这与矿山生产实际比较接近[2-5]。计算的板式放矿崩落法回采凿岩和开凿回采壁龛的炮孔延米爆破量见表1、表2。参照同样条件计算的普通无底柱分段崩落采矿法延米爆破量见表3。

表1 回采凿岩上向平行孔的炮孔延米爆破量

表2 开凿回采壁龛的炮孔延米爆破量

表3 无底柱分段崩落采矿法上向扇形炮孔延米爆破量

从表1～表3中可以看出，同样条件下，孔底距为3 m时，板式放矿崩落法回采凿岩的上向平行孔的延米爆破量为7.3 m3/m，开凿回采壁龛的炮孔延米爆破量为1.55 m3/m，按加权平均的炮孔延米爆破量为6.15 m3/m((7.3×16+1.55×4)/20)；而普通无底柱分段崩落法上向扇形炮孔延米爆破量为4.13 m3/m。板式放矿崩落法平均延米爆破量比普通无底柱分段崩落法高40%以上，其中上向平行炮孔延米爆破量比上向扇形炮孔高76%。

一般的工序成本分析服务于管理，根据管理的需要进行成本分析。本文成本分析属于选择或比较工艺技术方案的成本分析，目标是分析板式放矿崩落法凿岩爆破工艺部分的成本与已有的类似工艺的成本，这种对比式的成本分析仅需计算其可比部分的成本即可。

前述计算出的板式放矿崩落法平均延米爆破量比普通无底柱分段崩落法高40%以上，对应凿岩爆破工艺中炮孔工程量减少40%以上，即凿岩部分的成本减少40%以上。

采用回采壁龛，一方面可以减小回采进路的规格，仅作为联络道和开凿回采壁龛的作业面，不必考虑增大进路宽度问题[6]，另一方面可以减少回采进路的数量，当回采进路间距为20 m时，一段回采壁龛的长度为40 m，回采进路数量可以减少约50%，采切比也将大幅降低。

凿岩成本的减少和采切比的大幅降低，有利于减少矿石成本，提高矿山的经济效益。

与普通无底柱分段崩落法相比，板式放矿崩落法增加了回采壁龛，在矿体稳固性不好的条件下，回采壁龛的支护量可能大幅增加，相应的生产成本也会大幅增加，这种情况下就应当通过必要的试验并进行综合技术经济比较，以选择综合效益最好的采矿方法。

4 结 论

(1)板式放矿崩落法的凿岩设备、装药爆破与普通无底柱分段崩落法相同，不同之处在于炮孔布置。板式放矿崩落法在回采进路中布置水平炮孔，爆破形成回采壁龛,在回采壁龛内布置上向前倾平行炮孔，进行回采爆破。

(2)经初步测算，相同条件下，板式放矿崩落法平均延米爆破量比普通无底柱分段崩落法高40%以上，对应凿岩爆破工艺中炮孔工程量减少40%以上，即凿岩部分的成本减少40%以上。由于采用回采壁龛，板式放矿崩落法的采切比也大幅降低。

(3)对于矿体中等以上稳固的矿山，采用板式放矿崩落法有利于减少矿石成本，提高矿山经济效益。

[1] 姜仁义．板式放矿模型及应用分析[J]．金属矿山，2009(S1)：238-240．

[2] 余正方．大红山铁矿二期大参数放矿试验[J]．现代矿业，2014(2)：14-16.

[3] 范有才．大红山铁矿爆破参数及效果的分析[J]．矿业快报，2007(2)：3-5.

[4] 吴荣高，安 龙，江 学，等．梅山铁矿大结构参数下合理崩矿步距研究[J]．金属矿山，2012(5)：5-8．

[5] 翁胜军，何荣兴，郁 奇．北洺河铁矿凿岩爆破参数优化试验研究[J]．现代矿业，2012(5)：6-8.

[6] 张 哲， 余一松，刘鹏博．宽进路无底柱分段崩落法物理放矿模拟实验[J]．现代矿业，2011(4)：1-3.

Analysis on Drilling and Blasting Technology and Cost of Board Type Ore-drawing Caving Mining Method

Jiang Donglin Jiang Renyi

(MCC Capital Engineering & Research Incorporation Qinhuangdao Co., Ltd.)

The drilling and blasting technology of board type ore-drawing caving mining method is analyzed, and it is campared to non-pillar sublevel caving mining method. Besides that, the linear meter blasting volume is discussed. The results show that, the average linear meter balsting volume of board type ore-drawing caving mining method is higher almost 40% than that of the ordinary non-pillar sublevel caving mining method, and the cost of drilling of board type ore-drawing caving mining method is less almost 40% than that of the ordinary non-pillar sublevel caving mining method accordingly. The niche is mined by the board type ore-drawing caving mining method, the stripping ratio is also reduced. The ore cost can be reduced and economic benefits can be improved by using board type ore-drawing caving mining method in the mines with medium stably above orebody.

Board type ore-drawing caving mining method, Drilling and blasting, Niche mining, Linear meter blasting volume

2014-10-11)

姜冬林(1962—)，女，高级工程师，066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区龙海道71号。