临沂会宝岭铁矿是一个日采矿量1.2万t的大型铁矿。矿体分为南北两条矿带，平行展布，相向而倾，表现为不对称向斜构造特征。矿体呈急倾斜构造，矿带顶底板围岩为黑云角闪片岩或黑云变粒岩。北矿体分为N1、N2两条矿体，采用分段空场、嗣后充填法进行开采。中段高度70m，划分为3个分段。矿房沿矿体走向布置，各分段在矿体下盘开凿沿脉，沿脉上每隔60m掘进一条穿脉进入矿体，在矿体中部施工一条凿岩道。各分段凿岩道内采用Simba H1254型中深孔凿岩台车施工上向扇形中深孔，孔径76mm。分段爆破，中段底部采用4m³铲运机出矿。其中-410~-340m水平正在开采，矿体倾角75°~89°，矿体厚度15~30m，大小矿房间隔布置，大矿房长64m，小矿房长44m，矿房间保留6m永久性矿柱。矿房开采完毕后，采用废石或全尾砂充填。具体采矿方法见图1。
矿山采用粉状铵油炸药爆破，利用BQF-100装药器进行连续装药。
图1 -410m水平北矿体标准采矿图
2 大块造成的影响
各分段中深孔爆破后，集中在中段底部出矿。出矿由4m³铲运机将矿石从采场内倒运至矿石溜井内卸载。矿房内大块对生产造成的影响如下：
(1)铲运机将采场内的大块铲运至指定大块堆放地点，或将矿石倒往溜井后，将溜井上口的大块铲运至指定地点。大块的倒运过程占用了大量出矿能力。
(2)对大块进行集中爆破破碎，每次破碎必须进行爆破警戒、起爆和爆后通风。整个爆破过程费时至少一个小时，在此期间临近矿房不能进行出矿作业。
(3)二次破碎的火工品消耗巨大，经济成本较高。
(4)部分大块块度过大，铲运机无法倒运，只能在出矿口上直接爆破。爆破过程必须停止该矿房铲运机出矿。
(5)部分大块悬于出矿口上口，只能采用竹竿挑装炸药进行爆破。爆破效率低下，而且危险性很大。
3 大块产生的原因
经过对现场地质条件、中深孔设计和施工、爆破装药、现场出矿组织进行调查分析，认为产生大块的原因有以下几个方面：
3.1 不良地质条件
不良地质条件包括节理和断层。节理和断层构成了岩体的不连续面，破坏了岩体的连续性。不连续面导致的大块分为爆破大块和垮落大块。
岩体内爆破是爆炸应力波和爆生气体膨胀压力共同作用进行岩体破碎。爆破时，由于不连续面的存在，爆炸能沿不连续面溢出或应力波被不连续面衰减，导致爆破应力波不足以破碎岩体，大部分矿岩只能在爆生气体压力的作用下，沿岩体自身的不连续面分离，形成自然块度，导致爆破大块的产生[1]。
分段空场法采矿，在矿房充填前，矿体上下盘和顶板均暴露在采空区内。由于不连续面的存在，导致临空面围岩不稳，受自重和爆破扰动的影响，往往按自然块度垮落下来。此部分大块块度往往较大，而且以废石为主。
3.2 中深孔设计参数不尽合理
原设计参数中深孔排距1.8~2m，孔底距2m，炮孔密集系数1~1.1，偏低，是导致大块率偏高的一个因素。
3.3 中深孔施工偏离设计
中深孔施工与设计不符，是导致大块产生的重要原因。中深孔施工偏离设计主要有两方面的原因：
(1)中深孔台车操作人员的失误。施工过程中往往会出现排线未对正、角度、深度、仰俯角不符合设计。
(2)炮眼偏斜率难以控制。受岩石软硬不均和层理发育的影响，中深孔在钻进过程中往往向岩石较软的方向偏移，偏离了设计直线。尤其会宝岭铁矿分段高度18~25m，部分中深孔长度超过30m，中深孔施工至孔底时，往往偏差很大，甚至出现第二排中深孔偏斜到第一排中深孔排面的情况。
3.4 中深孔爆破设计和装药质量不佳
中深孔爆破设计和装药质量不佳，均会导致炸药在矿岩内不能均匀分布。局部地区装药过少，导致爆破能不足，容易产生大块。
3.5 中深孔被破坏
施工完毕的中深孔，在爆破时往往发现炮孔被破坏。破坏的情况有如下几种：
(1)中深孔施工在破碎带中的，往往发生碎石堵孔。在装药时经常发现有碎石堵在炮孔中部。
(2)中深孔爆破后，爆破台阶上部容易发生滑塌，滑塌时下一排的中深孔孔底遭到破坏。
(3)由于中深孔偏斜率较大，个别时候两排中深孔出现交错在一起的情况。发生这种情况时，爆破第一排中深孔时往往破坏第二排中深孔。
(4)爆破时孔口装药量过大，导致眉线被破坏，下一班爆破的孔口受到破坏。
3.6 第一排爆破前临空
爆破时，第一排炮孔因为面临临空面，前部无阻挡，爆破后的岩块向前运动，失去了挤压和碰撞作用。爆炸能用于推动岩块向前运动，而未用于破碎岩石[2]。
3.7 出矿组织不合理
矿房底部共6个出矿口——凿岩道两端及4条进路。出矿过程中，应做到各口均匀出矿。但在生产实际中，经常出现某一出矿口被大块堵死后，不及时进行清理，导致该出矿口长时间不进行出矿作业。矿房内散体矿石经挤压、震动后，形成更多大块。
4 降低矿房大块率的措施
针对以上问题，为降低会宝岭铁矿-410m水平北矿体矿房大块率，结合矿山现有技术力量、设备力量和人力，确立了以下措施降低矿房大块率。
4.1 优化炮孔参数
采用小排距、大孔底距爆破，以改善爆破效果，是现在比较通用的降低爆破大块率的方法[3]。
但是，如果排距过小，导致爆破时中深孔距离采空区过近。矿房内的矿堆流淌下来，很容易掩埋部分中深孔。经现场对矿堆形状和中深孔高度进行分析，确定排距调整为1.6m，降低了排距，但不容易发生埋孔。
根据保持孔网面积S=a×w(孔底距×最小抵抗线)不变的原则，计算新的孔底距应为1.8×2/1.6≈2.2m[4]。为改善爆破效果，决定采用交错布孔[2]，孔底距确定为1.9m和2.3m间隔布置。两排同时爆破时，孔底距2.3m的中深孔布置在临近空区的前一排，孔底距1.9m的中深孔布置在后一排。
4.2 减少单排爆破
每班爆破均可能对下一排中深孔造成程度不一的破坏。而且每班爆破第一排因为临空，爆破时容易产生大块。
因此为降低这种影响，必须减少爆破的班次，即每班爆破多排中深孔。因此尽量避免单排爆破，每次爆破2~3排。
此外，为加强爆破破岩效果，在总装药量不超过允许值的情况下，尽可能安排空区两侧中深孔同时爆破，每侧爆破2~3排。爆破矿岩在空中互相碰撞，加强了破碎效果。
4.3 加强中深孔质量管理
中深孔台车操作人员的施工水平是影响中深孔质量的重要因素。为改善中深孔施工质量，出台相应的质量管理办法并贯彻实施，对中深孔质量进行跟踪管控。
施工前，为中深孔台车在巷道两帮和顶板标定排面，通过三点定向，确定中深孔排面准确。开钻前，必须测量中深孔角度和仰俯角，角度合格方可施工。施工时，必须严格控制钻进深度。定期对中深孔质量进行检查，根据不同的合格率对中深孔台车司机进行阶梯式考核。
通过推行标准化作业，及时跟踪考核，经过长时间的努力，现将中深孔质量合格率控制在90%以上。
此外，中深孔台车施工过程中发生有透孔、遇破碎带无法施工等异常情况，由台车司机记录在操作记录单上。每周技术室指定专人对台车施工中发现的问题进行汇总并报至中深孔设计人处。中深孔设计人根据收到的异常情况表分析原因和影响，必要时调整中深孔设计或者在特殊部位进行补孔。
4.4 优化爆破装药设计
为了优化爆破装药设计，每排中深孔爆破前，均由爆破设计人员在中深孔图纸上详细绘制出每孔装药情况(装药部分中深孔加粗显示)。装药系数控制在65%左右，要求装药长短搭配，炸药在排面内尽可能均匀分布。
爆破设计完毕后，将绘有装药长度的中深孔图纸附在爆破设计单后一并交给中深孔爆破班组，由爆破班组实施爆破。
4.5 加强中深孔爆破管理
中深孔爆破前，要求爆破班组对拟爆破的中深孔进行验孔。验孔发现有堵孔时，必须开高压风进行通孔。对于存在炮孔无法通开，或者炮孔被破坏等情况，必须停止装药，汇报至技术室。由技术室根据现场情况对照中深孔图纸，决定是继续爆破还是暂停爆破，对炮孔进行处理。
技术人员不定期对中深孔爆破装药、连线、起爆过程进行检查，确保按照技术室的设计进行装药爆破。
4.6 加强出矿组织管理
(1)为避免松散矿石在矿房内经震动、挤压再次形成大块，规定生产工区必须随时对封堵各出矿口的大块进行清理，确保各出矿口均匀出矿，保持各出矿口矿石的流动性。技术人员随时巡查现场发现有大块封堵出矿口的情况及时下达整改单，责令进行清理。
(2)矿房回采后期，由于采空区暴露时间较长，往往发生大量围岩垮塌，不仅大块率上升，而且还增加了矿房的排矸量。因此，为减少围岩垮塌，必须加快矿房回收进度。通过控制同时开采的矿房数不超过3个，将出矿能力集中，加快单个矿房的回收速度。将矿房的平均回收时间由7~8个月减少至4~5个月。
4.7 对大块进行打眼爆破
为生产便利，矿房内的大块往往集中在临近矿房巷道内进行堆放。由此导致二次爆破会对矿房产生扰动。对大块进行打眼爆破，减少装药量，不仅降低了火工品消耗，而且减少了爆破扰动，减少因二次爆破导致的矿房围岩垮塌。
5 应用效果
出矿过程中，铲运机将矿房内矿石倒入溜井后，块度大于格筛网格的矿岩无法溜下而存留在溜井上口。溜井上口的大块积攒到一定量时，再由铲运机集中铲运至指定区域。将每月大块铲回的斗数与总出矿斗数的比值称为大块铲回率。
因为矿房内实际大块率测量较为困难，而随着矿房大块率的上升，从溜井上口铲回的大块比率也上升。因此可以采用单月大块铲回率的升降体现大块率的变化。
自采取上述措施后，效果慢慢显现，单月大块铲回率逐步下降，由2014年初20%以上降低到11%~13%，如图2所示。表明大块率得到了显著的下降。
图2 单月大块铲回率直方图
6 结语
生产的实践表明，文中提出的降低矿房大块率的措施是行之有效的，符合矿山实际，取得了良好的效果。但是对于进一步降低矿房大块率，还有进一步研究的需要。从技术和施工两个方面，系统的分析和总结，以将矿房大块率降到最低，提高矿房出矿效率。
参考文献
[1]. 袁德海，邓守锋.改善岩体深孔爆破大块率的实践[J].煤炭科技，2011，2：37-40.
[2]. 林大泽.降低地下矿深孔爆破落矿大块率的技术措施[J].中国安全科学学报，2007，17(1)：86-90.
[3]. 陈寿如，陈能革，邢东升.坚硬矿岩台阶深孔爆破降低大块率的综合措施[J].有色金属(矿山部分)，2002，54(2)：34-36.
[4]. 姜东泉.降低中深孔落矿大块率的探讨[J].中国矿山工程，2005，34(5)：17-19.
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编辑：中冶有色技术网
来源：金诚信矿业管理股份有限公司
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2024年07月12日 ~ 14日 
