CN103696769B - 上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，以解决传统切割拉槽工艺上存在的出矿效率低、炸药单耗大、矿石大块率高、施工组织复杂、拉槽易出现悬顶、作业安全性差的问题。它包括如下步骤：第一步、切割平巷几何参数的确定，第二步、切割天井位置的确定，包括断面参数及高度的确定、位置的选择；第三步、拉槽过程中凿岩参数的确定，包括抵抗线参数的确定、孔底距参数的确定、边孔角的确定；第四步、切割槽的形成；第五步、集中出矿：切割槽最上一个分层最后几排炮孔集中采用微差爆破后，切割槽内崩落的矿石通过第一分层集中出矿。采用预先留矿最终集中放矿的方法，能够安全、快速、高质量的对矿房进行拉槽。

Description

上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法

技术领域

本发明属于地下矿山技术领域，涉及一种在地下矿山回采过程中利用中深孔形成切割槽的一种方法。

背景技术

切割拉槽是地下矿山回采过程中最关键的工艺环节之一，是回采矿体前的必备工程，是为开辟最初回采工作创造初始自由面和爆破后崩落矿石提供补偿空间而掘进的重要工程。切割工作的完成标志着采准工作的结束和回采工作的开始，具有承前启后的关键作用。切割拉槽的质量好坏，不仅关系到采场的开采能否正常进行，还将影响采场回采周期的长短，并最终决定采场生产能力。

传统的切割拉槽工艺采用自上而下的拉槽顺序，在拉槽过程中时常出现悬顶的技术问题，为安全生产留下隐患；崩落的矿石采用分层人工出矿方式，采矿效率低下，且出矿点多，导致其生产工艺流程复杂且施工组织管理难度大；一般的连续装药结构约有三分之一的炸药集中在炮孔口部分，炸药能量沿炮孔轴向的分布不均匀，药柱重心偏下，爆破后导致炮孔口位置的矿石过度粉碎，不仅使炸药单耗提升，还提高了矿石损失率。采用普通逐排爆破方式，其缺点是炸药单耗大、矿石大块率大且人员长期暴露在空区下作业，导致施工条件和安全条件较差等技术问题。

随着现代化矿山理念的深入影响，安全、高效、先进的采矿设备已在矿山大范围的运用，传统意义上的切割拉槽工艺已不能满足凿岩台车及无轨出矿设备对切割工程的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，以解决传统切割拉槽工艺上存在的出矿效率低、炸药单耗大、矿石大块率高、施工组织复杂、拉槽易出现悬顶、作业安全性差的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，包括如下步骤：

第一步、切割平巷几何参数的确定，具体包括切割平巷位置的确定、切割平巷断面形式的确定、切割平巷断面参数的确定；切割平巷断面形式的确定中RMR取值为45—65，切割平巷断面参数包括确定切割平巷断面宽度、切割平巷高度、风速；

第二步、切割天井2位置的确定，包括断面参数及高度的确定、位置的选择；

第三步、拉槽过程中凿岩参数的确定，包括抵抗线参数的确定、孔底距参数的确定、边孔角的确定；

第四步、切割槽的形成；

A、切割拉槽法采用由下自上的顺序，逐层进行拉槽，以切割天井为自由面，以切割平巷为作业空间，在切割天井的两侧以及切割平巷内设有若干排扇形中深孔，进行分次爆破拉槽；

B、采用间隔装药方法，在扇形中深孔内采用装药炮孔与部分装药炮孔间隔布置；

C、采用分次爆破方法，确定爆破次数。

第五步、集中出矿：切割槽最上一个分层最后几排炮孔集中采用微差爆破后，切割槽内崩落的矿石通过第一分层集中出矿。

优选的是，所述步骤一中切割平巷风速V控制在4—6m/s之间。

优选的是，所述步骤三中拉槽过程中抵抗线参数的确定为：一、二排抵抗线为480mm—600mm；三、四排抵抗线为720mm—900mm；正常排抵抗线为960mm—1200mm；边孔角取50°。

优选的是，所述步骤四中装药炮孔与部分装药炮孔的间隔系数取值范围为0.30—0.40。

本发明提供一种上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，该方法能够安全、快速、高质量的对矿房进行拉槽，具体是针对无结块性、无自燃性、急倾斜（不小于65°）的中厚矿体采用分段凿岩阶段空场法回采时，利用中深孔间隔装药分次爆破形成切割槽的一种方法；能够实现矿房切割槽由下自上进行，分层以切割天井为自由面，以切割平巷为作业空间，通过扇形中深孔间隔装药分次爆破形成切割槽，采用预先留矿最终集中放矿的方法，解决了传统形成切割槽方法中出矿效率低、炸药单耗大、切槽悬顶等安全问题；对崩落矿石采用集中出矿方式，适合大型无轨化设备生产作业要求，不仅大幅度提高出矿效率，还彻底解决传统拉槽工艺中因分层出矿导致生产流程工艺多的问题，简化施工组织管理；采用多排同段分次爆破和间隔装药技术不但可以控制矿石大块率，降低切槽炸药单耗，提高拉槽质量，而且还可以有效降低爆破产生的地震效应，减少作业人员暴露在空区下作业次数。

附图说明

图1是第一分层拉槽过程中上向留矿的示意图；

图2是第二分层拉槽过程中上向留矿的示意图；

图3是第三分层拉槽过程中上向留矿的示意图；

图4是拉槽过程中分次爆破第一次落矿的示意图；

图5是拉槽过程中分次爆破第二次落矿的示意图；

图6是拉槽过程中分次爆破第三次落矿的示意图；

图7是图4的A-A视图。

具体实施方式

下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。

一种上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，包括如下步骤：

第一步、切割平巷几何参数的确定

1.切割平巷位置的确定

根据凿岩爆破需要，在矿房合理的位置施工切割平巷1和切割天井2。在切割天井2的两侧以及切割平巷1内钻凿若干排扇形中深孔，以切割天井2为自由面，以切割平巷1为作业空间，采用间隔装药分次爆破后,形成切割槽。

矿块沿矿体走向布置（第一种形式），切割平巷1中心线平行于矿柱中心线，其布置在两矿柱中间，穿过中央切割天井（2×3m）3m长边，并至矿体上、下盘切槽正常排最后一排超出2m处为止；矿块垂直矿体走向布置（第二种形式），切割平巷1中心线垂直于矿柱中心线，其布置在距矿体上盘界限21线内侧2—4 m处，穿过上盘中央切割天井（2×3m）3m长边，并与两端矿柱内凿岩巷道4相连。

2.切割平巷断面形式的确定

RMR为地质力学分级岩体总评分，其包括综合岩块强度、RQD值、节理间距、节理条件、地下水这5个参数。RMR数值根据上述各类指标的数值，并按照一定的标准评分，求得RMR值，该数值从非常差岩体到非常好岩体间的取值一般为20至100之间，本发明主要针对分段凿岩阶段空场法的一个部分，该采矿方法适用于中等稳定至稳定的岩体，故RMR取值为45—65。结合巷道断面形式选择考虑其所处的位置及穿过矿岩的性质、巷道的用途、使用期限、掘进设备、出矿设备等因素，切割平巷1均采用直墙拱形断面即1/3圆弧拱，就能满足安全回采条件。

3.切割平巷断面参数的确定

    切割平巷断面参数依据凿岩设备外形尺寸和凿岩工作总的要求来确定。

（1）    切割平巷断面宽度

式中：B—巷道宽度，mm； L₁—凿岩台车外形宽度，mm；L₂—钻杆长度，mm； L₃—安全间隙，400mm；

（2）    切割平巷高度

式中：H—巷道高度，mm； H₁—设备高度，mm；H₂—安全间隙，300mm；

（3）风速校核

  根据《金属非金属矿山安全规程》（GBl6423-2006）要求，并结合采场通风、爆破排烟等对最低需风量的规定，切割平巷风速V控制在4—6m/s之间，既能满足通风安全的要求，又能提高断面的利用率，降低采切成本。

综上，即可确定切割平巷断面参数。

第二步、切割天井2位置的确定

1.断面参数及高度的确定

结合切割平巷与切割天井联合拉槽法，具有运用广泛、安全性高、操作简单、切割槽质量高的优点，根据现场经验，切割天井2的断面通常取宽2m×长3m，倾角为90°的矩形立井。为了使切割槽把矿体拉开拉透， 根据经验公式，切割天井高度为：

式中：H_切—切割天井高度，m；H₃—上下分层切割平巷顶板间的高度，m；

Δh—富余高度，一般取1.5—2.0，m。

2.位置的选择

切割天井布置在切割平巷中央，其长边和短边分别垂直和平行于切割平巷中心线。

切割天井位置的选择决定切槽回采过程中的矿石贫、损率的大小。根据现场实践经验得出传统切割拉槽工艺拉槽后矿石的两率分别在15%－20%和 25%－30%之间。按照本发明拉槽后矿石的分别控制在12%－16%和21%－25%之间，且整个矿房回采后矿石两率分别控制在12%和15%左右，故本发明既能达到设计要求，还具有降低整个矿房贫化率，损失率的优点。

第三步、拉槽过程中凿岩参数的确定

1.抵抗线参数的确定

 抵抗线长度计算的经验公式就以炮孔的直径为依据选取。

式中： W—抵抗线，mm；d—炮孔直径，mm。

根据现场经验，当使用孔径为60mm凿岩台车时，一、二排抵抗线为0.6m、三、四排抵抗线为0.8m、正常排抵抗线为1m，采用上述抵抗线组合拉槽爆破效果最好。

2.孔底距参数的确定

根据经验公式：

式中： a—孔底距，mm。

3.边孔角

切槽的边孔角应由凿岩设备最小有效深度决定。一般情况下凿岩台车钻杆最短距离即有效深度为2m，拉槽宽度为5m，将为巷道顶板向外偏移2m后与拉槽边界相交得到的交点与凿岩中心点的连线与凿岩巷道4底板水平的夹角，即为边孔角。根据现场凿岩经验边孔角取50°。

第四步、切割槽形成过程

传统的切割拉槽工艺按由上自下的顺序进行，由于分层拉槽切割天井高度低，放矿后将会出现悬顶、立槽等现象。这两种现象不仅给安全回采带来隐患，还将造成矿石的损失，增加采矿成本，降低矿石回收率。因此，不论从生产的实际需要出发，还是从安全角度考虑，悬顶、立槽都必须得到解决。

本发明切割拉槽法采用由下自上的顺序，首先进行第一分层11拉槽，该分层拉槽爆破后，进行局部少量放矿，使上一分层的切割平巷底板与爆堆高度一致且相通，以保证作业人员在上一分层的操作空间，彻底解决悬顶和立槽的问题。

一般的连续装药结构约有三分之一的炸药集中在炮孔口部分，炸药能量沿炮孔轴向的分布不均匀，药柱重心偏下，爆破后导致炮孔口位置的矿石过度粉碎，不仅使炸药单耗提升，还提高了矿石损失率。本发明切割拉槽法采用间隔装药技术，其装药方法如图2中A-A剖面所示，装药炮孔8与部分装药炮孔9间隔布置，该技术操作简单，安全可靠，不但降低大块率和炸药消耗，还有效地解决底部过度粉碎带来的穿孔质量问题，为提高拉槽质量创造条件。根据切割拉槽工艺的特点，考虑到现场实际情况的需要，通过实践，本发明间隔系数取值范围为0.30—0.40之间。

中深孔拉槽爆破受其作业空间的限制，大块产出率高，二次爆破量大。本发明采用多排同段微差爆破技术增加了应力波对矿石的充分破碎作用，减少了大块率；促进了爆堆集中程度，既提高装岩效率，又能防止损坏采矿设备；实现了多排炮孔一次爆破，缩短了爆破时间，增强了出矿强度。

为了满足爆破补偿空间的要求，并控制一次爆破装药量，有效降低爆破产生的地震效应，防止爆轰波对围岩损伤后引起脱落，形成切槽内的一次贫化，减少人员在切割槽的作业时间，为此本发明采用分次爆破技术。该技术采用一次性钻凿中深孔，间隔装药，分次微差集中爆破。其爆破次数的确定及补偿系数计算公式如下：

根据采场采切工程的两种布置形式，对于矿块沿走向和垂直走向，其切割槽形成过程是一致的，下面第二种形式为例，介绍切割槽的形成过程。

图1—图3示出了第一分层至第三分层拉槽过程中上向留矿的示意图，图中1是切割平巷，2是切割天井，3是顶柱，4是凿岩巷道；图4—图6分别示出了拉槽过程中分次爆破第一次落矿至第三次落矿的状况，图中5是第一次落矿状态，6是第二次落矿状态，7是第三次落矿状态； 11—第一分层；12—第二分层；13—第三分层；21是矿体上盘界线；22是炮孔排面线；23是间柱边界线。

切割拉槽具体步骤采用由下向上的顺序进行，首先进行第一分层11拉槽，以第一分层11采场以切割天井2为自由面，以切割平巷1为作业空间，由切割天井两侧在切割平巷内布置扇形中深孔分次爆破拉槽。第一分层11拉槽结束后，进行第二分层12拉槽，受矿体倾斜影响，上下分层切槽并不能完全对应，以交错1m为界；再以第二分层12切割天井为初始自由面，以切割平巷为作业空间，作业人员在第一分层11切槽爆堆上进行微差装药拉槽；当爆堆过高时，在第一分层11进行局部少量放矿，使爆堆下降，以保证装药作业人员的操作空间；第三分层13的拉槽方式同第二分层12。

第五步、集中出矿

    集中出矿是切割拉槽过程中的重要环节，是形成切割槽的最后一个步骤。切割槽集中大量出矿标志着采切工作的完成和矿房回采工作的开始，其出矿效率的高低，不仅影响矿块供矿能力，还将影响矿块的贫、损指标的控制。

本发明采用间隔装药分次爆破技术，切割槽最上一个分层最后几排炮孔集中采用微差爆破后，切割槽内崩落的矿石通过第一分层11（阶段底部结构）利用凿岩巷道4，采用高效出矿设备集中出矿，以达到强采强出的目的。这样不仅可以避免存留矿石中产生空洞和悬拱现象，提高出矿过程安全性，增强了出矿效率，节约了采准工作时间，还可以防止围岩片落、减少一次贫化的发生，为矿房正常回采创造条件。至此一个完整的切割槽就形成了。

Claims (4)

1.一种上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，其特征在于包括如下步骤：

第一步、切割平巷几何参数的确定，具体包括切割平巷位置的确定、切割平巷断面形式的确定、切割平巷断面参数的确定；切割平巷断面形式的确定中RMR取值为45—65，切割平巷断面参数包括确定切割平巷断面宽度、切割平巷高度、风速；

第二步、切割天井（2）位置的确定，包括断面参数及高度的确定、位置的选择；

第三步、拉槽过程中凿岩参数的确定，包括抵抗线参数的确定、孔底距参数的确定、边孔角的确定；

第四步、切割槽的形成；

A、切割拉槽法采用由下自上的顺序，逐层进行拉槽，以切割天井（2）为自由面，以切割平巷（1）为作业空间，在切割天井（2）的两侧以及切割平巷（1）内设有若干排扇形中深孔，进行分次爆破拉槽；

B、采用间隔装药方法，在扇形中深孔内采用装药炮孔（8）与部分装药炮孔（9）间隔布置；

C、采用分次爆破方法，确定爆破次数；

第五步、集中出矿：切割槽最上一个分层最后几排炮孔集中采用微差爆破后，切割槽内崩落的矿石通过第一分层集中出矿。

2.根据权利要求1所述的上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，其特征在于：所述第一步中切割平巷风速V控制在4—6m/s之间。

3.根据权利要求1或2所述的上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，其特征在于：所述第三步中拉槽过程中抵抗线参数的确定为：一、二排抵抗线为480mm—600mm；三、四排抵抗线为720mm—900mm；正常排抵抗线为960mm—1200mm；边孔角取50°。

4.根据权利要求3所述的上向留矿间隔装药分次爆破拉槽法，其特征在于：所述第四步中装药炮孔（8）与部分装药炮孔（9）的间隔系数取值范围为0.30—0.40。