CN105888666A - 深部采场高应力诱导爆破崩矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，包括1)获取深部采场矿岩应力分布及其开采过程中的演化规律；2)以拉底切割工程作为第一步回采；3)划分爆破回采区域；4)对划分的各分区进行应力密度值计算，遵循工艺可行的前提，选出回采的首采分区Ⅰ；5)对选定的首采分区Ⅰ，进行爆破参数优化；6)完成首采分区Ⅰ的回采即第二步回采。7)首采分区Ⅰ回采完成后，该深部采场形成了新的开挖区域，重新获取该新开挖区域的应力场云图II，对新的开挖区域的应力场云图II进行区域划分，然后重复步骤4)至6)，直至整个深部采场全部开采完毕。通过此方法达到深部采场安全高效生产、改善爆破效果、降低回采成本、提升矿山生产经济效益的目的。
Description
技术领域
本发明涉及矿山开采爆破技术领域，特别是一种深部采场高应力诱导爆破崩矿方法。
背景技术
随着人们对矿产资源需求量的增加和矿山开采强度的不断增大，赋存于地表的浅部矿产资源日益消耗，国内外越来越多的地下矿山相继进入深部开采阶段，深部开采的主要特征之一就是高地应力，掘进和采矿均在高应力条件下完成，深部采场矿岩体处于较高的地应力环境中。相关研究表明，在深部采场中进行爆破崩矿时，矿石的破坏是静态地应力和炸药爆炸产生的超动态应力共同作用的结果，高地应力的存在影响到爆破裂纹的起裂方向和扩展长度，对爆破效果产生了影响。
在浅部开采的地下矿山设计中，主要是基于设计选择的采矿方法、矿岩稳固性和普氏硬度系数，通过经验法或类比法来确定爆破炸药单耗、孔间距、排间距等爆破参数。当采场进入深部开采之后，由于高应力场对爆破效果产生影响，常规采矿设计中关于爆破参数确定的方法适用性变差，使爆破设计不合理，从而导致深部采场在进行爆破崩矿时，经常出现超挖或欠挖现象；超挖使深部采场中围岩随矿石一起崩落，废石混入率增大，增大了矿石贫化率；欠挖使深部采场中部分矿石无法崩落，降低了回采率；高贫化率和低回采率均不利于矿山生产。不合理的爆破设计还会导致爆破大块率增加，不利于出矿作业并增加了二次爆破成本。因此对于处于高应力环境下深部采场爆破崩矿的设计与施工，需要充分考虑应力场对爆破效果的影响，根据应力分布进行分区设计，通过爆破诱导矿岩体内应变能有序释放，改善爆破质量，提高破岩效率，实现深部采场安全高效采矿的目的。
通过查阅相关资料，对于深部开采的地下矿山，目前回采爆破设计依然沿用浅部开采的相关方法及规程，对高地应力场对爆破效果产生的影响考虑较少，生产实践中通常是在原设计基础上，根据现场爆破效果进行爆破孔网参数和装药量的调整。实际上深部采场的应力分布复杂：并非所有的深部矿山地应力场都是以垂向应力为主应力方向，在构造应力较大的区域，水平构造应力远大于垂向应力；深部采场的高应力场并非一成不变，随着开挖区域形态变化和开挖顺序的不同，深部采场的应力场也处于动态变化的状态。因此，这种简单的调整孔网参数和炸药量的设计与施工方式，无法适应深部矿岩高应力场的复杂、多变特性，也缺少理论依据，在矿山生产实际中应用效果并不好。
发明内容
针对上述深部采场高应力场对爆破效果的影响以及目前爆破设计中存在的问题，本发明的目的是提供一种深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，采用该方法对深部采场爆破参数进行动态调整优化，达到深部采场安全高效生产、改善爆破效果、降低回采成本、提升矿山生产经济效益的目的。
本发明采用的技术方案为：
深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，包括以下步骤：
1)获取深部采场矿岩应力分布及其开采过程中的演化规律；
2)深部采场的回采作业；在回采过程中，以拉底切割工程作为第一步回采；
3)划分爆破回采区域；拉底切割工程完成后，通过步骤1)中的应力测量法获取深部采场所在开挖区域切割后的应力场云图Ⅰ；在应力场云图Ⅰ中对需要爆破回采的区域进行分区划分；
4)选定回采的首采分区Ⅰ；对划分的各分区进行应力密度值计算，获取每个分区对应的应力密度值，将各分区按照应力密度值由高到低进行排序，遵循工艺可行的前提，从排序的各分区中选出工艺可行且应力密度值高的分区，作为回采的首采分区Ⅰ；
5)对选定的首采分区Ⅰ，进行爆破参数优化；
6)首采分区Ⅰ的回采作业；按照优化后的爆破参数对首采分区Ⅰ进行凿岩、装药、爆破崩矿、出矿作业，完成首采分区Ⅰ的回采即第二步回采。
所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，还包括
步骤7)第三步回采作业；首采分区Ⅰ回采完成后，该深部采场形成了新的开挖区域，重新获取该新开挖区域的应力场云图II，对新的开挖区域的应力场云图II进行区域划分，然后重复步骤4)至步骤6)，在新的开挖区域内选定新的回采的首采分区II、对首采分区II进行爆破参数优化以及完成首采分区II的回采作业；重复步骤7)进行第四至N步回采作业，直至整个深部采场全部开采完毕。
所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，步骤1)中应力测量法包括：钻孔释放法测量、预埋应力传感器监测法和微震监测应力分析方法；通过钻孔释放法测量和预埋应力传感器监测法测得区域内若干测点处的应力值，通过反演得出区域应力场；通过微震监测应力分析方法在深部采场区域布置若干微震信号监测点，由微震事件信号反映出监测区域应力场的相对大小，与真实应力场之间存在对应关系。
所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，步骤2)中拉底切割工程完成后，应力场分布稳定后，将步骤1)采集到的信号进行分析处理，获取深部采场切割后的应力场云图。
所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，步骤3)中分区划分时，按照单次崩矿量、孔网参数布置基本原则进行分区划分。
所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，步骤4)中对划分的各分区进行应力密度值计算，具体为每个分区中的三维矿体划分为若干小块体，结合分区矿体中三维应力场的分布情况，每个小块体中均有对应的应力值，将小块体中的应力值进行加权运算处理，并将运算结果除以分区三维矿体体积，获得该分区的应力密度值。
所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，步骤5)优化内容包括炸药单耗优化和孔网参数优化，优化的原则为以原设计爆破参数为基础，结合对应分区应力密度值，确定炸药单耗优化系数，炸药单耗优化系数与原设计炸药单耗的乘积为优化后的炸药单耗；然后根据优化后的炸药单耗值，以“减小排间距增大孔间距”为原则，对爆破孔网参数进行优化；根据优化后的炸药单耗值和崩矿量确定炸药总量。
本发明与现有设计方法相比，具有以下优点：
1、利用微震实时监测等应力动态分析手段，能够获取深部采场开采过程中不断变化的应力场，实现了对高应力场的精细分区划分。
2、对各应力分区进行权值计算并排序，对回采爆破顺序进行优化。
3、结合分区应力密度值，确定炸药单耗优化系数，实现了对炸药单耗的定量优化。
4、每一次回采开挖后，都能获取应力重新分布后的应力云图，采用循环方式对相关参数进行优化，提高了优化精细度。
5、经现场试验验证，采用本发明提供的诱导爆破崩矿方法，减小了回采炸药单耗、降低了回采成本、提高了采场回采率、降低了矿石贫化率、降低了崩矿大块率，在降低生产成本的同时，极大的改善了爆破效果，实现了深部采场安全高效回采的目的。
6、本发明通过应力测量手段，获取深部采场所在区域存在的应力场分布情况及随开挖而变化的动态变化规律，基于高应力对爆破效果的影响规律，利用高应力对爆破崩矿的诱导作用，对回采爆破崩矿中的回采顺序、孔网参数、炸药单耗、炸药总量等爆破参数进行优化配置，实现深部采场安全高效生产、改善爆破效果、降低回采成本、提升矿山生产经济效益的目的。
附图说明
图1为实施例1中深部采场切割后高应力场云图；
图2为实施例1中优化前后爆破大块率与炸药单耗量对比图；
图中：1-矿岩应力场，2-切割拉槽，3-矿体边界。
具体实施方式
本发明深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，主要包括以下步骤：
1)获取深部采场矿岩应力分布及其开采过程中的演化规律。常用应力测量方法包括：钻孔释放法测量、预埋应力传感器监测和通过微震监测构建应力场等。其中钻孔释放法测量、预埋应力传感器监测法能够测得区域内若干测点处的应力值，通过反演得出区域应力场；微震监测应力分析方法通过在深部采场区域布置若干微震信号监测点，由微震信号事件反映出监测区域应力场的相对大小，与真实应力场之间存在对应关系，结合三种方法可获得深部采场矿岩应力分布及其开采过程中的演化规律。在本发明中，主要是实现爆破设计与高应力场匹配，通过爆破与高应力耦合作用进行破岩。
2)深部采场回采作业；其采矿方法和回采工艺是由矿体赋存条件决定的，在回采过程中，拉底切割工程为回采第一步，拉底巷道、切割天井及切割槽等工程均按设计进行布置与施工。
3)划分爆破回采区域；拉底切割工程完成后，通过上述测量方法获取深部采场所在区域切割后的应力场云图Ⅰ。对采场中对需要爆破回采的区域进行分区划分，划分时应综合考虑单次崩矿量、孔网参数布置基本原则来进行。
4)选定回采的首采分区Ⅰ；回采分区划分结束后，将分区三维矿体划分为若干小块体，结合分区矿体中三维应力场的分布情况，每个小块体中均有对应的应力值，将小块体中的应力值进行加权运算处理，并将运算结果除以分区三维矿体体积，获得该分区的应力密度值；然后将各分区对应的应力密度值进行由高到低的排序，遵循工艺可行的前提，从排序的各分区中选出工艺可行且应力密度值高的分区，作为回采首采分区Ⅰ。
5)对选定的首采分区Ⅰ，进行爆破参数优化。优化内容包括炸药单耗优化和孔网参数优化两方面。优化的原则为以原设计爆破参数为基础，结合对应分区应力密度值，确定炸药单耗优化系数，炸药单耗优化系数与原设计炸药单耗的乘积为优化后的炸药单耗；然后根据优化后的炸药单耗值，以“减小排间距增大孔间距”为原则，对爆破孔网参数进行优化；根据优化后的炸药单耗值和崩矿量确定炸药总量。
6)按照优化后的爆破参数对首采分区进行凿岩、装药、爆破崩矿、出矿作业，完成首采分区Ⅰ的回采即第二步回采。
7)首采分区Ⅰ完成后，深部采场形成了新的开挖区域，其应力场也产生了相应的变化，需要重新获取新的应力场云图，即首采分区Ⅰ后的高应力场云图II，对新的应力场云图II进行区域划分，然后重复上述步骤4)至步骤6)，在新的开挖区域内选定新的回采的首采分区II，对首采分区II进行爆破参数优化以及完成首采分区II的回采作业，即完成第三步回采。
8)重复步骤7)进行第四至N步回采作业，直至整个深部采场全部开采完毕。
实施例1深部采场高应力诱导爆破崩矿方法
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步描述。
参照图1，本实施例铜锌矿深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，具体步骤如下：
1)首先在选定的深部采场周边空间布置微震传感器，用以采集微震事件信号。
深部采场回采作业
2)回采第一步：在回采过程中，以拉底切割工程作为回采第一步。
3)在采场拉底切割工程(切割拉槽2)结束、矿岩应力场1分布稳定后，将微震监测系统采集到的信号进行分析处理，获取深部采场切割后的应力场云图Ⅰ，并按照单次崩矿量、孔网参数布置基本原则对矿体边界3内的矿体进行分区划分，本实施例中共划分5个分区，分别为A分区、B分区、C分区、D分区和E分区，如图1所示。
4)结合应力场云图，对划分的各分区进行应力密度值计算，获取每个分区对应的应力密度值，将各分区按照应力密度值由高到低进行排序，图1中按应力密度值排序后顺序为C、A、B、D、E。根据本发明中回采爆破顺序优化原则，首采分区应为C分区，结合工程实际，由于C分区中布置有井巷工程暂时不能进行回采，因此最终确定应力密度值第二的A分区为首采分区Ⅰ。
5)根据A分区应力密度值，确定其炸药单耗优化系数，将该系数与原设计炸药单耗值相乘，得出优化后A分区的炸药单耗量，然后根据A分区崩矿量，计算出A分区回采所需炸药总量；基于优化后的炸药单耗量，结合原设计爆破孔网参数，以“减小排间距增大孔间距”为原则，对A分区爆破孔网参数进行优化。
6)按照优化后的爆破孔网参数，在采场凿岩巷道中钻凿扇形深孔、装药、爆破、出矿，完成深部采场首采分区Ⅰ的回采即第二步回采。
7)首采分区Ⅰ结束后，应力场重新分布，根据首采后形成的采空区形态获取首采后应力场云图，对矿体未回采部分进行重新分区，重复步骤(4)至步骤(6)，完成第三步回采作业。
8)第三步回采作业结束后，重复上述步骤(4)至步骤(6)直至最后一次回采爆破之前，此时深部采场仅剩下最后一个区域需要爆破，不涉及到爆破顺序优化步骤，仅需结合爆破分区应力密度值对应的炸药单耗优化系数，对爆破参数进行优化即可，随后完成整个深部采场回采作业。
在本实施例中，采用本发明提供的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法对回采顺序及爆破参数进行优化，优化后该试验采场平均炸药单耗从0.35kg/t降低至0.274kg/t，回采大块率从5.87％降低至2.92％，极大的改善了爆破效果并降低了回采成本，其他采场与优化采场的相关参数对比如图2所示。该铜锌矿年产矿石70万t，如果将本发明推广至其余采场，每年可节省53200kg炸药，以及大量雷管、起爆弹等爆破器材，每年可为矿山节省爆破费用百万以上；同时应用本发明提改善爆破质量、缩短开采周期、提高生产效率、减少顶板暴露时间，实现了深部采场安全高效回采。
Claims (7)
1.深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取深部采场矿岩应力分布及其开采过程中的演化规律；
2)深部采场的回采作业；在回采过程中，以拉底切割工程作为第一步回采；
3)划分爆破回采区域；拉底切割工程完成后，通过步骤1)中的应力测量法获取深部采场所在开挖区域切割后的应力场云图Ⅰ；在应力场云图Ⅰ中对需要爆破回采的区域进行分区划分；
4)选定回采的首采分区Ⅰ；对划分的各分区进行应力密度值计算，获取每个分区对应的应力密度值，将各分区按照应力密度值由高到低进行排序，遵循工艺可行的前提，从排序的各分区中选出工艺可行且应力密度值高的分区，作为回采的首采分区Ⅰ；
5)对选定的首采分区Ⅰ，进行爆破参数优化；
6)首采分区Ⅰ的回采作业；按照优化后的爆破参数对首采分区Ⅰ进行凿岩、装药、爆破崩矿、出矿作业，完成首采分区Ⅰ的回采即第二步回采。
2.如权利要求1所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，其特征在于，还包括
步骤7)第三步回采作业；首采分区Ⅰ回采完成后，该深部采场形成了新的开挖区域，重新获取该新开挖区域的应力场云图II，对新的开挖区域的应力场云图II进行区域划分，然后重复步骤4)至步骤6)，在新的开挖区域内选定新的回采的首采分区II、对首采分区II进行爆破参数优化以及完成首采分区II的回采作业；重复步骤7)进行第四至N步回采作业，直至整个深部采场全部开采完毕。
3.如权利要求1所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，其特征在于，步骤1)中应力测量法包括：钻孔释放法测量、预埋应力传感器监测法和微震监测应力分析方法；通过钻孔释放法测量和预埋应力传感器监测法测得区域内若干测点处的应力值，通过反演得出区域应力场；通过微震监测应力分析方法在深部采场区域布置若干微震信号监测点，由微震事件信号反映出监测区域应力场的相对大小，与真实应力场之间存在对应关系。
4.如权利要求1所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，其特征在于，步骤2)中拉底切割工程完成后，应力场分布稳定后，将步骤1)采集到的信号进行分析处理，获取深部采场切割后的应力场云图。
5.如权利要求1所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，其特征在于，步骤3)中分区划分时，按照单次崩矿量、孔网参数布置基本原则进行分区划分。
6.如权利要求1所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，其特征在于，步骤4)中对划分的各分区进行应力密度值计算，具体为每个分区中的三维矿体划分为若干小块体，结合分区矿体中三维应力场的分布情况，每个小块体中均有对应的应力值，将小块体中的应力值进行加权运算处理，并将运算结果除以分区三维矿体体积，获得该分区的应力密度值。
7.如权利要求1所述的深部采场高应力诱导爆破崩矿方法，其特征在于，步骤5)优化内容包括炸药单耗优化和孔网参数优化，优化的原则为以原设计爆破参数为基础，结合对应分区应力密度值，确定炸药单耗优化系数，炸药单耗优化系数与原设计炸药单耗的乘积为优化后的炸药单耗；然后根据优化后的炸药单耗值，以“减小排间距增大孔间距”为原则，对爆破孔网参数进行优化；根据优化后的炸药单耗值和崩矿量确定炸药总量。
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2016
- 2016-04-12 CN CN201610227099.8A patent/CN105888666B/zh active Active
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