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水厂铁矿采场东帮预裂爆破质量的改进措施
2019-05-13
水厂铁矿采场东帮地质条件复杂,节理裂隙发育,影响到界边坡预裂爆破质量。通过 对影响该部位的穿孔质量、爆破设计等四方面因素进行调查分析,采取适当增加预裂爆破炮孔直 径、合理控制上水平主缓冲孔超深、分段泄水预裂爆破、在预裂爆破区域的两端各留下 1~2个空炮 孔不爆破、清碴爆破及适当增加预裂爆破药量、减少缓冲爆破药量等措施。结果表明,L8钻机 150 mm孔径预裂爆破半壁孔率提高到 70%以上,最高达到 85%,复杂地质条件部位孔深合格率、角度 合格率、半壁孔率分别较 F9钻机提升了 10%、7%、20%,2种钻机预裂爆破平均半壁孔率达到 65%,整体爆破质量得到明显改善,有效降低采矿成本,相关经验...
Serial No. 600 April. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 600期 2019 年 4 月第 4 期 · 采矿工程· 水厂铁矿采场东帮预裂爆破质量的改进措施 王朝辉ꢀ 尹芝足ꢀ 陈建华ꢀ 王爱民ꢀ 关晓锋 ( 首钢集团有限公司矿业公司水厂铁矿) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 水厂铁矿采场东帮地质条件复杂,节理裂隙发育,影响到界边坡预裂爆破质量。 通过 对影响该部位的穿孔质量、爆破设计等四方面因素进行调查分析,采取适当增加预裂爆破炮孔直 径、合理控制上水平主缓冲孔超深、分段泄水预裂爆破、在预裂爆破区域的两端各留下 1 ~ 2 个空炮 孔不爆破、清碴爆破及适当增加预裂爆破药量、减少缓冲爆破药量等措施。 结果表明,L8 钻机 150 mm 孔径预裂爆破半壁孔率提高到 70% 以上,最高达到 85% ,复杂地质条件部位孔深合格率、角度 合格率、半壁孔率分别较 F9 钻机提升了 10% 、7% 、20% ,2 种钻机预裂爆破平均半壁孔率达到 65% ,整体爆破质量得到明显改善,有效降低采矿成本,相关经验对类似条件矿山具有借鉴作用。 关键词ꢀ 复杂地质条件ꢀ 预裂爆破ꢀ 技术措施 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 04. 015 Improvement Measures of Pre-spliting Blasting Quality of The East Boundary of the Stope of Shuichang Iron Mine Wang Zhaohuiꢀ Yin Zhizuꢀ Chen Jianhuaꢀ Wang Aiminꢀ Guan Xiaofeng ( Shuichang Iron Mine,Shougang Group Mining Company) Abstractꢀ The geological conditions of the east boundary of the stope of Shuichang Iron Mine is complex,the joint sand fissures are well developed,the pre-spliting blasting quality of the boundary is in- fluenced. Through investigation and analysis of the influence factors of drilling quality and blasting de- sign,the improvement measures are proposed. The blasting quality can be improved by increasing the hole diameter of pre-spliting blasting appropriately,controlling the overdepth of the main horizontal buffer hole reasonably,sub-level drainage pre-spliting blasting,retaining 1 ~ 2 empty holes at each end of the pre- spliting blasting area without blasting,cleaning slag blasting and increasing the amount of pre-spliting blasting charge appropriately and reducing the charge of buffer blasting. The results show that half porosity of pre-spliting blasting of L8 drilling machine with 150 mm diameter can be improved to more than 70% , the maximum value is 85% ,compared with F9 drilling machine,the hole depth qualified rate,angle quali- fied rate and half hole rate of the areas with complex geological condition of L8 drilling machine is im- proved by 10% ,7% and 20% respectively,the average half porosity is 65% ,the whole blasting quality is improved effectively,the mining cost is reduced significantly,the above study experience can provide some reference for the similar mines. Keywordsꢀ Complex geological condition,Pre-spliting blasting,Technical measures ꢀ ꢀ 水厂铁矿是国内大型露天矿山之一,目前年产 为 15 m,最低开采水平为ꢁ215 m,形成采场封闭圈 边坡高度 295 m,平均每年靠帮到界线长度 5 000 m 需要实施预裂爆破。 矿石 900 万 t,采剥总量为 5 000 万 t,台阶设计高度 水厂铁矿边坡围岩主要为前震旦纪变质岩系, ꢀ ꢀ 王朝辉(1979—),男,副矿长,工程师,064405 河北省迁安市马 兰庄镇。 5 7 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 以黑云斜长片麻岩、紫苏黑云斜长片麻岩、角闪斜长 片麻岩为主,并经受了混合岩化作用和地表的强风 化作用,此外还有少量花岗岩层和第四系冲积层。 近边帮围岩的节理裂隙大都比较发育,每种岩石至 少有 2 组以上的节理裂隙。 矿石密度为 3. 09 ~ 向水平移动 0. 36 m。 未调整预裂孔位,会造成预裂 孔孔底超界,爆破后台阶底部出现根底。 3 3 . 24 t/ m ,岩石密度为 2. 66 ~ 2. 7 t/ m 。 混合岩极 3 限抗压强度为 130 ~ 140 MPa,f = 13 ~ 16;片麻岩极 限抗压强度为 80 ~ 100 MPa,f=8 ~ 12。 水厂铁矿东帮预裂爆破条件差,地质条件复杂, 节理裂隙发育,岩石层理顺台阶倾角方向发育,倾角 为 50° ~ 60°,小于 65°坡面角,含水岩体占 2 / 3 以 上。 受日益增大的地压影响,导致边坡沿节理面塌 落,坡面半壁孔难于保留,边坡稳定性受到影响。 为 提高预裂爆破质量,应对采场东帮原有预裂爆破方 案进行改进和优化。 图 2ꢀ 实际作业标高变化造成的预裂孔位置变化 ( 3)预裂孔倾斜角度误差大,影响爆破质量。 按照段高 15 m,预裂孔倾角由 70°减小到 65°,预裂 孔底部会向境界内方向偏离 1. 53 m(15 / tan65° ꢁ 1 5 / tan70°)。 倾角由 70°增大到 75°,预裂孔底部会 向境界外方向偏离 1. 44 m(15 / tan70°ꢁ15 / tan75°)。 所以炮孔倾角在 65° ~ 75°变化时,平均 1°误差,造 成预裂孔底偏移 0. 3 m,影响较大。 同时,节理面发 育部位或存在软弱夹层部位,穿孔时钻杆容易弯曲, 造成钻孔偏斜。 1 ꢀ 爆破效果差的主要原因调查分析 1 . 1ꢀ 穿孔质量差 ( 1)受地质条件影响,孔深合格率低。 目前,采 场东帮炮孔水孔比例较原来增加了 20% ~ 30% ,导 致 F9 边坡钻机穿凿 ϕ115 mm 孔径炮孔的成孔率降 低,成孔率不足 70% ,影响了边坡爆破质量。 同时, 节理面发育部位,穿孔漏风,容易卡钻,也会影响穿 孔深度。 图 1 为采场ꢁ35 m 水平东帮某部位,地下 水丰富,有流动性,F9 钻机成孔困难,72 h 后炮孔变 浅成废孔概率为 70% 以上,此部位爆破效果极差, 少量半壁孔出露后留不住。 ( ( 4)司机操作不当影响穿孔质量和爆破质量。 5)上水平爆破底板标高控制不利,影响下水 平预裂爆破质量。 ( 6)如果上水平缓冲爆破超深大或电铲采掘留 下的虚方大,会造成下水平穿孔平台虚方量大,预裂 穿孔困难,影响穿孔质量,进而影响爆破质量。 1 . 2ꢀ 预裂爆破接爆区设计不合理 当上一个预裂爆破边孔设计药量过大时,会造 成接爆区间隔距离过大,影响爆破质量;不同的爆破 技术员进行爆破设计时,可能因测量、操作、穿孔作 业等误差造成设计角度存在偏差,影响爆破质量。 见图 3。 图 1ꢀ 采场东帮某部位 ( 2)穿孔作业平台标高不一致,预裂孔位未按 照标高调整,影响爆破质量。 为提高穿孔质量,穿孔 前用勾机给平台降虚方后,标高变低。 测量现场放 置的境界线是某水平境界线在标准标高水平上的投 影,不随着现场实际标高的变化而变化。 如果现场 标高比标准低 1 m,按照段高 15 m,炮孔倾角 70°计 算,预裂炮孔应向采场境界内水平方向移动约 0. 36 m,不调整会超界 0. 36 m,见图 2。 反之,如果现场 标高比标准高 1 m,则预裂炮孔应向采场境界外方 图 3ꢀ 接爆区炮孔角度前后偏差大的爆破质量 1 . 3ꢀ 爆破设计思路不合理 原先水厂铁矿采用 115 mm 孔径预裂爆破,预 裂孔孔间距离 a =0. 9 ~ 1. 3 m,线装药密度 qy = 0. 7 5 8 ꢀ ꢀ 王朝辉ꢀ 尹芝足等:水厂铁矿采场东帮预裂爆破质量的改进措施ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 1 kg / m;缓冲爆破采用 310 mm 孔径,孔底距 a4 = ~ 1 . 5 ~ 2 m,a5 = 2. 5 ~ 3 m,炮孔布置见图 4。 水厂铁 矿预裂爆破原来采用均匀线形不耦合装药结构,缓 冲爆破炸药单耗取正常生产爆破炸药单耗的 85% 。 在地质条件复杂部位,原来爆破设计遵循“适当减 少预裂爆破药量、增加缓冲爆破药量”,这种设计思 路存在一定误区。 爆破后,地质条件复杂部位爆区 存在超界或挂帮现象。 图 5ꢀ 控制缓冲孔超深后穿孔质量改进情况 中,ΔA 为预裂孔需要移动距离(当现场标高大于境 界标准标高时,向境界外方向移动;当现场标高小于 境界标准标高时,向境界内方向移动);Δh 为境界 标准平台标高与现场实际平台标高差的绝对值;α 为设计炮孔倾斜角度,一般为 70°。 预裂炮孔角度 变化或炮孔位置变化后会引起缓冲孔孔底距发生变 化,打缓冲孔也要调整孔位,爆破设计时要相应调整 装药量。 图 4ꢀ 预裂爆破炮孔布置示意 2 2 2 ꢀ 预裂爆破质量改进措施 . 1ꢀ 穿孔质量主要改进措施 2 . 1. 3ꢀ 分段泄水预裂爆破方法 . 1. 1ꢀ 炮孔直径增大 爆破技术人员在进行预裂爆破设计时,根据上 根据现代矿山爆破工程预裂爆破技术发展和实 水平情况判断下水平地下水发育情况,地下水发育 部位先不穿孔作业,在其两端先进行预裂爆破穿孔 作业,这时,此部位地下水从先爆破的部位溢出减 少,可以提高穿孔成孔率,减弱地下水对爆破效果的 影响。 分段泄水预裂爆破方法示意见图 6。 践经验,采用潜孔式边坡钻相比冲击式边坡钻,穿孔 角度不易偏差。 适当增加预裂爆破孔径,可以提升 [ 1] 穿孔质量和爆破质量 。 水厂铁矿采用 L8 钻机进行 150 mm 孔径预裂 爆破试验,结果表明,同等条件下,穿孔成孔率较 F9 钻机提高 20% 以上,爆破后半壁孔率较 F9 钻机提 高 10% 以上。 2 . 1. 2ꢀ 爆破设计规范管理 图 6ꢀ 分段泄水预裂爆破示意 ( 1) 控制到界部位缓冲爆破超深设计非常重 2 . 1. 4ꢀ 钻机穿孔规范管理 1)制定边坡钻司机扒碴规范。 穿孔前,视平 [ 2] 要 。 如果上水平的缓冲爆破超深控制存在差距, ( 会造成下水平到边界部位边坡钻作业平台虚方量 大,无论是否采用勾机等辅助设备处理虚方,都会不 同程度影响预裂爆破穿孔和爆破质量。 加强上水平 爆破底板标高控制,邻近下水平境界线的炮孔部位 采用无超深,缓冲爆破孔采用无超深;邻近不超深一 排孔,采用 1 m 超深,次排 2 m 超深,依次逐步过渡; 严格控制缓冲药量,适当缩小孔网面积 5% ,降低炸 药单耗 5% ,采用顶部空气间隔装药,降振缓冲;加 强电铲采掘管理。 以上措施经过试验,下水平作业 平台残留虚方量由原来的 1 ~ 2 m 减少到 0. 5 m 以 下,穿孔质量明显提升,见图 5。 台残留虚方情况,把孔位周围直径 0. 5 ~ 1. 0 m 内的 虚方扒净,见硬底,防止残留虚方对穿孔质量和穿孔 作业造成影响。 穿完一节钻杆后,进行第一次扒碴, 把孔口周边 0. 5 m 内的浮石和虚碴清理干净。 穿孔 完毕,钻杆提出炮孔前,进行第二次扒碴,把孔口周 围直径 0. 5 ~ 1. 0 m 内的虚方、岩碴扒净,然后提出 钻杆,测量孔深和角度,确认孔网、孔深、角度合格后 打下一孔,并及时填写质量检查记录,对超标准的孔 及时标明。 成孔合格后,打下一个孔之前,先用蛇皮 袋装半袋岩碴或碎石,完全封堵成孔,然后用不小于 0 . 5 m×0. 5 m 的单层或双层油毡封盖炮孔,油毡四 周用直径不小于炮孔直径 1. 5 倍的扁平石块压住。 2) 加强穿孔过程中预裂孔倾斜角度误差控 ( 2)针对穿孔作业平台标高不一致问题,及时 调整预裂孔位。 用勾机处理平台虚方时,向采场境 界内方向适当增加宽度,预留出预裂炮孔调整的位 置。 严格按照标高调整炮孔位置,ΔA=Δh / tanα,式 ( 制。 严格控制穿孔角度,对个别角度控制有差距的 班次进行培训,加强管理。 对 F9 钻机计量或机械本 5 9 总第 600 期 现代矿业 2019 年 4 月第 4 期 身存在缺陷,易造成穿孔误差的,穿孔过程中,对准 孔位测量角度一次,开口后测量角度一次,钻半节杆 测量角度一次,穿孔完毕测量一次,找出误差原因及 规律,及时调整。 逐级建立检查记录和台帐,加大日 常检查考核力度。 穿孔过程中必须调整孔位的,根 据偏差大小,需经技术人员同意,逐级口头报批后, 同步调整角度。 铁矿数据存在一定偏差。 且参考的国内矿山及工程 预裂爆破多为历史数据,偏向采用“ 打密孔、少装 药”的控制爆破指导思想,因此,导致其孔间距取值 较小,线装药密度也低。 考虑以上因素,水厂铁矿针对地质条件复杂部 位节理裂隙发育的问题,转变原来“适当减少预裂 爆破药量、增加缓冲爆破药量” 的爆破设计思路为 “适当增加预裂爆破药量、减少缓冲爆破药量”。 2. 4. 2ꢀ 缓冲爆破孔底距和装药结构 2 . 2ꢀ 接爆区设计规范 1)预裂爆破连续穿孔,分开爆破。 通过试验, ( 发现在控制邻近接爆区一孔药量减少 10% 时,一般 最多冲废 1 ~ 2 个预裂炮孔,且冲废的空孔一般也可 挖出半壁孔。 如果不采取此措施,一般接爆区会有 对于预裂爆破参数及缓冲爆破参数,主要是确 定预裂孔、缓冲孔、主炮孔之间的几何关系,其中缓 [ 5] 冲爆破孔底距是影响边坡爆破效果的主要因素 。 3 ~ 4 个孔的位置打不出预裂孔,造成预裂缝不连 在复杂地质条件部位,应增加缓冲孔底距,且辅 缓冲孔底距应大于主缓冲孔。 根据爆破漏斗原理, 随着爆破台阶高度的降低,缓冲孔底距应呈增大趋 续。 因此,采取预裂爆破和缓冲爆破分开,先于缓冲 爆破单独爆破。 预裂爆破可连续穿孔,分开爆破,在 不能连续穿孔时,可在爆区两端各留下 1 ~ 2 个空炮 孔不爆破,可保障预裂爆破接爆区的连续性。 [ 5] 势 。 在采场东帮预裂爆破设计中加大了主、辅缓冲 ( 2)已经爆破的预裂孔接爆区位置不清楚时, 孔底距,根据不同地质条件,在原来的基础上加大了 0. 5 ~ 1. 5 m(层理结构发育部位取大值)。 爆破后 用长臂勾机等设备二次处理坡面,必要时采用辅助 缓冲孔不装药的措施。 先在爆破设计底板图上设计好炮孔位置,按照坐标 用手持 GPS 放置到现场。 2 . 3ꢀ 精细爆破管理 1)对地质条件复杂部位,多调查、多研究、多 ( 通过爆破试验,水厂铁矿 150 mm 孔径预裂爆 破孔间距离取 1. 2 ~ 1. 7 m,线装药密度为 0. 75 ~ 1. 2 kg / m。 大节理裂隙发育部位,取较小的孔距 (1. 3 ~ 1. 4 m),加大缓冲孔底距,提高预裂爆破线 装药密度,把预裂爆破的线装药密度由原来的 0. 8 ~ 0. 96 kg / m 提高到 1 ~ 1. 2 kg / m,减少缓冲爆破炸 药单耗,由原来为正常生产爆破 85% 的取值缩小到 80% 。 改变传统的均匀线形不耦合装药结构(炮孔 底部为 2 重药卷,中上部为 1 重药卷)为塔型不耦合 装药结构(炮孔底部为 5 重药卷,中部为 4 重、3 重, 上部为 2 重、1 重药卷),见图 7。 积累经验。 对于出现的各类问题,多从主观和技术 因素上查找原因,在解决问题中不断提升爆破技术 水平和管理水平。 ( 2)对地质条件复杂部位,坚持精细爆破,采用 各种媒体设备,对爆破设计、施工、管理全过程进行 记录,建立爆破分区模型,采取针对措施。 ( 3)根据不同地质条件,如节理裂隙发育程度、 地下水发育程度,确定合理的预裂孔间距、装药结 [ 3] 。 构、线装药密度、填塞高度等爆破参数 ( 4)对于地质条件复杂,小孔径预裂孔无法成 孔,长度超过 10 m 的部位可采用 2 排直孔预裂爆 破。 2 2 . 4ꢀ 爆破设计思路及爆破参数优化 . 4. 1ꢀ 爆破设计思路 影响边坡控制爆破效果的主要爆破参数可分两 类:第一类是预裂爆破参数,第二类是缓冲爆破参 数。 两类爆破参数是相互影响、相辅相承的,进行边 [ 4] 。 坡控制爆破需要对两类参数进行统筹设计 水厂铁矿原来采用的预裂爆破参数是参照国内 经验通过数学归纳制定的。 由于其中工程爆破采用 8 1 0 mm 以下孔径进行预裂爆破数据较多,而 110 ~ 50 mm 孔径数据较少,所以由国内经验推导的水厂 图 7ꢀ 预裂爆破塔形不耦合装药结构示意 6 0 ꢀ ꢀ 王朝辉ꢀ 尹芝足等:水厂铁矿采场东帮预裂爆破质量的改进措施ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 4 月第 4 期 2 . 4. 3ꢀ 预裂爆破炮孔倾角 破效果有一定影响。 水厂铁矿采矿设计台阶高度为 15 m,2 个台阶 在爆破岩石 f = 8 ~ 16,压渣厚度 B = 10 m,爆区 整体炸药单耗 q>0. 17 kg / t 的条件下,压渣会产生 10 m 以上位移。 此种压渣厚度对矿石部位、硬岩部 位的缓冲爆破影响不大,对软岩和地质条件复杂部 位的缓冲爆破有一定影响。 一并段,坡面角为 65°,存在需要并段的开采水平无 法穿孔到位的问题。 将预裂爆破炮孔角度调整到 7 0°,在并段的台阶部位形成一个宽 1. 5 m 的富余小 台阶空间,满足 L8 钻机正常穿孔需要,可以保障 2 个水平台阶坡底到界,整体境界位置和安全平台宽 度不变,其形成的小台阶顶部人工保留的差 1. 5 m 不到界部分,经过后期风化会慢慢自然塌落,形成 以上表明,在地质条件复杂部位实施缓冲爆破, 压渣厚度不宜超过 7 m;一般岩石部位缓冲爆破,压 渣厚度不宜超过 10 m;矿石和硬岩部位缓冲爆破, 压渣厚度不宜超过 15 m。 6 5°左右原设计坡面,清扫后对采场安全和最终设计 没有任何影响。 采取提高预裂爆破炮孔角度措施, 在每个台阶顶部预留 1. 5 m 的不到界部分,在地质 条件复杂部位可以充当保护层,保障最终边坡顶部 不超界,甚至在一定程度上延长台阶的稳定年限。 预裂爆破炮孔倾角的确定见图 8。 3ꢀ 爆破效果 针对复杂地质条件下的预裂爆破,制定了有效 改进措施,并推广应用到其它部位预裂爆破,取得了 较好的效果。 2015—2016 年,水厂铁矿分别完成预 裂爆破到界长度 7 973,3 984 m,2 种钻机预裂爆破 平均半壁孔率逐年提高,分别达到 61% 、68% ,最高 达到 85% 。 采用 L8 钻机穿孔部位平均孔深、角度 合格率分别达到 93% 、94% , 平均半壁孔率达到 7 0% 。 复杂地质条件部位孔深合格率、角度合格率、 半壁孔率分别较 F9 钻机提升了 10% 、7% 、20% 。 爆 破效果见图 9。 图 8ꢀ 预裂爆破炮孔倾角的确定 2 . 4. 4ꢀ 缓冲爆破压渣厚度 为摸清压渣厚度对预裂爆破效果的影响,对压 渣厚度与爆破前冲关系的数学模型进行了分析。 试 验研究表明,在爆破岩石 f = 8 ~ 16,压渣厚度 B = 20 m,爆区整体炸药单耗 q≤0. 2 kg / t 的条件下,压渣 不会产生位移,显然对边坡控制爆破不利。 图 9ꢀ 优化后爆破效果 4 ꢀ 结ꢀ 论 ( 在爆破岩石 f = 8 ~ 16,压渣厚度 B = 15 m,爆区 整体炸药单耗 q≤0. 165 kg / t 的条件下,压渣不会产 生位移。 q>0. 180 kg / t 的条件下,会产生 10 m 以上 位移,此种压渣厚度对地质条件复杂部位的缓冲爆 1)适当增加预裂爆破炮孔直径,可以有效提 高地质条件复杂部位穿孔质量和爆破效果。 2)合理控制上水平主缓冲孔超深,对于提高 下水平预裂爆破穿孔质量效果明显。(下转第64页) ( 6 1
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