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镜铁山矿井下切采一体化技术研究与应用
2018-11-14
镜铁山矿井下切采一体化技术研究与应用——甘肃镜铁山矿业有限公司王小林专家报告
镜铁山矿井下切采一体化技术研究与应用 甘肃镜铁山矿业有限公司 王小林 目 录              一、项目简介 1、项目研究背景 2、国内同类技术的比较 3、项目攻关目标 二、项目研究内容 1、项目技术原理 2、项目技术难点 3、项目技术路线 4、项目研究结论 三、技术创新点 四、推广应用情况 五、经济效益 六、相关附件及证明 一、项目简介 1 .1 项目研究背景 镜铁山矿桦树沟铁矿采矿方 法为无底柱分段崩落法,切割 拉槽工艺采用切割小井与深孔 联合的切割技术,切割小井依 然采用YT28凿岩机进行浅孔凿 岩。人工掘凿切割井的方法存 在生产效率低,劳动强度高, 作业环境差, 和不安全等问 题,因此,极有必要进行切采 一体化技术研究。 项目简介 1 .2 国内同类技术的比较 目前国内同类矿山传统上采用人工掘凿 切割天井与平行炮孔联合切割拉槽形成落 矿自由面,该采矿方法形成的切割井大部 分采用YT28型凿岩机进行浅孔凿岩。 为了改变目前落后的采矿切割工艺,国 内矿山进行了不懈的努力,具有代表性的 平行空孔分段掏槽法及中深孔切割拉槽 。 项目简介 1 .2.1 平行空孔分段掏槽法 为了快速安全的形成切割井,改变以往的 浅孔爆破,采用1254采矿台车进行中深孔爆 破形成切割井,该方法沿着天井全长施工一 组平行炮孔,每个掏槽孔分成若干段分段装 药,分段装药之间充填一定高度的填塞物把 炸药隔开,利用毫秒微差雷管自下而上按顺 序依次起爆扩出槽腔。这种方法比人工掘凿 切割天井技术先进、安全。但是该方法在进 行中深孔布置过程中,要求各参数的确定位 置非常严格,孔与孔之见的距离要严格控制 , 防止出现孔与孔穿透的现象。对装药过程 中中间分层填塞物的长度要严格控制,过长 或过短均不能形成很好的爆破效果。 项目简介 1 .2.2 中深孔切割拉槽 采用中深孔切割拉槽工艺,中深孔 采用扇形布置,共14排炮孔。现场应 用表明:①采用炮孔切割拉槽,凿岩、 爆破等作业全部在巷道内进行,施工 过程的安全性好;②切割拉槽效率高, 有利于加快生产准备。但是这种中深 孔切割拉槽工艺需将切割巷道布置在 矿体的中部,并由中部向两侧分别回 采,此切割拉槽方法只适用于厚大矿 体,中深孔切割拉槽在独头巷道内无 法应用。 项目简介 1 .2.3三种切割技术对比表 通过下表中综合比较三种无底柱分段崩落法切割技术可以看出,人工掘凿 切割天井安全性差,属落后淘汰工艺。分段法由于装药结构复杂,中深孔切割拉 槽受矿体厚度限制,推广困难。 这三种切割技术都不适宜应用于镜铁山矿无底柱分段崩落法切割技术,有必 要进行切采一体化技术研究。 项目简介 1 .3项目攻关目标 ① 利用机械化作业替代人工掘凿切割工程。 镜铁山矿井下通过提高Simba1354台车施工中深孔精度,利用扩孔功能解决 补偿空间不足的问题,实现机械化切割目的,彻底解决无底柱分段崩落法人工 切割拉槽存在的安全差和效率低的问题。 ② 实现切采一体化生产工艺 通过优化采矿工艺,将切割工序和落矿深孔凿岩工序合二为一,减少单独 的切割工作,实现切采一体化作业,降低矿山备采矿量保有期,提升矿山总体 经济效益。 二、项目研究内容 2 2 .1项目技术原理 .1.1平行掏槽爆破基本原理 平行掏槽的特点是掏槽孔相互平行,有 一定数量不装药的空孔作为装药掏槽孔爆破 初始的自由面和补偿空间,爆破时,装药掏 槽孔与空孔爆破贯穿,形成掏槽空间,并为 切割后续中深孔的爆破提供自由面和补偿空 间。平行掏槽爆破的关键是形成所要求大小 和高度的槽腔,中心装药孔利用平行空孔为 自由面进行扩槽,自由面小,夹制性大,补 偿空间小。 项目研究内容 2 .1.2切采一体化技术原理 切采一体化技术切割深孔包括平行掏槽切割深孔和两边扇形切割深孔,其 技术核心是平行掏槽,利用微差爆破,先生成平行掏槽腔,然后两边扇形切割 深孔 以平行掏槽腔为自由面和补偿空间进行爆破,实现平行掏槽切割深孔和两 边扇形切割深孔依次微差爆破。 项目研究内容 2 .1.3补偿系数确定 通过采用四孔法和六孔法的布 置方式进行掏槽补偿系数的对比计 算,同时考虑到受Simba1354台车 施工精度的影响,若掏槽孔距小, 中心掏槽孔与空孔易掘透影响掏槽 爆破效果,因此采用多边形六孔法, 空孔扩孔直径φ127mm,补偿系数 为1.215,理论上能够满足爆破需 求。 项目研究内容 2 2 .1.4 爆破技术 .1.4.1反射四通接头 目前桦树沟井下采用导爆管雷管作为传爆元 件,带来突出的安全性问题,一方面传爆雷管暴 露孔外,当遇到重物撞击,飞石砸击,可能会引 起意外爆炸;另一方面,雷管爆炸产生的金属碎 片很容易切割导爆管而造成传爆中断。因此切割 深孔爆破要求采用导爆管反射四通爆破网路,与 导爆管雷管起爆网路相比,一次起爆数量没有限 制,网路可以无限扩展,雷管不暴露在孔外,降 低了引起意外爆炸的可能,而且能够避免雷管爆 炸产生的金属碎片切割导爆管而造成传爆中断。 项目研究内容 2 .1.4.2闭合复式起爆网路 每个Φ89的切割深孔装2发LP高精度长延时毫秒导爆管雷管,采用闭合复式连 接;每个Φ76深孔装1发LP高精度长延时毫秒导爆管雷管,采用闭合连接。切割深 孔爆破时,采用一次性装药微差爆破,起爆顺序依次为中心装药孔→周边孔→切 割扇形孔1→切割扇形孔2→切割扇形孔3 →…… 。切割扇形孔从平行切割槽腔向 两侧依次爆破。 项目研究内容 2 2 .1.5技术方案 .1.5.1方案一:切割部位对应 上水平巷道的设计方案 依据Simba1354台车中深孔凿岩 精度测定结果,尽管采用新钎杆与导 向钎杆、导向钻头施工切割中孔,炮 孔深度超过15m时,从理论上讲孔底 偏差达到300mm以上,如果考虑炮孔 施工时人工操作误差,利用 Simba1354台车施工切割中深孔是不 能满足切采一体化工艺技术需求的, 因此,对镜铁山矿现有段高15*间距 5 、左侧扇形深孔 2、空孔 、中心装药孔 6、右侧扇形深孔 1 3 、辅助、周边装药孔 、切割扇形孔 4 1 8m结构参数的切割,先采用切割部 位对应上水平巷道的设计方案。 项目研究内容 项目研究内容 2 .1.5.2方案二:切割部位对应上水平矿柱 的设计方案 井下生产实际往往是下分段切割部位对应 上分段矿柱的情况,考虑镜铁山矿以后无切割 巷切割的工艺技术发展需求,这种形式的切割 将占主导地位。针对下分段切割部位对应上分 段矿柱的深孔切割,借助Simba1354台车施工 平行炮孔的功能,从进路一侧向上分段侧边进 路施工倾斜平行切割深孔,两侧同时施工切割 扇形深孔,以倾斜平行切割深孔爆破后产生的 自由面为初始爆破自由面和补偿空间,通过分 段微差爆破依次将切割面爆破扩大,为后续正 常落矿中深孔的爆破创造自由面。其核心技术 是以较低的初始切割高度逐渐扩大至较高的切 割高度,以满足大间距结构参数下对切割高度 的需求,同时也弥补了Simba1354台车对炮孔 施工精度偏低的不足。 5 、左侧扇形切割深孔 6、右侧深孔放射中心 2 、辅助、周边装药孔 1 、中心装药孔 、空孔 3 项目研究内容 项目研究内容 2 .2项目技术难点 ① 中深孔凿岩偏斜率较高,对切采一体化实现影响较大。由于Simba1354台车存 在较高的凿孔偏斜率,降低了爆破的凿孔质量,从而限制了切割槽钻孔深度。特别是 凿孔深度较大时,经常出现孔底钻孔相互贯穿或者造成孔底抵抗线的大幅增加,限制 了切割槽的高度。 ② 空孔的孔径受到限制。在施工条件允许情况下,应尽量增大掏槽中空孔的直径 或适当增加空孔数量,以保证适宜的补偿空间,但孔径的选择实际上受凿岩设备性能 的制约。 ③ 人工装药的爆破工艺对切采一体化施工具有一定影响。目前镜铁山矿井下深孔 爆破使用的膨化硝铵炸药,由于炸药干燥,在使用装药器装φ89的平行切割深孔时, 炸药返粉率达到30%,有时存在起爆具往下掉的现象,不但影响了装药效率,而且导 致装药密度不够,影响了爆破效果。 ④ 微差时间难于确定。实现炮孔之间合理的依次抛碴是切采一体化的技术关键, 即先爆破的炮孔产生的岩碴能否及时抛出,为后爆破的深孔提供自由面及所需的补偿 空间。 项目研究内容 2 .3项目技术路线 Simba1354台车施工精度试验 设计爆破参数 现场爆破试验 改进并形成工艺技术标准 2 .3.1凿岩偏斜率控制措施 为了提高中深孔凿岩精度,经 与国内外深孔设备专家技术交流, 计划利用配φ76导向钻管+φ89导向 钻头施工切割深孔。经试验,通过 改进掘进钻具、及时更新磨损凿具 及台车推进压力从50bar降到30bar, 现有Simbar1354台车中深孔偏斜率 可由6.8%降低到1.8%,可满足切割 深孔施工精度的需要。 T45普通钻杆+ T45普通钻杆+普通钎头 T45普通钻杆+ T45导向钻管+导向钻头 2 2 2 655m水平中深孔开口水平投影位置(A点) 670m水平中深孔计算透孔水平投影位置(B点) 670m水平中深孔实际透孔水平投影位置(C点) 深孔平均精度( 钎杆纤尾磨损情 况 偏移方位 序号 孔号 推进压力 施工凿具 %) 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4-3 旧 旧 旧 旧 旧 旧 旧 旧 新 新 新 新 50 50 50 50 50 50 40 40 30 30 30 30 φ76普通钻头 φ76普通钻头 φ76普通钻头 φ76普通钻头 南偏西71.7度 2 3 4 5 6 7 8 9 3-4 4-4 6-3 7-3 8-3 8-2 8-3 9-2 9-3 9-4 9-5 9-6 南偏西58.8度 南偏西67.6度 南偏西81.7度 南偏西63.5度 南偏西78.7度 6 .8 φ76导向钻头+导向钻杆 φ76导向钻头+导向钻杆 φ76普通钻头 4 5 .3 .9 北偏西26.6度 北偏西88.8度 φ76普通钻头 北偏西0.1度 北偏西15.8度 北偏东8度 φ76导向钻头+导向钻杆 φ76导向钻头+导向钻杆 φ89导向钻头+导向钻杆 φ89导向钻头+导向钻杆 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 1 .8 北偏东41.3度 北偏西6.6度 北偏西12.1度 新 新 30 30 φ89导向钻头+导向钻杆 φ76导向钻头+导向钻杆 39-7 a、表中序号1~4深孔采用φ76普通钻头施工,中深孔平均偏斜率为6.8%;序号5~6 深孔采用配导向钻杆的φ76导向钻头施工,中深孔平均偏斜率为4.3%。即采用配导向钻 杆的φ76导向钻头施工的中深孔精度比φ76普通钻头施工的中深孔精度提高2.5%。 b、表中序号7、8深孔比序号1~4深孔施工的推进压力小10bar,凿具新旧程度相似、 都采用φ76普通钻头凿岩,序号7、8深孔的平均精度却比序号1~4深孔偏斜率小0.9%。 这表明Simba1354凿岩台车推进压力从正常值50bar调到40bar,施工的中深孔精度可提 高0.9%。 c、表中序号7、8深孔采用磨损的钎杆及钎尾凿岩、φ76普通钻头施工,推进压力为 0bar,中深孔平均偏斜率为5.9%;序号9~14深孔全部采用新钎杆及新钎尾凿岩、配导 4 向钻杆的导向钻头施工,推进压力为30bar,中深孔平均偏斜率为1.8%。剔除配导向钻 杆的导向钻头可提高深孔精度2.5%、降低推进压力从40bar降到30bar可提高深孔精度 0 .9%的影响,采用未磨损的钎杆及钎尾施工的中深孔精度可提高0.7%。 d、表中序号1~6深孔的倾角相近、位置相邻,实际透孔与计划深孔的偏移方位相近, 偏移方位样本方差为南偏西77.7度,偏移方位样本标准偏差8.8度。这表明受矿石层理 的影响,具有相同倾角、在一定区域内施工的中深孔偏移方位相近。 项目研究内容 2 .3.2 Simba1354凿岩台车施工Φ127mm空孔的技术措施 Simba1354台车可掘凿最大孔径φ89mm的限制条件,显然直接用施工φ127mm空孔 是不可能的。经与国内外深孔设备专家技术交流,计划利用配φ76导向钻管+φ89导 向钻头施工高精度φ89mm深孔,然后立即用Φ127mm扩孔钻头扩孔,实现直径φ89mm 深孔扩大至φ127mm孔径,确保了切割深孔爆破补偿系数达到了1.215,满足了爆破补 偿系数的要求。 项目研究内容 2 .3.3炮孔布置方案 根据经验公式或工程类比取得的切割深孔 爆破的多项参数,设计了切割深孔爆破切割平 面布置示意图。①中心装药孔为初始爆破炮孔, 以周围大孔径空孔为自由面,爆破后形成以空 孔为轮廓的空间,为周边炮孔的爆破提供自由 面和补偿空间。②空孔为深孔一次性切割的初 始补偿空间,炮孔直径φ127mm③周边装药孔为 进一步扩大切割深孔爆破补偿空间的炮孔,设 计10个炮孔④扇形切割深孔为两排扇形深孔。 2 .3.4井下乳化炸药混装车装药 目前镜铁山矿井下深孔爆破使用的 膨化硝铵炸药,在使用装药器装φ89的 平行切割深孔时,炸药返粉率达到30%, 有时存在起爆具往下掉的现象,不但影 响了装药效率,而且导致装药密度不够, 影响了爆破效果。项目组利用镜铁山矿 采购的一台BCJ-41型井下现场乳化炸药 混装车,解决φ89的平行切割深孔的装 药问题。 项目研究内容 2 .3.5起爆时差的控制 为了解决炮孔之间的爆破抛 碴问题,通过实践验证,采用澳 瑞凯高精度长延时毫秒导爆管雷 管500ms的间隔时间能够满足炮 孔间依次抛碴与提供所需的补偿 空间需求。爆破时选用1、3、8、 段别 1 2 3 4 5 延期时间(ms) 段别 25 100 7 200 8 300 9 400 10 6 1 2 2、15、17、19、20、21、22、 3、24、25段13个段的雷管。 延期时间(ms) 段别 500 11 600 12 700 13 800 14 900 15 延期时间(ms) 段别 1000 16 1200 17 1400 18 1600 19 1800 20 延期时间(ms) 段别 2100 21 2400 22 2700 23 3000 24 3400 25 延期时间(ms) 3800 4200 4600 5000 5500 项目研究内容 2 .4 研究结论 平行切割深孔爆破试验效果。按照上述技术方案及措施,项目组2016年下半年 在西Ⅱ矿体2895水平26穿进行了平行切割深孔施工及爆破试验。切割井上下完全贯 通,井壁炮孔清晰可见,成井断面约2.3m×1.4m,与设计基本相符,为正常深孔排 炮爆破提供了初始补偿空间,达到了预期效果。后经现场27套切割深孔爆破试验, 切采一体化工艺技术方案可行,爆破效果好,切割效率高,可以取缔人工掘凿切割 天井,可在镜铁山矿及国内类似矿山全面推广应用。 三、技术创新点 3 .1 为了提高中深孔掘凿精度,采取了φ76导向钻管+φ89导向钻头施工切割 深孔技术。经现场试验Simbar1354台车中深孔偏斜率由6.8%降低到1.8%,可满足切 割深孔施工的需要。 3 .2为了满足爆破补偿系数的条件,研究应用了Simba1354台车扩孔功能,利用 Φ127mm扩孔钻头,实现直径89mm孔扩大至127mm孔径,确保了切割深孔爆破补偿系 数达到了1.215,满足了爆破技术要求。 3 .3改变了以往用人工掘凿切割天井的切割工艺。采用现有Simbar1354台车实 现了切割炮孔的机械化作业,取代人工掘凿切割天井,使切割工序在深孔凿岩工序 中一并完成,取消了单独的人工切割工序,消除了由于人工切割造成矽肺职业病危 害。 技术创新点 3 .4 通过分段微差技术研究,采用500ms微差间隔时间,实现了切 割深孔之间依次抛碴的爆破技术。 3 .5 切采一体化技术的应用,使切割深孔凿岩与回采落矿深孔凿岩 工序紧密衔接,减少了采矿过程中单独的人工切割工序,可降低矿山备 采矿量保有期,从而减少矿山资金积压,优化了生产组织,进一步提升 矿山经济效益。 四、推广应用情况 经不断的总结经验和改进, 截止2017年11月末,切采一体化 技术项目共完成了27套切割深孔 爆破试验, 直接与上水平贯通, 爆破块度均匀,达到了预期的切割 效果。切采一体化工艺技术爆破 效果好,是掘凿切割槽最经济有 效方法,已取缔人工掘凿切割天 井,在镜铁山矿全面推广应用。 经济及社会效益 5 .1 经济效益 采用人工掘凿切割天井切割部位后面需平均4排深孔进行扩孔才能解决悬顶问 题。2018年切采一体化技术全面推广后,每年计划进行80套切割深孔爆破,每年 切采一体化工艺技术推广应用可减少4×80=320排深孔悬顶,每排深孔爆破矿量 2 050t,处理悬顶每排深孔回收率约45%,正常每排回收率为80%,减少320排深孔 悬顶可多回收矿石2050×(80%-45%)×320=23万t。 .2 社会效益 5 切采一体化技术的实施降低了工人的劳动强度、改善了生产作业环境,避免 了切割工序产生职业病的危害,促进社会和谐与稳定;提高了矿产资源的开采回 收率,实现了资源的合理开发和最大化利用,延长了矿山的生产服务时间;有利 于理顺矿山生产关系,扩大生产规模,提升整体经济效益。 六、相关附件及证明 谢谢各位专家! 欢迎提出宝贵意见!
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