穆晓红　楚长青

(1.鞍钢矿业集团技工学校；2.鞍钢矿业集团眼前山铁矿)



眼前山铁矿坚硬矿石掘进技术

穆晓红1楚长青2

(1.鞍钢矿业集团技工学校；2.鞍钢矿业集团眼前山铁矿)

摘要眼前山铁矿东端帮作业区为该矿挂帮矿生产的主要作业区，针对掘进过程中出现的掘进布孔设计不合理、爆破效率低、掘进成本高等问题，对坚硬矿石巷道掘进技术进行了研究。分别通过矿石力学分析、可爆性分级、理论分析、工业试验，优化确定了眼前山铁矿坚硬矿石掘进布孔参数和爆破工艺技术参数。在实践过程中，通过加强掘进工序管理，有效改善了掘进爆破效果，提高了爆破作业效率，降低了作业成本，为该矿今后转入深井开采奠定了良好基础。

关键词坚硬矿石掘进技术布孔参数爆破参数掘进工序深井开采

眼前山铁矿挂帮矿生产的主要作业部位为采场东、西端帮，东端帮负责东部挂帮矿的掘进、采矿穿孔和铲运机出矿等工作。东帮生产初期掘进采用直筒型掏槽，每区穿孔100个，孔深3 m，平均进尺1.5 m，掘进进尺少；爆破后槽心破碎，造成下次槽心穿孔时易发生塌孔、堵孔；炮孔利用率为50%，低于全国炮孔利用率的平均水平(70%～80%)；炸药单耗高，接近全国平均水平的2倍，爆破后作业面剩余大量残眼，造成下次穿孔难度大。上述问题的存在，导致爆破穿孔数量多，爆破效率较低，爆破成本较高。为此，本研究对眼前山铁矿东帮坚硬矿石掘进技术进行研究。

1矿山地质概况

眼前山铁矿东端帮主要掘进条带状磁铁石英岩夹片岩岩组，主要由磁铁石英岩、闪石磁铁石英岩、石榴石阳起石英岩等组成，结构主要为块状结构和层状结构，硬度系数为12～17，区内铁矿石物理力学参数见表1。眼前山铁矿岩石可爆性分级标准见表2，矿区主要岩(矿)石可爆性分级标准见表3。由表3可知：眼前山铁矿东端帮矿石可爆性差，为V级，为较难爆破的岩种。

表1　铁矿石的物理力学参数

表2　眼前山铁矿岩石可爆性分级标准

表3　眼前山铁矿主要岩(矿)石的可爆性分级

注：λ为依经验选取的分级指标权重系数。

2坚硬矿石掘进技术

2.1掏槽方案

平巷掘进爆破时，掏槽孔的作用是在工作面上首先创造1个槽腔作为自由面，为其他炮孔爆破创造有利条件，因此掏槽孔的布置极为重要。根据巷道断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽孔的排列形式有倾斜空掏槽、平行空孔直线掏槽、混合式掏槽3种[1-3]。

2.1.1平行空孔直线掏槽

平行空孔直线掏槽法的掏槽孔垂直于工作面，特点是孔深不受限制，炮孔平行，抵抗线均匀，通常分为龟裂掏槽、桶形掏槽、螺旋形掏槽。本研究采用五星掏槽的布眼方式。中间掏槽孔作为首发起爆孔，周边4个空孔均能为其提供自由面和补偿空间，该4个空孔围绕中间掏槽孔对称布置，首发掏槽孔起爆后，将中间4个空孔贯通，为后段爆破孔提供补偿空间和自由面。炮孔参数：空孔孔径102 mm、孔深3 200 mm，掏槽孔孔径45 mm、孔深3 200 mm，均垂直于掌子面方向布置。炮孔布置及爆破试验效果分别见图1、图2。由图1、图2可知：掏槽爆破后掏槽腔空间小，掏槽腔抛掷效果不理想，无法为辅助孔爆破提供足够的补偿空间，易导致爆破进尺少、残孔多，因此平行空孔直线掏槽不适合眼前山铁矿东端帮掘进作业。

图1　炮孔布置

图2　爆破试验效果

2.1.2倾斜孔掏槽

倾斜孔掏槽法的特点是掏槽孔与工作面斜交，通常分为楔形掏槽、锥形掏槽、单向掏槽。在东帮作业区现场进行楔形掏槽试验，发现穿孔过程中炮孔角度较难掌握，打孔不方便。炮孔施工精度要求较高，须严格控制施工角度，较难保证施工质量，易造成炮孔之间相互打穿，影响爆破效果。此外，该矿使用进口凿岩台车钻臂，钻杆较长操作不灵活，施工难度较大。由此可见，倾斜孔掏槽不适合在该矿东帮作业区使用。

2.1.3桶形与倾斜孔混合掏槽

通过分析眼前山铁矿东端帮岩石的性质并结合生产实践经验，认为理想的掏槽布置应满足形式简单、易操作，爆破后形成足够的空腔。本研究通过现场试爆和分析，提出一种桶形与倾斜孔混合掏槽方式。该掏槽方式穿7个10°平行倾斜孔，中间掏槽孔作为首发起爆孔，采用6个空孔均匀分布于中心孔四周，为其提供补偿空间，首发掏槽孔起爆后，将中间6个空孔贯通，为后段掏槽孔提供补偿空间和自由面。炮孔参数和炮孔布置形式：掏槽孔孔径45 mm、孔深3 200 mm；掏槽中心孔与辅助空孔与掘进掌子面巷道中心线呈10°；中心孔装药， 6个辅助孔不装药；4个二段起爆孔距一段孔200 mm，呈菱形均匀分布于辅助孔四周。炮孔布置及爆破试验效果分别见图2、图3。

经多次爆破试验，发现该方式的掏槽效果较好，首先倾斜掏槽有助于矿石抛掷，掏槽眼平均深度3.0 m；其次，形成槽腔空间大，为后段掏槽孔提供足够大的补偿空间和自由面；最后，掏槽孔为倾斜孔，孔口位置与孔底位置不重合，解决了掏槽爆破后槽心破碎，下区爆破槽心穿孔困难的问题。为此，本研究眼前山铁矿东帮作业区采用桶形与倾斜孔混合掏槽方式。

图3　炮孔布置

图4　爆破试验效果

2.2辅助孔和周边孔布置

辅助孔和周边孔的布置原则：①布孔均匀，既充分利用炸药能量，又确保按设计轮廓线崩落；②底孔布置应确保克服大抵抗线，减少孔内积水。影响炮孔数目确定的因素为岩石性质、炸药威力、巷道断面规格、自由面情况、炮孔深度、装药系数、装药方式以及填塞方式等。现场爆破试验发现，优化掏槽方式后原有的穿孔数量过多，需重新优化辅助孔和周边孔布置，逐步减少炮孔数量。经多次试验，将穿孔数目缩减至55个，周边孔孔口距内侧200 mm，距孔底轮廓线外100 mm，外倾角5°，孔深3 m，边墙距顶眼500 mm，距底眼660 mm。掏槽孔和周边孔布设完毕后，布置辅助孔，辅助孔以槽腔为自由面层层布置，均匀分布于被爆岩体表面。首先布置三段起爆孔(6#～9#)孔，距二段孔300 mm；其次布置四段起爆孔(10#～13#孔)，距三段孔500 mm；再次布置五段起爆孔(14#～17#孔)，距四段孔500 mm；然后布置六段起爆孔(18#～25#孔)；最后布置3个七段起爆孔，距六段孔640 mm。炮孔布置如图5所示。

2.3规范穿孔作业

固化掘进穿孔设计，并开展作业区内部培训，使施工人员充分掌握掘进穿孔技术。制定掘进穿孔规范，在穿孔过程中及时跟踪监督管理，及时纠正、考核，确保打眼质量。掘进施工前用喷绘掏槽孔、边墙和顶弧，保证巷道方向和尺寸。首先确定槽心位置，然后将281或282凿岩台车一臂的凿岩机向上放平，大臂与小臂夹角保持不变，最后按预先设计位置开始穿槽心孔，穿孔过程中仅上下左右平行移动，大臂与小臂夹角始终保持不变，保证槽心孔与巷道中心方向一致。槽心孔和辅助孔施工时须用低冲击完成，保证穿孔角度和位置精准。其他孔开始穿孔时，孔深应小于500 mm，须低速冲击，除底孔外，其余孔均由孔底至孔口具有1%～2%流水坡度，保证炮孔内岩渣涮净、无积水。

图5　炮孔布置示意(单位：mm)

2.4优化爆破设计与加强爆破管理2.4.1优化爆破设计

由于掏槽孔夹制作用大，本研究进行了爆破优化设计，鉴于底板眼需克服底板抵抗线和上部压渣，故其装药量较大，辅助孔由内向外装药量逐渐减少，优化后的爆破参数见表4。

表4　优化后的爆破参数

首先起爆掏槽孔，然后逐圈起爆辅助孔，辅助孔爆破完毕后起爆边墙孔、顶眼，最后起爆底眼。所有炮孔均采用反向起爆，孔外采用1MS雷管连接，每发雷管最多连接10根导爆管，安全地点用起爆器起爆(图6)。

图6　起爆流程

2.4.2加强爆破管理

①火药进入爆破现场前，爆破人员应用炮棍对掘进炮孔进行检验，若发现堵孔，应及时透孔；②为确保安全起爆和准爆，严格按设计顺序(掏槽孔→辅助孔→周边孔)起爆；③炮孔均按设计药量进行装药。

3爆破效果

(1)掘进成本。穿孔数量由100个减至55个，节省凿材费用3 001元/m。本研究掘进技术实施前巷道掘进凿材成本4 478元/m，实施后巷道掘进凿材成本降至1 477元/m。炸药单耗由3.18 kg/t降至1.36 kg/t。由于穿孔数量的大幅降低，设备作业台时大量减少，从而降低了设备作业损耗，节省了设备的保养、维护、维修成本。

(2)掘进效率。巷道掘进进尺由1.5 m/d提高至平均2.5 m/d，炮孔利用率由50%提高至83%，掘进月产量由平均60 m/月提高至130 m/月。

(3)作业安全性。作业面残孔较少，降低了穿孔作业的安全隐患；火药单耗降低，对围岩的破坏减轻，提高了围岩稳定性；穿孔数量减少了1/2，作业时间缩短了1倍，缩短了危险区域的作业时间，降低了作业风险。

(4)掘进质量。爆破后巷道成型规整，符合设计轮廓，光面爆破后通常可在新形成的壁面上残留清晰可见的半边孔壁痕迹，大大减少了巷道的超挖量，提高了施工质量。

(5)职工劳动强度。有效缩减了各区掘进穿孔和爆破装药的作业时间，降低了职工的劳动强度。

4结语

为有效解决眼前山铁矿东端帮作业区巷道掘进过程中出现的问题，研究了坚硬矿石巷道掘进技术，经过大量理论分析与试验验证，优化了掘进布孔参数以及爆破工艺技术参数，取得了较好的实践效果，可供类似矿山工程参考。

参考文献

[1]顾毅成.爆破工程施工与安全[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[2]王青，史维祥.采矿学[M].北京：冶金工业出版社，2001.

[3]陶松霖.凿岩爆破[M].北京：冶金工业出版社，1986.

(收稿日期2015-10-09)

The Excavation Technology of Hard Ores of Yanqianshan Iron Mine

Mu Xiaohong1Chu Changqing2

(1.Vestibule School,Ansteel Mining Group;2.Yanqianshan Iron Mine,Ansteel Mining Group)

AbstractThe east end assignments section is the main assignment section of hanging wall ore production of Yanqianshan iron mine,in view of the problems of unreasonable of the design of excavation holes,low blasting efficiency and high excavation cost existed in the roadway excavation process,the excavation technology of hard ores of Yanqianshan iron mine is studied.The excavation hole parameters and technical parameters of blasting technology of hard ores of Yanqianshan iron mine are determined by ore mechanics analysis,blastability classification,theoretical analysis and industrial tests.In the process of practice,the excavation process management is strengthened,the excavation blasting effects is improved,the blasting efficiency is lowered,the blasting cost is reduced,the research results can provide the basis for the deep mining of Yanqianshan iron mine in the future.

KeywordsHard ores， Excavation technology， Hole parameters， Blasting parameters， Excavation process， Deep Mining

穆晓红(1970—)，女，讲师，114031 辽宁省鞍山市立山区深沟路249号。

·采矿工程·