安全、精准、高效凿岩爆破新技术在谦比希铜矿的应用.pdf
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1、 215 中色非洲矿业有限公司谦比希铜矿西矿体传统上向进路分层充填采矿法作业,存在管理分散、人员设备综合工作效率低等问题,经技术与经济可行性研究,引进大型自动化凿岩设备,优化传统工艺,采用大盘区、高分段、高分层、长距离、大断面上向进路分层充填采矿法。与传统采矿工艺相比,采场规格参数变大,采场数目变少,机动灵活性变差,空区暴露面积变大,如何在确保采场安全回采的基础上,实现采矿进路高效凿岩爆破,成为整个工艺优化成败的关键。本研究对破碎软弱岩层在布孔参数及装药等方面进行技术优化,力求解决进路掘进采矿超长浅孔爆破过程夹制作用大、爆破进尺率低、巷道成型差、装药过程长和成本高等问题。1 工程概况谦比希铜矿
2、西矿区硫化矿体分布在 26704620 线之间,高程 5201280m,矿体走向 112,走向长 1926m,倾向延伸 1425m,倾角 25 33,矿体平均厚度7.36m,东部和中下部厚度较大,最厚处为 50m,西部厚度相对较薄,一般为 34m。有用组分分布均匀,单工程 Cu 品位为 1.80 5.61,矿体平均品位 2.14,矿体形态简单,呈层状产出。矿体产状稳定,但由于赋矿层位为泥质板岩,层理节理发育,矿体下盘围岩为泥质石英砂岩、底砾岩及砂层,极其破碎,钻孔岩芯采取率和 RQD 值均较低,且矿岩易风化,遇水易崩解,采切工程掘支困难。1.1 回采工艺采用上向分层充填采矿工艺进行回采,采矿方
3、法的工艺优化遵循“大盘区、高分段、高分层和长进路”的原则,将传统分段巷采联的回采模式变更为采区斜坡道采联的盘区布置方式,且盘区内具有独立的通风、充填、溜矿等系统(图 1)。盘区沿矿体走向布置,长360m;每个盘区分 2 个采场,采场长 180m,采联布置于采场中间位置,单侧长度不超过 100m;采场之间预留 3m 间柱不回采。分段高度 18m,每个分段回采 4 个分层,单分层回采高度 4.5m,采联坡度不大于 15;回采进路规格(4.56.0)m4.5m,乳化炸药装药,非电雷管起爆,空区充填采用膏体结顶充填。1.2 原凿岩爆破存在问题矿体局部破碎、节理裂隙发育,并有泥化夹层和裂安全、精准、高效
4、凿岩爆破新技术在谦比希铜矿的应用李 辉1,李占炎1,杨清平1,梁权宇1,张宗耀2(1.中色非洲矿业有限公司,赞比亚基特韦 22592;2.Maxamcorp Zambia Co.,Ltd.赞比亚基特韦 22592)摘 要:随着采矿技术的发展及大型自动化设备的应用,寻求安全、精准、高效的凿岩爆破技术必将成为大势所趋。以谦比希铜矿西矿区为例,通过优化布孔参数、采用径向不耦合装药及分区分密度装药控制爆破技术,实现了软弱破碎、层理发育矿岩条件下超长浅孔安全高效、低成本爆破,极大提高了生产作业效率,获得了良好的安全和经济效益,为类似矿山开采提供了一定的借鉴意义。关键词:不耦合装药;分区分密度装药;超长浅
5、孔 216 隙带存在。采用 Atlas 公司液压凿岩台车(BM281)在破碎区段施工钻孔时,钻孔精度不高,钻进和拔出钻杆时易卡钻,钻孔成孔困难,炮孔易坍塌,成孔后即便经过多次洗孔,在装药前仍然有碎块碎渣坍落堆积在孔内,这些碎渣在装药时会卡住装药管和药卷,导致装药不到位或炮孔不能装药而报废。矿体破碎区段的破碎炮孔除了位于作业面明显看到破碎带上之外,多为底孔、掏槽扩槽孔和部分辅助孔,有些区段的作业面破碎炮孔数占总炮孔数的 1/3,并且炮孔长度越大,遇到破碎节理面或破碎带形成塌孔的概率越大。炮孔利用率不足 80%,严重影响了采场综合生产能力提升及采场循环周期。2 爆破设计2.1 布孔参数及控制爆破理
6、论2.1.1 周边孔间距(1)最小抵抗线为最外圈辅助孔与周边孔的孔距1,计算公式为W=(1020)d (1)式中,W 为最小抵抗线,mm;d 为炮孔孔径,mm。(2)周边孔间距与其最小抵抗线存在一定的比例关系2,计算公式为E=KW (2)式中,E 为周边孔间距,mm;K 为炮孔密集度系数,当 K 1 时,孔距大于等于最小抵抗线,应力波先到达临空面破碎围岩,高压气体随之释放到临空面,炮孔间应力波形成的裂缝未得到高压气体的气楔作用将减少剥离量形成欠挖;当 K 0.8,两炮孔应力波破碎孔周边围岩后形成超挖,K 值一般为 0.81.0,岩石硬度大时取大值,较软时取小值3。2.1.2 中心孔与空孔间距中
7、心孔与空孔的间距应在压碎区和破裂区半径之间4。当炸药在孔内爆炸时,瞬间产生的爆炸冲击波和气体膨胀直接作用在岩体上,使岩石产生压缩破坏,形成粉碎区,粉碎区形成后,冲击波转变为压力波,将粉碎岩石迅速向软弱岩层压缩形成空腔。粉碎区形成后,压力波衰减,继续作用于岩石,使得岩石产生径向压缩和切向拉伸破坏,形成环向裂隙、径向裂隙、切向裂隙。整个过程中,环向裂隙、径向裂隙、切向裂隙最终都与粉碎区贯通,因此,在粉碎区以外,裂隙区很发育的区域称之为裂隙区。图1 优化后的上向分层进路充填采矿法方案原理(单位:m)1-中段沿脉巷道;2-分段联络道;3-进风井;4-矿废石溜井;5-分层联络道;6-充填回风井;7-出矿
8、进路;8-矿柱;9-充填体;10-采准斜坡道;11-炮孔;12-采矿巷道;13-溜井联巷;14-充填回风井联巷 217 在理论公式推导方面,史维升5根据爆炸波、应力波以及爆生气体的作用过程,推算了径向不耦合装药爆破下岩体中粉碎区和裂纹区半径的计算公式。压碎区半径计算公式为(3)破裂区半径计算公式为(4)不耦合装药时,有下式成立(5)式中,Rc为压碎区半径,m;Rp为破裂区半径,m;Pd为冲击波波阵面压力,MPa;m为矿石密度,kg/m3;0为装药密度,kg/m3;rb为炮孔半径,m;rc为装药半径,m;n 为炮轰压力增大系数,取 10;a、b 为岩体损伤常数,分别取 3.6 和 1.0;D 为
9、炸药爆速,km/s;、为侧向应力系数和衰减指数;分别取 1.0 和 4.06;r为岩石抗拉强度,MPa;Cp为岩石纵波波速,km/s;岩石密度越小,炸药威力越大,空腔半径就越大,压碎区半径约为药包半径的 27 倍,破坏范围虽然不大,但消耗了大部分能量,破裂区范围比压碎区范围大得多,其半径约为药包半径的 1015 倍,是岩石爆破中的主要部分。2.2 控制爆破(1)不耦合装药。岩体爆破的研究难点在于岩体的不连续性、各向异性和岩体破裂过程的复杂性。按照装药方式,不耦合装药一般分为径向不耦合装药和轴向不耦合装药两种。作用原理是:利用了空隙间空气的间隔层,降低了在爆炸发生时冲击波的最大压力,有效降低炮孔
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