中深孔爆破技术在极不稳固薄矿脉中的应用

周斌

(万宝矿产有限公司设计研究院，北京 100053)

0 引言

急倾斜不稳固难采矿体在黄金、锡、钨等贵重金属矿山中所占的比例较大。因此，开采该类不稳固的难采矿体成为了获得以黄金为代表的贵金属的主要渠道[1-2]。

该类矿脉通常采用浅孔留矿法或削壁充填法开采，由于受脉幅所限，采矿场内难以实现机械化，劳动强度大，作业条件差。此外，为了保持采场的最小工作宽度，需开挖部分围岩，导致贫化率增加，使采矿成本和矿石加工费用大幅度提高，严重约束了矿山的发展。随着科技的发展，钻凿中深孔的设备逐渐成熟，部分学者们开始研究中深孔在急倾斜薄矿体中的应用[3-4]。采用中深孔爆破，生产效率高，能力大，缩短了回采周期，能够有效地回采该类矿体资源[5-7]，但该类矿体的开采技术条件复杂，如果在不合理的爆破参数下进行爆破，可能会出现“爆得太开”和“爆不开”的情况，前者是因为爆破过度，导致上下盘的围岩被崩下来，既造成了炸药浪费，又增大了损失贫化率，增加了运输和选矿的成本；后者是因为爆破参数太大，导致大块率高，造成二次爆破成本高的问题[8-10]。因此，依托某矿山进行了不稳固难采矿体中深孔脉外分段空场法工业试验，开展中深孔爆破研究。

1 采场概况

通过综合分析，在确保采场能安全顺利回采的前提下，选择具有代表性的矿房作为工业试验采场。该矿房位于35-36线勘探线666～706 m间，走向长50 m，段高40 m，矿脉为构造蚀变岩型，围岩为安山岩、蚀变安山岩，节理发育，围岩稳固性较差，易塌落。构造带主要成分内含金构造角砾岩、白色碳酸岩、碎裂岩、铁白云石、方铅矿化和绿泥石，结构较松散，极不稳固。矿化程度中等，脉内夹石分布不规则，较发育。

这类矿体和上下盘的蚀变带均不稳固，工程揭露后即开始冒落，在矿体和蚀变带内布置工程难度大。为解决这类矿体的回采问题，矿山曾试用了浅孔留矿法和8 m高的小分段留矿采矿法，但顶板冒落事故频发，安全问题突出，不能从根本上解决回采安全和贫化损失大的问题。有的具有相同条件的矿山选择下向进路充填法开采，虽然能较好地解决矿山生产中的安全问题，实现矿体和蚀变带的分采，但该法采矿工艺复杂、采矿效率低、采矿成本高、作业条件差、劳动强度大、新增投资大，在该矿的应用在经济技术上不可行。经研究，在该采场进行中深孔脉外分段空场采矿法试验，以期达到安全、经济、高效采矿的目的。

2 中深孔开采方案

由于矿体和围岩均不稳固，极易冒落，为充分发挥围岩的自承能力，降低围岩冒落产生的大量贫化或损失，设计以采场中央为界，将采场分为西南和东北2个回采分区，先回采东北分区，后回采西南分区。如果先回采分区围岩的冒落情况不严重，则后回采分区可以采用后退式回采，也可以重新拉槽独立进行回采。如果先回采分区围岩的冒落情况严重，则后回采分区必须采用重新拉槽的独立回采方式。

据推荐的采矿方案和工艺设计，该工业试验的整体要求是“强采强出”，其关键技术主要包括凿岩、装药和爆破。

2.1 凿岩

采用YGZ-90型钻机进行凿岩。钻凿扇形中深孔，暂时按照排距为1.5 m，孔底距为1.8～2.1 m的参数布置炮孔。由于在薄矿脉中应用中深孔采矿，对矿岩界限的划分要求较严格，凿岩过程中，通过钻机的声音、返浆的颜色、掉渣颗粒的大小和钻进的速度，来准确判断矿体与下盘围岩的边界位置、矿体的厚度（见图1），为计算矿量和装药爆破提供准确的依据。前期试验已证明，该方法完全能够达到准确控制矿体边界的目的。但是，试验发现钻凿的炮孔在24 h内大部分坍塌破坏，无法装入炸药进行爆破。经研究，确定试验塑料套管护孔方案和竹片预装药方案解决该问题。

图1 矿体边界示意

2.2 装药

2.2.1 塑料套管护孔装药

采用外径为52 mm，壁厚为3 mm的塑料管进行护孔。打完孔后，根据孔深，截取相应长度的塑料套管，将其端头部切割成锯齿状，然后用铁丝捆扎，制作成“子弹头”式。在推进护管的过程中，更有利于进入“狼牙状”的炮孔，具体如图2所示。同时为了了解套管进入矿体中的深度，用封箱胶布在见矿深度处做上标记。等到所有钻杆从钻孔中拔出时，立即将事先准备好的塑料套管插进钻孔中，一直推送到底，若推送过程中遇到卡管的现象，可将套管稍微拔出一段距离后再次推进。通过研究可得出，影响护孔成功率的主要因素除了岩石本身的性质之外，还有钻头的推进速度、钻头的旋转速度、钻进时的风量、钻进时的供水量等。

图2 套管切割示意

采用可塑性好的卷状乳化炸药，装药前首先向管底塞入一些废旧报纸，将事先划开包装的炸药用木棍推送入塑料套管中，送达底部时，由于药卷的直径为32 mm，小于塑料套管的直径，需用炮棍轻轻捣实，使其变形（即减小药卷的高径比），与管壁接触，反复操作直到所有药卷安装完毕。该矿山采用上向扇形垂直炮孔进行爆破，为防止大角度的炮孔中药卷下滑，特将2片长度约为60 mm的竹片垂直相交成“十字架”形式，用细铁丝固定，然后再用木棍导入套管中，带内弧拱的竹片可起到封口的作用，具体操作步骤如图3所示。

图3 封口图片制作过程示意

2.2.2 竹片预装药

钻孔之后，根据孔深截取相应长度的竹片。采用Φ70 mm的钻头，2节炸药并排放置（Φ64 mm），将其放在手中大致捏成圆形截面，直径约为50 mm。然后再用2条竹片将捏好的炸药夹住并用封箱带固定。同时为了掌握竹片进入矿体中的深度，用封箱胶布在竹片与见矿深度等长处做上标记。待所有钻杆从钻孔中拔出时，直接将事先制作好的竹片和炸药一起推送入孔内，在推送过程中如果遇到小石子可转动竹片方向或稍微退出一段距离后再继续推送，直到装药到位或推不动时停下，记录数据。如果遇到岩性不好、塌孔等情况，采用单节药卷进行预装药，方法与上述相同，但免去了用手捏合的步骤，孔内用“十”字竹片卡口，如图4中所示。

图4 竹片预装药

2.2.3 精细化爆破装药结构

爆破装药结构及工艺按以下原则设计。

（1）炸药装在矿体中，孔底端炸药距矿体上盘边界1.5 m，孔口端炸药距矿体下盘边界0.5～0.7 m。但是，当下盘为坚硬矿岩或者装药段长度较短时，炸药应装到爆破设计的下盘边界位置。

（2）针对矿体破碎条件下，护孔塑料套管不能抽出的炮孔，炮孔实际装药孔径大幅缩小，预计约Φ46 mm，原计划在部分夹制性大、抵抗线大的炮孔位置采用2节炸药并排装药，通过调节炸药量的装药爆破方案无法实施，改为按单节Φ32 mm乳化炸药连续装药。

（3）针对矿体稳固条件下，护孔塑料套管能够抽出的炮孔，孔内设计装药长度≥4 m时，按单、双节Φ32 mm乳化炸药交替的连续装药结构装药；孔内设计装药长度＜4 m时，按双节Φ32 mm乳化炸药连续装药结构装药（见图5）。

图5 装药结构

（4）为保证装药的准确性和高效性，设计采用将炸药绑扎在竹片上，然后用炮棍人工装药的工艺。因为在薄矿脉中进行中深孔爆破为精细化的爆破，装药要求高，若使用装药器装药，会产生很大的误差，影响上下盘围岩稳固，产生较大的贫化率，也会增加运输和选矿的成本。

（5）先按预估的爆破参数布置炮孔，每爆破4～6排孔后，再根据爆破效果适当调整孔网参数（主要调整排距，其次再调整孔底距）。如果爆破效果好，则加大排距后再试验 4～6排孔；如果爆破效果较差，则减小排距后再试验 4～6排孔。调整排距后，还可以适当调整孔底距，逐步获得该矿开采技术条件下合理的孔网参数。

2.3 中深孔爆破网络和出矿

根据研究，采用排间微差起爆的方式爆破。起爆系统采用1段1发导爆管雷管，起爆系统由导爆管激发器+电线+起爆针+前置安全导爆管+传爆导爆管雷管组成。爆破工作按从下到上的方向进行，单次爆破的炮孔排数为 4～6排。为了确保将炸药引爆，支网络为双股导爆管，支网络串联在主网络上。待装药和联线工作完成之后，撤离人员和设备，设立好警界线，在爆破警戒信号取消前，禁止任何无关人员进入该范围内，最后由专业爆破人员进行起爆。

采场作业采取“强采强出”的制度，回采爆破后，待炮烟排除，解除安全隐患后，立即进行出矿作业。

3 应用效果

（1）中深孔脉外分段空场法能够较好地适应于该矿山的开采技术条件，666335采场的试验取得了良好的效果。

（2）使用中深孔爆破技术后，简化了工艺，降低了采矿直接成本，同时也提高了采矿生产能力和劳动生产效率。采矿直接成本由62.29元/t降低至51.23元/t，比原指标下降了17.76%；生产能力由60 t/d提升到了150 t/d，增加了150%。并且凿岩工作在巷道内进行，作业安全性得到了很好的保障。

4 结论

（1）中深孔脉外分段空场法适用于急倾斜极薄到中厚，矿体不稳固到极不稳固、围岩（蚀变带）稳固性不限，矿体和围岩（蚀变带）综合后的矿体围岩较稳固的矿体。矿体直接围岩（蚀变带）稳固性越高，越有利于降低围岩（蚀变带）混入造成的贫化，因此，围岩稳固性越好，效果越好。

（2）该法采用中深孔爆破工艺，凿岩工作在脉外分段平巷内完成，不进入采场作业。分段凿岩，阶段（分段）出矿，“强采强出”，不存在后期大量放矿的问题，生产效率高，采场回采周期短。

（3）根据勘探资料和凿岩钻孔记录情况，圈定矿体边界，爆破时只在矿体段进行装药，以减少蚀变带混入。

综上所述，使用中深孔脉外分段空场法开采不稳固难采矿体，不但技术上可行，而且还可以提升生产能力，增加资源回采率，获得良好的经济效益以及社会效益。中深孔脉外分段空场法在不稳固薄矿脉开采中的应用，为类似矿山的安全、高效开采积累了经验，具有良好的推广价值。