无底柱分段崩落采矿法结构参数优化及应用

冯晓龙

内蒙古大中矿业股份有限公司 内蒙古 巴彦淖尔 014400

摘要：无底柱分段崩落采矿法在我国地下开采中应用广泛，尤其是在铁矿开采中，西石门铁矿就是其中之一。根据长期实践，运用无底柱分段崩落采矿法，矿石损失率在15-20%左右，贫化率在20%-30%左右。无底柱分段崩落采矿法的结构参数直接影响实际产量的大小、损失和贫化。为减少生产损失和贫化，需要对无底柱分段崩落采矿法中的回采进路间距、崩矿步距、分段高度的参数进行相应的优化。

关键词：无底柱分段崩落采矿法；结构参数；优化及应用

引言

无底柱分段崩落采矿法结构简单、技术成熟、经济合理，常用于金属矿山开采。随着研究的深入和应用的推广，结构参数的增加将成为发展趋势并得到更广泛的应用。本文通过实例详细介绍了无底柱分段崩落采矿法合理爆破参数的确定及应用。

一、无底柱分段崩落采矿法合理爆破参数优化方法

（1）单位炸药消耗量

炸药单耗主要受矿石的爆炸性、其口径、炸药性能、矿山宽度等因素影响。最佳值应该能够最小化每吨矿石的最终成本。该值也可以从中孔和深孔爆破漏斗试验中获得。根据烟弹最佳埋深下漏斗的爆破量验证最佳单位炸药消耗量（排渣量），但得到的指标偏低，计算值应结合试验进行适当调整。

（2）崩矿步距

一旦确定了断面高度和矿路之间的距离，就有了一个洞穴台阶的最佳值。如果绘制矿石的椭球与矿石的脊线相切，则将与沿接近方向的垂直矿石接触相切。此时，楼梯排出的矿石最多，混杂的废石最少，但矿石的锋面损失最大；增加崩矿步距，也就是说，增加一次崩塌层的厚度，可以增加每次爆破的矿石量，但松散介质提供的有效补偿空间会慢慢减少，造成过度挤压，影响坍塌体的形状，甚至造成开槽等爆破问题，影响喷出体的形成和发展，导致矿石锋面损失小，混合废石多，当出矿品位略大于边界品位时，步距最合适，回采效率以及回贫差能够获得最大值。

（3）最小抵抗线与炮孔密集系数

最小抵抗线是矿石衰减步距W，与矿石释放步距成正比。如果一排炮孔的装载量不足以满足洞穴法排矿阶段的矿量，则应设置多排炮孔。当每列孔数相等时，常分为出矿阶段和距爆破孔的距离。一般情况下，应等于中深孔可装入的装药量和中深孔所需的装药量。考虑到孔的选择原则单位体积炸药消耗量乘以孔内爆破量，变换进行爆孔密度系数的计算。

（4）装药结构和微差时间

微差爆破通过在爆破范围内产生残余应力场来改变背爆孔的应力状态。第一个爆破孔通过为后面的爆破孔创造额外的自由表面来减少相邻爆破孔之间的矿石爆破。用于夹持，增加连续爆破岩块的冲击和压实时间，减少破碎，在时间和空间上分散地震波，改变相位，避免地震波集中。为方便操作，需要采用柱状装药在孔底爆炸，孔与柱之间要有适当的时间差。相邻的爆破孔具有不同的装药长度，以防止局部炸药过度集中和能量损失不足。挤压爆破时，间隔时间必须大于极限间隔时间。根据所选毫秒管的实际毫秒条件，应因地制宜合理选择毫秒间隔，以减少爆破振动，在试验和应用中达到良好的爆破效果和操作简单。

（5）侧孔角度

侧孔角度是扇形孔布局的重要参数。在无底柱分段崩落开采中，如果断面高度不变，侧孔角的大小应考虑洞穴矿体横向自然休止角。钻机的钻孔能力，尤其是上下层错开时，侧孔角度决定了最大孔深和连续爆破孔数，硬矿石被完全破碎后的自然休止角通常不超过60°。

二、实例分析——以西石门铁矿为例

（1）西石门铁矿南采区现状及原结构参数

第一，南部矿区现状

西石门铁矿是一座大型地下矿山，现位于矿山尽头。南部各矿区已进入残矿开采阶段，停产主要以残矿回收为主。残余矿物的主要赋存形式有：

首先，受地压和民工破坏影响，道路周围岩石不稳定，到停靠站的进出坡道有大量支护，U型拱设计靠近矽卡岩和矿体，在二级或三级支护的情况下，道路严重变形，中孔施工难度加大，部分地区无法施工，无法停车。这导致了该部分的矿石体积损失。这一段的矿产损失只能移到下一段进行回收。

其次，中部距底部负40m处为平缓倾斜的薄矿体，矿体底部为闪长岩，铰接性好，易变形，稳定性一般，并被采民进行了破坏。

最后，门槛炉内残留，因带门槛柱的底板结构靠近矿体下缘，耙、沟等工程在矽卡岩中，工程性差。施工稳定性和难度大。厚矿体还设计建造了双沟双耙槽。由于当时的支护条件，许多站点无法完成施工，已完成的站点使用单次爆破，导致地板结构坍塌，并因站点的矿量未开采而造成损失，如南矿区120m中段有0#025-028停靠点。

第二，常规采场构造参数

南矿坑中部高40m，段高1012m，坡道间距10m，行距1.5m，边孔角45，矿石崩塌阶段为1-2行一次。每个中间段需要4 个段来停止。

（2）采场结构参数优化

根据上述残矿的形态和特点，采用无底柱分段崩落采矿法回收，优化结构参数。

第一，根据第一种情况，从底部回收剩余的矿体。下段设83m水平，距矿体上缘实际距离约14m，段高14m。坡道间距调整为12m，立柱间距1.5m，侧孔角度45°，随着路距的增加，排矿“椭球体”漏斗的宽度加宽，倒矿水平调整2-3排。这个结构参数可以让两个“椭球体”的切线达到一个合理的状态。

第二，对于第二种情况下的剩余矿体，采用上下两段进行悬浮。南矿区负40m中段采用负10m分层和负23m分层，段高13-14m，坡道间距12m，立柱间距1.5m，崩矿步距是2到3行减少一次。优化后的结构参数比原参数节省工程量，但增加了中间孔结构的高度，原结构参数结构孔高约13m。优化后的施工孔高约17m。

第三，结合第三种情况下的门槛采石场残渣，该残矿体的一个特征是上体较厚，带窗台的底板结构位于靠近矿体的矽卡岩或闪长岩中。当时，在支护和爆破的影响下，底部结构受到不同程度的破坏，无法及时开采矿石，留下矿石，可以采用耙路径扩展。也就是说，在两个耙子路径之间的底部放置了一条采矿访问路径。两个耙轨之间的距离为15m，因此两个采矿坡道之间的距离为15m。段高相应增加，适用于较厚的矿体部位。南部矿区111 m高8号航点部分工程采用该方法回收026'、027'、028航点残矿量。

（3）实施与应用

在南部矿区，83m层6#、7#采场、111m层11#-14#采场80m中段、负40m中段1的主要设计和建设基于上述剩余矿量通过参数优化#-6 #stope（减去10m和-23m分层）和5#stope（132m分层在120m中部）。优化后的楼板结构参数主要用于以下几个方面：

第一，坡道之间的距离已从10m 增加到12m。以在同一路段控制60 m范围的5个坡道的相同停靠点为例，需要使用原始结构参数的6个坡道。控制范围为60m。例如负10m层6#stope在工程容积、中厅容积、U型拱、炸药用量等方面进行对比。已证明在同一站进行更高的挖掘工作量可以减少一个坡道的工程和支持量，中孔和炸药消耗略有增加。

第二，对于断面高度，断面高度从10-12m增加到13-14m。以铁矿南部矿区负40m（实际标高，顶3层，底37层负37）中段为例，现设计负10 m、负23 m地层。建设完成后，通过设计建造负37m层段，可完美控制负40m中心矿体的十字路口。如果使用原始结构参数，则需要4 层。这样就减少了同一中间段的分层工程量，相应地减少了支护量、中间孔量、采矿等辅助设施的炸药消耗量。优化实施结构参数后，千吨开采率下降3.5m/kt，品位提高1.05%。该数据表明，残矿量得到充分回收，损失减少，贫化率得到合理控制。

结语

总之，无底柱分段崩落采矿法是一种高效、安全的开采方式。在凿岩机的影响下，逐渐向增加断面高度和矿道间距的方向发展。只要能够准确识别采矿设计和配置，并找到合理的采场结构参数，就可以大大减少损失和贫化率。

参考文献

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