文：缘一说
引言大直径深孔空场嗣后充填采矿法是一种安全、高效的采矿方法，其作业安全性好、开采效率高，在厚大矿体大规模开采应用广泛。
该采矿方法采准工程主要包含凿岩硐室、受矿底部结构及其他附属工程，采准工程形成后，在凿岩硐室内进行大孔凿岩作业，形成爆破落矿条件。
大直径深孔空场嗣后充填采矿法关键工艺技术在于凿岩硐室及底部结构采准工程布置及爆破技术，采准工程布置方式直接影响后期的凿岩与爆破作业。
采场炮孔孔网参数是影响采场采矿成本和效率的重要方面，在凿岩硐室及底部结构优化的基础上，对炮孔参数进一步优化可大幅提高落矿效率，降低爆破落矿成本。
凿岩硐室作为采场凿岩和爆破作业实施的空间，其安全性是作为方案设计的首要条件，因此凿岩硐室一般都预留矿柱支撑硐室顶板，同时其应为后期凿岩及爆破创造良好的空间环境。
凿岩硐室支撑矿柱的布置方式一般分为点柱式和条柱式两种，矿柱的宽度一般为3m左右。
底部结构一般通过中深孔爆破或提前预留的方式形成，包含平底结构和堑沟结构两种形式，其中平底结构残矿损失量小，但其稳定性差，对出矿进路的保护欠佳，一般适用于稳固性极好或阶段上行式开采提前预留的采场。
相对采场内布置垂直孔而言，斜孔数量的增加，增加了采场钻孔施工量及落矿成本。因此，国内不少矿山及科研机构根据不同开采条件，通过寻找最佳的炮孔孔网参数、减少斜孔数量等途径，提高采场的炮孔有效利用率，从而实现较好的开采效率和经济效益。
开采技术条件分析本次将以某矿铅锌矿为对象，该主矿体矿体厚大、倾角近垂直，矿岩稳固性好，岩石力学参数如表１所示。
表1：岩石物理力学数据表
矿山位于境外草原地区，生产物资成本偏高，采矿生产过程中的成本控制尤为重要，通过生产实践发现，采准工程布置方式、爆破孔网参数等存在一定的优化空间，且其方案及参数的优化，可以明显提升采矿方法的生产效率和综合效益。
对于大直径深孔空场嗣后充填采矿法而言，其工艺技术相对简单，在国内外矿山应用较多，采准方案的优化主要结合矿山开采系统现状，对凿岩硐室及底部受矿硐室布置方案进行优化研究，结合后期凿岩爆破，形成一套优化的大孔采矿方法方案。
凿岩硐室布置方案该矿矿体稳固性良好，采矿方法应用之前开展了岩石力学及采场结构参数研究，其采场的宽度15ｍ，采场高度60ｍ，长度为矿体厚度约50-100ｍ。
通过现场生产实践证明，采场回采过程及采场采空区稳定性情况良好，为采场采准方案的优化调整创造了良好的条件，凿岩硐室布置方式一般分为中部条柱式布置和两侧点柱式布置两种方式，如图１所示。
图7：凿岩硐室布置方式示意图
凿岩硐室中部条柱式布置方式将矿柱布置在采场中部，矿柱宽度2~3ｍ，长度6~8ｍ，利用条柱的支撑作用保障凿岩及爆破作业的安全。
两侧点柱式布置方式将点柱设置在凿岩硐室的两侧，点柱的宽度和长度3~4ｍ，点柱间的距离为5~6ｍ。
凿岩硐室中部条柱式布置方式将矿柱布置在采场中部，可以有效减少硐室顶板暴露的跨度和面积，但其位于采场中部往往会影响1~2排垂直炮孔的施工，需要在采场内施工相应的斜孔，造成炮孔施工量的增加。
凿岩硐室两侧点柱式布置方式，将点柱布置在采场两侧，可采用“两侧对称”或“交错式”排布，由于矿柱位于两侧，针对相邻采场未有效充填接顶的情况下，可以减少多采场未充填接顶造成的大面积采空区顶板暴露。
但由于点柱尺寸小且位于采场两侧，施工过程较为繁琐，斜孔施工量增大，降低了炮孔崩矿量及采矿效率。
图9：凿岩硐室及钻孔凿岩布置横剖面示意图
通过凿岩硐室施工后的炮孔设计也可以看出，两种布置方式都可以实现有效的炮孔布置，受凿岩硐室矿柱的影响，一般均需要布置一定数量的斜孔来确保炮孔孔底距，以实现较好的爆破效果。
该矿矿体总体较为稳定，因此可将条柱的宽度减少为2ｍ，165mm炮孔的孔间距一般为3m，可以实现中部条柱布置方式的炮孔均为垂直孔，大幅减少斜孔的设计施工量，提高采矿效率。
而采用两侧点柱式布置方式，点柱间的宽度较大，其尺寸难以缩减，因此必须要设计施工一定数量的斜孔。
就该矿而言，采场稳固性好，凿岩硐室采用中部条柱布置方式更为合理，矿柱的宽度优化为2m。
底部结构布置方案大直径深孔采矿的底部结构作为矿石落矿后的存储和转运地，一般是在大直径深孔凿岩实施前，通过中深孔爆破的方式形成。
为了保障出矿安全和出矿效率，一般都是采用堑沟底部结构,采用中深孔爆破形成堑沟结构的方式，安全可靠且底部结构完整性较好，如图11所示。
图11：底部结构形成工艺示意图
但中深孔拉底的效率相对大孔较低，且大孔凿岩需要在底部堑沟形成后再设计施工，总体降低了采场的采矿效率，利用大直径深孔一次爆破形成堑沟底部结构的技术见图11(b)，可以充分利用大直径深孔崩矿效率高，极大缩短采场采准周期。
首先在底部堑沟巷道内，施工切割横巷，其宽度约为５ｍ，利用切割横巷作为自由面形成贯通采场高度方向上的自由面。
其余大直径深孔侧向爆破落矿，落矿同时形成堑沟底部结构，为铲运机出矿创造条件。通过大直径深孔爆破落矿和堑沟底部结构一次成型技术，减少了底部结构采准施工的工程量、周期及成本，从而全面提高大直径深孔采矿的效果。
由于大直径深孔的孔径较大、单次爆破的药量较多，为保障堑沟底部结构的完整及稳定性，需要对炮孔孔网参数及爆破工艺参数进行相应的优化调整。
采场炮孔布置及爆破方案优化基于上述的采准工程优化方案，对采场炮孔布置及爆破方案进行优化，确定合理的炮孔布置孔网参数及爆破控制方案，提高采场的爆破效率，同时利用控制爆破技术保护底部结构稳定性，确保后续铲运机出矿作业的安全。
炮孔布置方案优化该矿采用大直径深孔开采已经完成了885m中段一步骤矿房采场的开采。凿岩采用T150钻机，钻孔直径为150~160mm。
采场中部布置切割槽，由中部向两端后退式爆破落矿，如图14所示，采场宽度为15m，现采用的炮孔直径为150m，沿采场宽度方向上布置6个炮孔，其中边孔距离采场的边界为0.5m，中部炮孔的间距为2.5-3ｍ。
图14：采场布孔及爆破方案示意图，单位：m
沿采场长度方向布置炮孔排线，炮孔排距为2.1-2.8ｍ，平均2.5ｍ，通过采准工程的优化，将凿岩硐室的矿柱留设为中央条柱，条柱的宽度由3ｍ优化为2ｍ。
靠近条柱的炮孔可以设计为垂直孔，从而实现采场内全部炮孔均为垂直孔，垂直孔施工时偏斜更加容易控制，后期爆破控制精度更高，采场内炮孔分布更加均匀，从而提高采场爆破效果。
通过现场生产应用及实践发现，该矿矿体硬度高、可爆性好，参考国内同类矿山及生产实践，炮孔排距可由2.5m提高至3m。
炮孔排距调整后，沿采场长度方向上的炮孔排数可以减少，从而提高采场炮孔每米崩矿量，降低采场的爆破落矿成本。
大孔爆破方案优化大直径深孔采场爆破首先要形成切割槽，由于底部结构通过大孔爆破一次成型，因此首先在底部堑沟巷道内施工切割横巷，通过集束加强炮孔自下而上分次爆破形成切割槽，每次爆破高度2-3ｍ。
该矿的矿体厚度较大，采场垂直矿体走向布置，采场长度较长，因此切割槽一般布置在采场中部，切割槽形成后由中部向两侧崩矿，如图14所示。
对于一步骤矿房采场，沿采场宽度方向上共布置炮孔6个，如图５所示,切割槽形成后，其余的垂直深孔全长装药侧向崩矿，为保障底部结构稳定性及采场两侧边界的控制，对炮孔装药结构和起爆顺序进行优化调整，以达到最佳的爆破控制效果。
从垂直大孔爆破作用角度分析，边孔2个，中间孔4个,采场高度方向的切割槽形成后，孔侧向爆破落矿。
图17：炮孔布置及装药结构示意图，单位：m
应用效果分析在前述采准工程及炮孔参数优化研究成果的基础上，在该矿82ｍ中段4102采场进行工业试验研究及应用。
4102采场底部出矿水平位于825ｍ中段，采场凿岩硐室位于870ｍ中段，采场高度45ｍ，采场宽度15ｍ，采场长度约118ｍ。
凿岩硐室采用中央点柱式布置方式，由于矿区采空区未得到有效充填，因此采场条柱宽度设置为3ｍ，沿采场宽度方向布置6-7个炮孔，如图6所示。
图18：4102采场炮孔设计，1-9排
炮孔直径为150mm，排距为2.8m，中间孔的孔距为3m，边孔距离采场边界为0.5m，在采场高度方向上，炮孔自凿岩硐室底板施工至堑沟结构或堑沟巷道顶板，其中施工至堑沟巷道顶板的炮孔为通孔，其余炮孔均为盲孔，如图18所示。
4102采场凿岩硐室宽度为3ｍ，为保障炮孔合理的孔底距，靠近条柱每排炮孔增加１个斜孔，以保障后期爆破效果及块度。
图19：4102采场布孔设计横剖面图
4102采场回采结束后，对各技术经济指标进行分析。其中，炮孔施工量减少。原设计炮孔排距2.5ｍ，设计炮孔40排，优化后炮孔排距2.8ｍ，设计炮孔36排，共减少炮孔26个，合计1053ｍ。
炮孔每米崩矿量提高约15％，炸药单耗降低约15％。采用底部结构大直径深孔一次爆破成型技术，减少了中深孔拉底形成底部结构的工艺环节，采场落矿准备时间缩短约20d，采场开采效率大幅提升，为矿山生产准备及矿石调配提供保障。
结论基于该矿低品位厚大矿体大直径深孔开采现状，对其凿岩硐室布置、炮孔布设方案及参数、底部结构大孔一次爆破成型技术进行优化研究。
从而形成一套适用于低品位厚大矿体的优化工艺技术，提升低品位矿体开采的综合技术经济指标，得到以下结论。
凿岩硐室宜采用中央条柱式布置方式，施工工艺简单，硐室顶板稳固性好，同时可以为后期炮孔布设提供有利条件。条柱宽度优化为2ｍ，采场内炮孔可全部设置为垂直深孔。
采用底部堑沟结构大孔一次成型技术，对不同的炮孔装药结构和起爆顺序进行优化调整，减少了中深孔爆破形成堑沟的环节，大幅提高采场回采效率。
通过采场现场工业试验研究，全面验证了本文研究提出的技术方案可行性并获取了优化方案的各项技术经济指标，为技术的全面推广应用奠定了基础。
参考文献