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[摘 要]FCM采矿法使用大孔径深孔爆破，大块成为制约矿房产能的重要因素。经过技术研究，采用多排微差爆后，大块率由15%降至7%，降本增效，社会经济效益良好。
[关键词]微差爆破 大块率 降本增效
中图分类号：TD235；TD861.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0396-02
1 概述
湖南涟邵建设工程集团有限责任公司自2013年起在临矿集团会宝岭铁矿研究试验研究FCM采矿法，试验成功后在会宝岭铁矿全面推广。FCM采矿法使用大孔径深孔一次回采70m分段内全段高矿石，相比分段采矿法使得开拓、切割巷道工程大量节省。会宝岭铁矿属磁铁矿，矿石结构以条纹条带状为主，少量致密块状构造，主要分布于角闪石或石英晶粒之间。矿带顶底板围岩为黑云角闪片岩或黑云变粒岩。矿体整体比较稳定，连续性好，较完整，裂隙不甚发育，物理力学强度高，普氏硬度系数f>14，属极坚硬岩类。矿区地面为村庄与国道，对爆破振动控制要求极高，为了降低地面振动，限制爆破装药量使得大段高采矿大块率居高不下，成为制约采场生产能力的重要因素。为了降低大块率，提高生产效率，技术人员潜心研究爆破参数，以寻找突破口，经过反复试验，最终将多排微差爆破技术成功应用于会宝岭铁矿，取得了良好的社会经济效益。
2 研究背景
使用FCM法回采的矿房深孔布置沿矿体倾向下向平行布置，孔径165mm，孔、排距均为2.7～3.2m，使用粉状乳化炸药不连续耦合装药，每次爆破一排。矿房爆破时产生大块较多，导致矿房内堆满了大块，堵塞了出矿巷道，每班均需安排6～8人专门对大块打眼进行二次爆破，每班需使用雷管200多发，炸药80多公斤，单个矿房每班出矿仅500～700t，大块率达15%以上，严重制约了生产，增加了成本投入，同时加大了爆破安全隐患。大块矿石在后续提升出井及选矿破碎过程中同样增加生产成本。因此，如何最大限度的降低大块率成为亟待解决的技术难题。
3 技术参数确定
降低大块率，又不增加成本，就只能在不改变孔网参数，不增加爆破单耗的前提下寻找解决办法。在此前提前唯一可以改变的就是装填起爆方式，最终技术人员将目光投向了微差挤压爆破。微差挤压爆破可起到增加辅助自由面、应力波叠加、岩块相互碰撞挤压及地震波的相互干扰等几方面作用。其中地震波的干扰，是减少爆破对附近建筑物影响的主要因素。
3.1 最小抵抗线的确定
采用垂直深孔落矿时，最小抵抗线有三种计算方法：
（1）按每孔的合理装药量确定
w=d=1.5～3.79（米）
（2）按最小抵抗线和孔径的比值确定
w/d=25～30
（坚硬岩石d=165mm时，w=4.13～4.95米）
（3）从一些矿山的实际资料中参考确定（表1）
（4）2014～2016年生產实践数据
会宝岭铁矿-410m水平南翼已回采矿房20个，回采过程中为降低大块率，孔网参数不断优化、调整。生产实践数据如表2：
深孔凿岩采用CK150D型凿岩机，钻头直径165mm，故最小抵抗线应为1.5～3.79米。
综合以上四项结果，选取最小抵抗线2.7～3米，可取得较为理想的爆破效果。
3.2 爆破参数确定
已知参数如下：
（1）最小抵抗线为W=2.7～3米；
（2）岩石硬度f=15～20；
（3）岩石基本不含水份，节理裂隙局部发育；
（4）炮孔直径为165mm，孔深47m；
（5）排距：b=2.7米；
（6）孔距：按照孔距2.7米平行下向布置，倾角根据矿体倾角设计；
（7）最大单段允许起爆药量：500Kg
依据已知条件确定装药结构为不连续耦合装药，设计每段装药高度1.0m，装药间隔高度0.7m。
3.3 起爆方式确定
依据微差挤压爆破理论，挤压爆破时，由于工作面前有压渣，阻碍了岩石裂隙的扩张，延长了岩石的应力状态，这就在时间上延长了炸药爆炸能量的利用率，使爆破质量得到改善。当岩体裂隙形成后，随即出现岩石的移动，脱离原岩体的岩块直接与前面的压渣冲击碰撞，因其距离很小，故其冲击速度大大高于清渣爆破时岩石抛落的最终速度。这种高速的冲击与碰撞造成挤压效果，使岩石的爆炸动能用于辅助破碎。微差爆破时由于各次爆破的时间间隔特别短，以致后一药包在前一药包所引起的地面振动开始减弱之前就发生了爆炸。新产生的振动波与前一振动波的“相”不是重合的，因而形成了振动的干扰，也就是振动波的某些抵消。从理论上说，假若两种药包爆破的延迟间隔时间等于地震波周期的一半，而两个地震波的振幅又相等的话，一般都能减轻地震效应，减少爆破作业对未爆岩体及地面建（构）筑物的损坏。最终起爆方式确定为多排微差挤压爆破。
4 效果对比
4.1 爆破效果
以41436S1矿房为例，采用多排爆破后，大块率明显降低，目前大块率由之前的15%降至7%，降幅达60%。在降低大块率的同时，减少了爆破次数，增加了单次爆破矿量，保证矿房有充足的矿石可供出矿。采用多排爆破前，41436S1矿房每台铲运机平均每班可出矿石70～80铲，采用多排爆破后41436S1矿房每台铲运机平均每班可出矿石90～100铲，平均增加20铲，每班可多出矿石150吨左右。41436S1矿房前后矿石块度及出矿效率对比表如下：
单排分层爆破矿石块度（图1）：
采用多排微差爆破后矿石块度（图2）：
出矿效率对比（表3）：
4.2 经济效益
-410m水平南翼第一个试验矿房为41436S1矿房，后续采用多排爆破的矿房为41404S2和41206S1矿房，自采用多排爆破后南翼单日出矿量由以前的5000t提高到现在的6500t，提高出矿效率30%。原矿石年产量可提高49.5万t。采用多排爆破后大块率降低大爆破火工品消耗、二次爆破火工品消耗、铲运机轮胎、油料等消耗费用大大降低。采用多排爆破后，原矿综合生产成本可节省费用1.41元/t。
采用多排爆破，大块率降低，矿石粒度整体变小，单位体积内矿石质量增加，电机车一次运输量变大，降低了运输系统单位成本。多排爆破效果明显，大部分矿石块度较小，部分矿石呈粉末状，不需要进行破碎即可满足粗碎要求，降低了粗碎的电费和材料费用。以前主井箕斗单次提升量为24t，现在单次提升量达24.5t，主井每天提升钩数为600钩左右，每天可多提升矿石300t左右。用多排爆破后，运输系统、溜破系统和提升系统共可节约1.01元/t。
多排微差爆破在落矿、运输提升等环共可节省成本2.42元/t，FCM采帮在全年预计回采矿石220万t，可节省成本费用532.4万元。
5 结论
多排微差爆破在会宝岭铁矿FCM采矿法中的成功应用，提高了产量，降低了生产成本，降本增效效果显著，社会经济效益明显，在类似矿山生产中具有极强的推广价值。
[关键词]微差爆破 大块率 降本增效
中图分类号：TD235；TD861.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0396-02
1 概述
湖南涟邵建设工程集团有限责任公司自2013年起在临矿集团会宝岭铁矿研究试验研究FCM采矿法，试验成功后在会宝岭铁矿全面推广。FCM采矿法使用大孔径深孔一次回采70m分段内全段高矿石，相比分段采矿法使得开拓、切割巷道工程大量节省。会宝岭铁矿属磁铁矿，矿石结构以条纹条带状为主，少量致密块状构造，主要分布于角闪石或石英晶粒之间。矿带顶底板围岩为黑云角闪片岩或黑云变粒岩。矿体整体比较稳定，连续性好，较完整，裂隙不甚发育，物理力学强度高，普氏硬度系数f>14，属极坚硬岩类。矿区地面为村庄与国道，对爆破振动控制要求极高，为了降低地面振动，限制爆破装药量使得大段高采矿大块率居高不下，成为制约采场生产能力的重要因素。为了降低大块率，提高生产效率，技术人员潜心研究爆破参数，以寻找突破口，经过反复试验，最终将多排微差爆破技术成功应用于会宝岭铁矿，取得了良好的社会经济效益。
2 研究背景
使用FCM法回采的矿房深孔布置沿矿体倾向下向平行布置，孔径165mm，孔、排距均为2.7～3.2m，使用粉状乳化炸药不连续耦合装药，每次爆破一排。矿房爆破时产生大块较多，导致矿房内堆满了大块，堵塞了出矿巷道，每班均需安排6～8人专门对大块打眼进行二次爆破，每班需使用雷管200多发，炸药80多公斤，单个矿房每班出矿仅500～700t，大块率达15%以上，严重制约了生产，增加了成本投入，同时加大了爆破安全隐患。大块矿石在后续提升出井及选矿破碎过程中同样增加生产成本。因此，如何最大限度的降低大块率成为亟待解决的技术难题。
3 技术参数确定
降低大块率，又不增加成本，就只能在不改变孔网参数，不增加爆破单耗的前提下寻找解决办法。在此前提前唯一可以改变的就是装填起爆方式，最终技术人员将目光投向了微差挤压爆破。微差挤压爆破可起到增加辅助自由面、应力波叠加、岩块相互碰撞挤压及地震波的相互干扰等几方面作用。其中地震波的干扰，是减少爆破对附近建筑物影响的主要因素。
3.1 最小抵抗线的确定
采用垂直深孔落矿时，最小抵抗线有三种计算方法：
（1）按每孔的合理装药量确定
w=d=1.5～3.79（米）
（2）按最小抵抗线和孔径的比值确定
w/d=25～30
（坚硬岩石d=165mm时，w=4.13～4.95米）
（3）从一些矿山的实际资料中参考确定（表1）
（4）2014～2016年生產实践数据
会宝岭铁矿-410m水平南翼已回采矿房20个，回采过程中为降低大块率，孔网参数不断优化、调整。生产实践数据如表2：
深孔凿岩采用CK150D型凿岩机，钻头直径165mm，故最小抵抗线应为1.5～3.79米。
综合以上四项结果，选取最小抵抗线2.7～3米，可取得较为理想的爆破效果。
3.2 爆破参数确定
已知参数如下：
（1）最小抵抗线为W=2.7～3米；
（2）岩石硬度f=15～20；
（3）岩石基本不含水份，节理裂隙局部发育；
（4）炮孔直径为165mm，孔深47m；
（5）排距：b=2.7米；
（6）孔距：按照孔距2.7米平行下向布置，倾角根据矿体倾角设计；
（7）最大单段允许起爆药量：500Kg
依据已知条件确定装药结构为不连续耦合装药，设计每段装药高度1.0m，装药间隔高度0.7m。
3.3 起爆方式确定
依据微差挤压爆破理论，挤压爆破时，由于工作面前有压渣，阻碍了岩石裂隙的扩张，延长了岩石的应力状态，这就在时间上延长了炸药爆炸能量的利用率，使爆破质量得到改善。当岩体裂隙形成后，随即出现岩石的移动，脱离原岩体的岩块直接与前面的压渣冲击碰撞，因其距离很小，故其冲击速度大大高于清渣爆破时岩石抛落的最终速度。这种高速的冲击与碰撞造成挤压效果，使岩石的爆炸动能用于辅助破碎。微差爆破时由于各次爆破的时间间隔特别短，以致后一药包在前一药包所引起的地面振动开始减弱之前就发生了爆炸。新产生的振动波与前一振动波的“相”不是重合的，因而形成了振动的干扰，也就是振动波的某些抵消。从理论上说，假若两种药包爆破的延迟间隔时间等于地震波周期的一半，而两个地震波的振幅又相等的话，一般都能减轻地震效应，减少爆破作业对未爆岩体及地面建（构）筑物的损坏。最终起爆方式确定为多排微差挤压爆破。
4 效果对比
4.1 爆破效果
以41436S1矿房为例，采用多排爆破后，大块率明显降低，目前大块率由之前的15%降至7%，降幅达60%。在降低大块率的同时，减少了爆破次数，增加了单次爆破矿量，保证矿房有充足的矿石可供出矿。采用多排爆破前，41436S1矿房每台铲运机平均每班可出矿石70～80铲，采用多排爆破后41436S1矿房每台铲运机平均每班可出矿石90～100铲，平均增加20铲，每班可多出矿石150吨左右。41436S1矿房前后矿石块度及出矿效率对比表如下：
单排分层爆破矿石块度（图1）：
采用多排微差爆破后矿石块度（图2）：
出矿效率对比（表3）：
4.2 经济效益
-410m水平南翼第一个试验矿房为41436S1矿房，后续采用多排爆破的矿房为41404S2和41206S1矿房，自采用多排爆破后南翼单日出矿量由以前的5000t提高到现在的6500t，提高出矿效率30%。原矿石年产量可提高49.5万t。采用多排爆破后大块率降低大爆破火工品消耗、二次爆破火工品消耗、铲运机轮胎、油料等消耗费用大大降低。采用多排爆破后，原矿综合生产成本可节省费用1.41元/t。
采用多排爆破，大块率降低，矿石粒度整体变小，单位体积内矿石质量增加，电机车一次运输量变大，降低了运输系统单位成本。多排爆破效果明显，大部分矿石块度较小，部分矿石呈粉末状，不需要进行破碎即可满足粗碎要求，降低了粗碎的电费和材料费用。以前主井箕斗单次提升量为24t，现在单次提升量达24.5t，主井每天提升钩数为600钩左右，每天可多提升矿石300t左右。用多排爆破后，运输系统、溜破系统和提升系统共可节约1.01元/t。
多排微差爆破在落矿、运输提升等环共可节省成本2.42元/t，FCM采帮在全年预计回采矿石220万t，可节省成本费用532.4万元。
5 结论
多排微差爆破在会宝岭铁矿FCM采矿法中的成功应用，提高了产量，降低了生产成本，降本增效效果显著，社会经济效益明显，在类似矿山生产中具有极强的推广价值。