安龍團(tuán)隊(duì)：低品位厚大礦體下向扇形深孔爆破精細(xì)控制取得新進(jìn)展

近日，深部金屬礦智能開采與裝備全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室安龍團(tuán)隊(duì)在《金屬礦山》雜志發(fā)表了《低品位厚大礦體下向扇形深孔爆破精細(xì)控制與參數(shù)尋優(yōu)方法》成果，該成果受到“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2022YFC2903802）資助。

近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)金屬礦產(chǎn)資源需求增多，以及易采、優(yōu)質(zhì)金屬礦產(chǎn)資源的開采消耗，低品位厚大礦體的開采成為未來(lái)礦產(chǎn)資源供給的重要來(lái)源。針對(duì)低品位厚大礦體的開采，常采用分層和分段的開采方法，由于以上方法在開采成本及效率等方面的制約難以在該類礦體中大規(guī)模應(yīng)用。而階段礦房嗣后充填開采方法因其具有的工藝簡(jiǎn)單、成本低、開采強(qiáng)度大、機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)，成為低品位厚大礦體的開采主要方法之一。但是，階段礦房法開采存在礦石損失貧化大的問(wèn)題，造成這一問(wèn)題的核心原因是階段礦房法深孔爆破引起的采場(chǎng)超欠挖和爆破大塊。因此，開展低品位厚大礦體階段礦房法開采下向扇形深孔爆破模擬與參數(shù)優(yōu)化研究，有效控制階段采場(chǎng)深孔爆破效果，對(duì)實(shí)現(xiàn)低品位厚大礦體的安全、高效、經(jīng)濟(jì)開采具有重要的意義。

針對(duì)階段礦房法深孔爆破控制技術(shù)與參數(shù)優(yōu)化，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量工作。在爆破塊度控制方面從多角度入手進(jìn)行了研究，如采用數(shù)值模擬的手段通過(guò)優(yōu)化孔距以及微差時(shí)間等系列爆破參數(shù)實(shí)現(xiàn)降低爆破大塊率；采用現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)的方式，考慮節(jié)理間距和方向?qū)r石破碎的影響，利用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合粒子群優(yōu)化的POS-ANFIS預(yù)測(cè)模型，改變孔間距、裝藥長(zhǎng)度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破塊度的優(yōu)化；部分學(xué)者采用調(diào)整爆破密集度系數(shù), 提出裝藥結(jié)構(gòu)多平面檢測(cè)優(yōu)化算法等方式優(yōu)化深孔布置方式或裝藥結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)爆破作業(yè)大塊率的改善；也有將分形維數(shù)引入爆破塊度分布函數(shù)中，將爆破前的巖石參數(shù)、爆破參數(shù)與爆破后的塊度分布指數(shù)聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)而降低不合格爆破塊度指標(biāo)。在爆破邊界的控制方面，應(yīng)用孔內(nèi)設(shè)置巖粉阻隔段的兩分段裝藥爆破技術(shù)、通過(guò)逐孔精確微差爆破結(jié)合預(yù)裂控制爆破、優(yōu)化炮孔裝藥結(jié)構(gòu)、調(diào)整爆破參數(shù)等多種手段實(shí)現(xiàn)對(duì)深孔爆破回采采場(chǎng)邊界的控制。由此可知，當(dāng)前研究中爆破塊度及超欠挖是評(píng)價(jià)爆破效果重要指標(biāo)，主要通過(guò)降低爆破大塊率以及超欠挖量來(lái)體現(xiàn)對(duì)爆破效果的控制，但在當(dāng)前研究中所用的評(píng)價(jià)指標(biāo)多為單一指標(biāo)，且爆破參數(shù)對(duì)爆破效果評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度也不明晰，有待于進(jìn)一步研究。

針對(duì)階段礦房法開采下向扇形深孔爆破超欠挖大、爆破大塊率高的問(wèn)題，深部金屬礦智能開采與裝備全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室安龍副教授團(tuán)隊(duì)：從爆破邊界與塊度控制角度出發(fā)，提出一種基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)與影響權(quán)重分析相聯(lián)合的爆破參數(shù)尋優(yōu)方法。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法初步確定爆破參數(shù)的取值范圍，分析主要爆破參數(shù)對(duì)爆破超欠挖和塊度分布的影響規(guī)律與影響權(quán)重，以超欠挖和大塊率最小為目標(biāo)確定最優(yōu)爆破參數(shù)

山東某礦山低品位礦體的走向長(zhǎng)度為580 m，礦體平均厚度為90 m，礦體平均傾角為70°，礦石為金礦，礦體平均品位為1.05 g/t。礦山現(xiàn)場(chǎng)的巖石主要為花崗巖，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采樣及室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到其基本物理力學(xué)參數(shù)：密度2 700 kg/、抗壓強(qiáng)度150.76 MPa、抗拉強(qiáng)度6.375 MPa、彈性模量60.33 GPa。

根據(jù)該礦體淺埋厚大低品位的賦存特征，如繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的上向水平分層充填法開采，該方法的高成本、低效率和高充填要求的特性，顯然難以實(shí)現(xiàn)該類低品位資源的經(jīng)濟(jì)開采。為此，該礦山采用階段礦房嗣后充填采礦法回采該類傾斜厚大低品位礦體。采場(chǎng)階段采場(chǎng)高50 m，跨度15 m，采場(chǎng)長(zhǎng)平均40 m，在垂直礦體走向方向采場(chǎng)間留設(shè)10 m的隔離礦柱；階段采場(chǎng)的頂部設(shè)計(jì)為拱形結(jié)構(gòu)，提高階段采場(chǎng)的穩(wěn)定性；采用下向扇形深孔落礦，為便于礦石的運(yùn)搬將階段采場(chǎng)的底部設(shè)計(jì)為“V”形結(jié)構(gòu)，并在2個(gè)階段采場(chǎng)之間構(gòu)建“魚刺形”出礦結(jié)構(gòu)從底部受礦巷出礦，提高出礦效率；頂部鑿巖巷亦可作為上一階段采場(chǎng)的底部受礦巷。該方法將階段采場(chǎng)分為上下2個(gè)部分，下部底部結(jié)構(gòu)高18.5 m，采用上向中深孔開采；上部采場(chǎng)高為31.5 m、跨度為15.0 m，采用下向扇形深孔回采。

低品位礦床階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

下向扇形深孔爆破

該礦采用的階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法通過(guò)階段回采大幅提升采場(chǎng)的生產(chǎn)能力和效率，降低礦石開采成本，并利用拱形承載理論將采場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為倒“V”形，保障了采場(chǎng)的整體穩(wěn)定性。但該方法采用下向扇形深孔爆破，上部采場(chǎng)需要崩落礦石量大、裝藥量高、炮孔深度大、扇形孔爆破能量分布不均勻，極易造成大體積超欠挖與大塊增多等問(wèn)題。因此，下向扇形深孔爆破的精細(xì)控制成為該方法成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

圍繞這一關(guān)鍵問(wèn)題，安龍團(tuán)隊(duì)以爆破效果控制為目標(biāo)，以爆破參數(shù)優(yōu)化為手段，將所提出的基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)與影響權(quán)重分析相聯(lián)合的爆破參數(shù)尋優(yōu)方法進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。獲得了孔徑、抵抗線、孔底距以及微差時(shí)間對(duì)爆破超欠挖以及大塊率的影響規(guī)律，采用加權(quán)最小二乘法計(jì)算得到炮孔直徑對(duì)爆破效果的影響最大，而孔網(wǎng)參數(shù)影響最小，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化爆破參數(shù)，當(dāng)孔徑100 mm、抵抗線2.5 m、孔底距3.3 m、微差時(shí)間75 ms時(shí)，預(yù)測(cè)的爆破超欠挖量以及不合格塊度占比最小?，F(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)反映出，采用以上參數(shù)進(jìn)行回采爆破邊界清晰，爆堆塊度分布均勻。

現(xiàn)場(chǎng)起爆網(wǎng)絡(luò)

爆破后邊界控制效果

爆破后塊度分布

現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)及爆破效果

作者簡(jiǎn)介

驗(yàn)室主任。《金屬礦山》青年專家學(xué)術(shù)委員，《地質(zhì)與勘探》、《成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》青年編委，成都理工大學(xué)首屆優(yōu)秀研究生導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)成員，“自然資源部西藏主要成礦帶大型-特大型礦床勘查評(píng)價(jià)和研究科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”和“自然資源部高層次科技創(chuàng)新人才工程科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”骨干成員，主要從事青藏高原及周緣銅多金屬礦床的研究與找礦勘查工作，先后參與多個(gè)大型-超大型礦床的勘查評(píng)價(jià)，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專題、四川省自然科學(xué)基金及各類橫向項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表文章70余篇，主編專著2部，參編教材2部

安龍，東北大學(xué)副教授、博士、博士研究生導(dǎo)師，沈陽(yáng)市領(lǐng)軍人才，主要從事深部及復(fù)雜難采金屬礦山安全高效綠色智能開采與巖體爆破精準(zhǔn)控制等方面的教學(xué)與科研工作。先后主持/參與“十三五”“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目7項(xiàng)，承擔(dān)校企合作項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文20余篇，申請(qǐng)發(fā)明專利10余項(xiàng)，主編/參編教材2部。研發(fā)出緩傾斜中厚破碎礦體分段充填采礦方法、中深孔爆破聚能精準(zhǔn)控界技術(shù)、地下金屬礦復(fù)雜堆疊條件下爆堆塊度精準(zhǔn)識(shí)別技術(shù)、爆落礦巖散體運(yùn)移過(guò)程試驗(yàn)平臺(tái)等多項(xiàng)國(guó)際先進(jìn)及領(lǐng)先水平的科研成果，成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多座代表性礦山。研究成果獲得遼寧省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)（第二完成人），中國(guó)黃金協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)7項(xiàng)，其他省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

成果來(lái)源

安龍，符洲云，張家華，等.低品位厚大礦體下向扇形深孔爆破精細(xì)控制與參數(shù)尋優(yōu)方法[J/OL].金屬礦山,1-15[2025-03-14]

《金屬礦山》簡(jiǎn)介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦，主編為中國(guó)工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國(guó)科技核心期刊）、中國(guó)精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來(lái)源期刊）、中國(guó)百?gòu)?qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國(guó)期刊方陣雙百期刊、國(guó)家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國(guó)化學(xué)文摘（CA）、美國(guó)劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動(dòng)化、安全環(huán)保、礦山測(cè)量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果，優(yōu)先報(bào)道受到國(guó)家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國(guó)科技信息研究所發(fā)布的《2024中國(guó)科技期刊引證報(bào)告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

中鋼礦院出版?zhèn)髅街行?/strong>