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【摘 要】无底柱分段崩落法，因其结构简单、工艺成熟和经济合理，常用于金属矿山的开采中。随着研究的深入和应用的推广，其结构参数加大成为发展趋势，并将得到更为广泛的应用。本文即通过实例详细阐述了无底柱分段崩落采矿法合理爆破参数的确定。
【关键词】无底柱分段崩落采矿法；爆破参数；崩矿步距；微差时间
一、无底柱分段崩落采矿法合理爆破参数概述
无底柱分段崩落法，因其结构简单、工艺成熟和经济合理，常用于金属矿山的开采中。随着研究的深入和应用的推广，其结构参数加大成为发展趋势，并将得到更为广泛的应用。但此过程中，仍存在一些问题，如爆破参数设计多采用经验值选取，相关理论分析与指导不够充分，参数设计及调整不够合理，使其在实际应用中总存在一些问题，如贫化率高、悬顶、隔墙和大块率高等。它们影响了采矿放矿的顺利进行，如得不到有效解决，就会影响无底柱分段崩落法大结构参数的使用效果和应用前景。因此，必须对爆破参数进行合理的设计。研究无底柱分段崩落法的爆破参数，具有较强的理论和实际意义。
二、无底柱分段崩落采矿法合理爆破参数的优化途径
（一）单位炸药消耗量
炸药单耗值主要受矿石的可爆性、孔径、炸药性能和采幅宽度等因素影响，其最佳值应能使吨矿最终成本最低，依体积公式简化计算：
式中：q——炸药单耗，kg/m3；W——最小抵抗线，m；S——一排扇形孔的崩矿面积，m2。
此值亦可进行中深孔爆破漏斗试验得出。按药包最优埋置深度的漏斗爆破量（爆渣称重），来核定最佳单位炸药消耗量，但得出的指标偏低，还应结合实验与实践适当调整计算值。
（二）崩矿步距
分段高度和回采巷道间距确定时，崩矿步距存在最优值。当放矿椭球体与矿石脊面相切时，沿进路方向恰与垂直矿岩接触面相切，此时步距放出矿石最多且混入废石最少，但正面损失矿石最大；增大崩矿步距，即一次崩矿层厚度增大，可增加每次矿石爆破方量，但从松散介质中获得的有效补偿空间将逐渐减少，造成过挤压现象，影响崩落体形态，甚至产生贴槽等爆破问题，使放出体的形成与发育受影响，造成正面损失矿石小而混入废石多；在放出矿岩品位略大于截止品位时的步距最合适，此时的回采效率或回贫差可取得最大值。
（三）最小抵抗线与炮孔密集系数
最小抵抗线即崩矿步距W，与放矿步距成一定的比例关系。当一排炮孔所装药量不足以崩落法放矿步距内的矿量时，应设多排炮孔，各排孔装药量相等时，常为放矿步距与炮孔排距的除值，一般还应根据一个中深孔能装入的药量（Q1=）和一个中深孔需要的装药量（单位体积炸药消耗量乘以该孔所负担的爆破方量Q2=）相等的原则兼顾选取，转化得到如下炮孔密集系数m的计算式：
式中：m——炮孔密集系数，m=a/W；d——炮孔直径，m；Δ——装药密度， kg/m3；τ——深孔装药系数，τ为装药长度与炮孔长度的比值，约为0.7～0.8；q——炸药单耗，kg/m3。
（四）装药结构和微差时间
微差爆破可在爆破范围内产生残余应力场，改变了后爆炮孔的受力状态；先爆炮孔为后爆炮孔创造了附加自由面，减小了相邻炮孔间矿石爆破的夹制作用，并使先后爆破岩块碰撞挤压时间增长，降低了块度；在时空上更分散了地震波，使之错开相位，避免了地震波的集中。
为操作方便，采用柱状装药孔底起爆，孔间和排间应有合理的微差时间Δt为：
式中：k1——正波历时系数，由试验得出，k1=1.25～1.8；k2——负波历时系数，由试验得出，k2=q （Q-0.18），其中Q是炸药与岩石波阻抗比值， q为炸药单耗；S——矿区矿岩与岩体脱开的距离，一般取S值为0.01m；V——岩块平均移动速度，由试验得出，V=4～7m/s。
相邻炮孔填塞长度交错不同，以免局部炸药过分集中，使能量不当损失。其值按孔径取L=（20～24）d，并依次递增，最小填塞长度Lmin≧0.7W。
挤压爆破时，间隔时间应大于微差间隔时间。根据所选微差毫秒管的实际微差条件，在试验与应用中，应因地制宜合理地选取微差间隔时间，以达到良好的爆破效果及简便操作，降低爆破震动。
（五）边孔角
边孔角是扇形布孔的重要参数，在无底柱崩落法采矿中，如果分段高度一定时，边孔角的大小要考虑崩落矿体的侧向自然安息角和钻机的穿孔能力，特别是上下分层进路交错布置时，边孔角决定了最大孔深和排面内的炮孔数量。
坚硬矿石充分破碎时的自然安息角一般不超过60°，考虑到试验地段矿体属于中厚偏薄，崩落散体在进路出矿口的两侧流动性较差，故在满足钻机穿孔条件下，尽量选用大边孔角。试验选用的Sim—ba1354钻机的穿孔能力较强，参照同类矿山的经验，本次试验边孔角控制在60～65°之间。
三、应用实例分析
（一）概况
某铁矿是一个年产铁矿石20万t的小型地下矿。斜井开拓，矿体属急倾斜厚矿体，矿石较稳固，应用无底柱崩落法是合理的。其结构参数为：
分段高：10m；
进路间：8m；
进路宽度：4m；
进路高度：3m。
原采矿爆破参数为：
炮孔直径d=60mm；
最小抵抗线w=1.5m；
孔底距a=w=1.5m。
该矿进路回采一直采用单排爆破，落矿步距L=1.sm，这种爆破参数和步距存在的主要间题是：一次爆破大块率高，以至二次爆破频繁；出矿过程中正面岩石过早混入，加大了两侧矿石损失。
针对这两方面的问题，进行了计算分析和现场实验。
（二）爆破参数的校验
根据爆破理论，最小抵抗线按下式确定：
d——炮孔直径，60mm（0.6dm）；
Δ——装药密度，1.0kg/d；
η——炮孔装药系数，0.85；
m——炮孔密集系数，；
q——单位炸药消耗量，1.48kg/m3；
a——孔底距，m。
所以，
由此可见，原爆破参数中所采用的最小抵抗线1.5m过大，不尽合理，所以在爆破后出现的大块率高。
根据国外学者提出的“大孔距、小抵抗线”的爆破观点和“λ——m曲线”，将最小抵抗线由w1=1.5m，改为w2=1.2m；将孔底距由a1=1.5m，改为a2=1.8m。由此，m1=1.0增至m2=1.5。
四、爆破效果的观测
对于井下无底柱分段崩落法爆破落矿，良好的爆破效果意味着禁止出现悬顶、立墙等严重影响作业安全的现象；另外，爆破后的爆堆要破碎均匀、松散，便于铲运机铲装，不合格的大块少。其次，爆破要为下次爆破创作良好环境条件，因此，要求爆破后冲均匀，对进路巷道眉线的破坏要小，尽量不影响后排孔装药和对后排炮孔造成错孔、落膛等不良后果。在众多方面的多个技术指标中，其中眉线破坏距离和大块率两个指标基本能够反映爆破效果的优劣。一般大块少，矿岩破碎均匀，爆堆也较松散，便于铲装；而眉线破坏小，意味着爆破后冲较小，不易对后排炮孔造成错孔、落膛等破坏，故选用大块率和眉线破坏距离来衡量中深孔爆破效果的优劣。
五、结语
综上，通过爆破参数优化设计的实际应用来看，其效果很好，可满足大间距结构参数矿块下的爆破生产，具有一定的参考和借鉴价值。其爆破能量分布更均匀，并延长了爆破作用时间，矿石挤压更充分，改善爆破與放矿效果的目的。
参考文献：
[1]张国联，刘兴国.张家洼铁矿沿脉无底柱分段崩落法结构参数试验研究中国矿业[J].2005.14.
[2]张国建.无底柱分段崩落法崩落体研究与应用[D].北京：北京科技大学， 2004.
[3]陶干强，刘振东，任凤玉，任青云.无底柱分段崩落法采场结构参数优化研究[J].煤炭学报，2010.8.
【关键词】无底柱分段崩落采矿法；爆破参数；崩矿步距；微差时间
一、无底柱分段崩落采矿法合理爆破参数概述
无底柱分段崩落法，因其结构简单、工艺成熟和经济合理，常用于金属矿山的开采中。随着研究的深入和应用的推广，其结构参数加大成为发展趋势，并将得到更为广泛的应用。但此过程中，仍存在一些问题，如爆破参数设计多采用经验值选取，相关理论分析与指导不够充分，参数设计及调整不够合理，使其在实际应用中总存在一些问题，如贫化率高、悬顶、隔墙和大块率高等。它们影响了采矿放矿的顺利进行，如得不到有效解决，就会影响无底柱分段崩落法大结构参数的使用效果和应用前景。因此，必须对爆破参数进行合理的设计。研究无底柱分段崩落法的爆破参数，具有较强的理论和实际意义。
二、无底柱分段崩落采矿法合理爆破参数的优化途径
（一）单位炸药消耗量
炸药单耗值主要受矿石的可爆性、孔径、炸药性能和采幅宽度等因素影响，其最佳值应能使吨矿最终成本最低，依体积公式简化计算：
式中：q——炸药单耗，kg/m3；W——最小抵抗线，m；S——一排扇形孔的崩矿面积，m2。
此值亦可进行中深孔爆破漏斗试验得出。按药包最优埋置深度的漏斗爆破量（爆渣称重），来核定最佳单位炸药消耗量，但得出的指标偏低，还应结合实验与实践适当调整计算值。
（二）崩矿步距
分段高度和回采巷道间距确定时，崩矿步距存在最优值。当放矿椭球体与矿石脊面相切时，沿进路方向恰与垂直矿岩接触面相切，此时步距放出矿石最多且混入废石最少，但正面损失矿石最大；增大崩矿步距，即一次崩矿层厚度增大，可增加每次矿石爆破方量，但从松散介质中获得的有效补偿空间将逐渐减少，造成过挤压现象，影响崩落体形态，甚至产生贴槽等爆破问题，使放出体的形成与发育受影响，造成正面损失矿石小而混入废石多；在放出矿岩品位略大于截止品位时的步距最合适，此时的回采效率或回贫差可取得最大值。
（三）最小抵抗线与炮孔密集系数
最小抵抗线即崩矿步距W，与放矿步距成一定的比例关系。当一排炮孔所装药量不足以崩落法放矿步距内的矿量时，应设多排炮孔，各排孔装药量相等时，常为放矿步距与炮孔排距的除值，一般还应根据一个中深孔能装入的药量（Q1=）和一个中深孔需要的装药量（单位体积炸药消耗量乘以该孔所负担的爆破方量Q2=）相等的原则兼顾选取，转化得到如下炮孔密集系数m的计算式：
式中：m——炮孔密集系数，m=a/W；d——炮孔直径，m；Δ——装药密度， kg/m3；τ——深孔装药系数，τ为装药长度与炮孔长度的比值，约为0.7～0.8；q——炸药单耗，kg/m3。
（四）装药结构和微差时间
微差爆破可在爆破范围内产生残余应力场，改变了后爆炮孔的受力状态；先爆炮孔为后爆炮孔创造了附加自由面，减小了相邻炮孔间矿石爆破的夹制作用，并使先后爆破岩块碰撞挤压时间增长，降低了块度；在时空上更分散了地震波，使之错开相位，避免了地震波的集中。
为操作方便，采用柱状装药孔底起爆，孔间和排间应有合理的微差时间Δt为：
式中：k1——正波历时系数，由试验得出，k1=1.25～1.8；k2——负波历时系数，由试验得出，k2=q （Q-0.18），其中Q是炸药与岩石波阻抗比值， q为炸药单耗；S——矿区矿岩与岩体脱开的距离，一般取S值为0.01m；V——岩块平均移动速度，由试验得出，V=4～7m/s。
相邻炮孔填塞长度交错不同，以免局部炸药过分集中，使能量不当损失。其值按孔径取L=（20～24）d，并依次递增，最小填塞长度Lmin≧0.7W。
挤压爆破时，间隔时间应大于微差间隔时间。根据所选微差毫秒管的实际微差条件，在试验与应用中，应因地制宜合理地选取微差间隔时间，以达到良好的爆破效果及简便操作，降低爆破震动。
（五）边孔角
边孔角是扇形布孔的重要参数，在无底柱崩落法采矿中，如果分段高度一定时，边孔角的大小要考虑崩落矿体的侧向自然安息角和钻机的穿孔能力，特别是上下分层进路交错布置时，边孔角决定了最大孔深和排面内的炮孔数量。
坚硬矿石充分破碎时的自然安息角一般不超过60°，考虑到试验地段矿体属于中厚偏薄，崩落散体在进路出矿口的两侧流动性较差，故在满足钻机穿孔条件下，尽量选用大边孔角。试验选用的Sim—ba1354钻机的穿孔能力较强，参照同类矿山的经验，本次试验边孔角控制在60～65°之间。
三、应用实例分析
（一）概况
某铁矿是一个年产铁矿石20万t的小型地下矿。斜井开拓，矿体属急倾斜厚矿体，矿石较稳固，应用无底柱崩落法是合理的。其结构参数为：
分段高：10m；
进路间：8m；
进路宽度：4m；
进路高度：3m。
原采矿爆破参数为：
炮孔直径d=60mm；
最小抵抗线w=1.5m；
孔底距a=w=1.5m。
该矿进路回采一直采用单排爆破，落矿步距L=1.sm，这种爆破参数和步距存在的主要间题是：一次爆破大块率高，以至二次爆破频繁；出矿过程中正面岩石过早混入，加大了两侧矿石损失。
针对这两方面的问题，进行了计算分析和现场实验。
（二）爆破参数的校验
根据爆破理论，最小抵抗线按下式确定：
d——炮孔直径，60mm（0.6dm）；
Δ——装药密度，1.0kg/d；
η——炮孔装药系数，0.85；
m——炮孔密集系数，；
q——单位炸药消耗量，1.48kg/m3；
a——孔底距，m。
所以，
由此可见，原爆破参数中所采用的最小抵抗线1.5m过大，不尽合理，所以在爆破后出现的大块率高。
根据国外学者提出的“大孔距、小抵抗线”的爆破观点和“λ——m曲线”，将最小抵抗线由w1=1.5m，改为w2=1.2m；将孔底距由a1=1.5m，改为a2=1.8m。由此，m1=1.0增至m2=1.5。
四、爆破效果的观测
对于井下无底柱分段崩落法爆破落矿，良好的爆破效果意味着禁止出现悬顶、立墙等严重影响作业安全的现象；另外，爆破后的爆堆要破碎均匀、松散，便于铲运机铲装，不合格的大块少。其次，爆破要为下次爆破创作良好环境条件，因此，要求爆破后冲均匀，对进路巷道眉线的破坏要小，尽量不影响后排孔装药和对后排炮孔造成错孔、落膛等不良后果。在众多方面的多个技术指标中，其中眉线破坏距离和大块率两个指标基本能够反映爆破效果的优劣。一般大块少，矿岩破碎均匀，爆堆也较松散，便于铲装；而眉线破坏小，意味着爆破后冲较小，不易对后排炮孔造成错孔、落膛等破坏，故选用大块率和眉线破坏距离来衡量中深孔爆破效果的优劣。
五、结语
综上，通过爆破参数优化设计的实际应用来看，其效果很好，可满足大间距结构参数矿块下的爆破生产，具有一定的参考和借鉴价值。其爆破能量分布更均匀，并延长了爆破作用时间，矿石挤压更充分，改善爆破與放矿效果的目的。
参考文献：
[1]张国联，刘兴国.张家洼铁矿沿脉无底柱分段崩落法结构参数试验研究中国矿业[J].2005.14.
[2]张国建.无底柱分段崩落法崩落体研究与应用[D].北京：北京科技大学， 2004.
[3]陶干强，刘振东，任凤玉，任青云.无底柱分段崩落法采场结构参数优化研究[J].煤炭学报，2010.8.