前言

在采矿领域，落矿技术的选择与应用对采矿效率、成本以及安全性有着至关重要的影响。中深孔落矿技术凭借其独特的优势，如较高的生产效率、相对合理的成本投入以及较为广泛的适用范围等，在现代采矿作业中占据着重要地位。随着采矿工程的不断发展与技术的持续进步，中深孔落矿技术也在不断优化和完善，对其深入研究和了解，有助于进一步提升采矿作业的整体水平，实现资源的高效、安全开采。本文将围绕中深孔落矿技术的相关内容展开详细阐述。

一、中深孔落矿的基本参数

（一）孔径与孔深

中深孔在采矿作业中有着明确的孔径与孔深标准。其孔径范围通常在 50 - 70mm 之间，孔深则要求不超过 15m。这些参数的设定并非随意为之，而是综合考虑了多方面因素。从采矿效率角度来看，合适的孔径与孔深能够确保凿岩作业的高效进行，减少不必要的时间浪费 。若孔径过小，装药难度会增加，炸药能量无法有效传递，导致矿石破碎效果不佳；孔径过大，则可能造成凿岩设备的过度损耗，增加设备维护成本，同时也会对矿岩的稳定性产生较大影响。孔深方面，过深的炮孔会使凿岩难度呈指数级上升，还可能出现钻孔偏斜等问题，影响爆破效果；而过浅的炮孔则无法充分发挥中深孔落矿的优势，降低采矿效率。在实际操作中，某矿山在进行中深孔落矿作业时，最初尝试将孔深增加至 20m，结果发现不仅凿岩速度大幅下降，而且爆破后矿石的大块率明显增加，后续的二次破碎工作量大增，严重影响了整体采矿进度和成本。因此，严格遵循 50 - 70mm 的孔径和不超过 15m 的孔深标准，对于保障采矿效率和降低成本至关重要。

从安全性角度而言，合理的孔径与孔深能够降低爆破风险。在爆破过程中，炮孔的参数直接影响炸药的分布和爆炸能量的释放。如果孔径和孔深不合理，可能导致爆炸能量集中在局部区域，引发矿岩的过度破碎和飞散，对作业人员和设备造成严重威胁。例如，当孔径过大且孔深过深时，炸药爆炸产生的冲击力可能会超出矿岩的承受范围，引发矿岩的坍塌和冒顶事故。所以，为了确保采矿作业的安全进行，必须严格控制中深孔的孔径与孔深参数。

（二）炮孔布置方式

炮孔布置方式主要有平行孔和扇形孔两种，其中扇形孔又可细分为水平扇形和上向扇形。不同的布置方式各有其适用场景和优缺点。

平行孔布置方式，炮孔互相平行，孔间距在炮孔全长上均相等。这种布置方式适用于矿体规整、矿石性质较为均匀的情况。其优点在于崩落的矿石块度相对均匀，有利于后续的矿石运输和加工。在一些矿体厚度稳定、矿石硬度一致的矿山，采用平行孔布置可以使爆破后的矿石粒度分布较为集中，便于后续的筛选和处理。然而，平行孔布置也存在一定的局限性。由于其对矿体的适应性较差，当矿体形态不规则或存在断层等地质构造时，平行孔布置可能无法充分发挥作用，导致矿石损失和贫化率增加。而且，平行孔布置需要较多的凿岩巷道掘进量，设备移动次数也相对较多，这在一定程度上会增加采矿成本和作业时间。

扇形孔布置方式则具有较强的灵活性，尤其是在面对不规则矿体时表现出色。在同一排面上深孔成放射状，炮孔间距自孔口到孔底逐渐增大，孔口密，孔底稀。水平扇形孔多为近似水平，向上呈 3 - 5° 倾角，常用于顶、底柱落矿；上向扇形孔应用广泛，在间柱落矿等作业中发挥着重要作用。扇形孔布置的优点较为突出，设备移动次数少，打完一排才移动一次，这大大提高了作业效率；对不规则矿体布置深孔十分灵活，能够根据矿体的实际形状进行调整，有效减少矿石损失和贫化；凿岩巷道掘进量少，准备时间短，装药和爆破作业集中，节省时间，在巷道中作业条件好，比较安全。在某复杂矿体的采矿作业中，采用扇形孔布置成功地适应了矿体的多变形态，提高了矿石回收率。不过，扇形孔布置也并非完美无缺，其爆落的矿石块度不均匀，容易产生大块矿石，这会增加二次破碎的工作量和成本；而且深孔利用率相对较低，可能会造成一定的资源浪费 。

二、炮孔布置方法详解

（一）放射状布置原则

在中深孔落矿作业中，炮孔布置有着严谨的放射状布置原则。具体而言，在设计爆破范围内，是以凿岩巷道中所确定的凿岩中心为起点，做放射状布置。先布置边角孔，这是因为边角孔对于控制爆破范围和轮廓起着关键作用。通过合理布置边角孔，可以确保爆破后的矿石边界符合开采要求，减少矿石的损失和贫化。在某矿山的开采实例中，由于前期对边角孔的布置不够重视，导致爆破后矿石边界参差不齐，部分矿石未能有效回收，造成了资源的浪费。随后，该矿山优化了边角孔的布置方案，严格按照放射状布置原则进行操作，矿石回收率得到了显著提高。在完成边角孔的布置后，再按选用的最大孔间距均匀地添布其余炮孔。这样的布置方式能够保证炸药在矿体内分布相对均匀，使矿石在爆破时受力均匀，从而达到良好的破碎效果。均匀添布炮孔还能避免因炮孔间距不合理而导致的爆破能量集中或分散不均的问题，减少大块矿石的产生，提高采矿效率。

（二）同排炮孔布置要点

同排炮孔的布置要点主要体现在同排同段和同排不同段两种情况。对于同排同段爆破的两条凿岩巷道，使炮孔分布均匀是至关重要的。炮孔分布均匀能够保证爆破能量在矿体内均匀释放，从而减少大块的产出率。在实际采矿作业中，某矿山通过对同排同段炮孔进行优化布置，使炮孔分布更加均匀，大块矿石的产出率从原来的 30% 降低到了 15%，大大减少了二次破碎的工作量，提高了矿石的运输和加工效率 。这是因为均匀分布的炮孔能够使炸药爆炸产生的应力波在矿体内均匀传播，避免了应力集中导致的局部过度破碎和大块矿石的形成。

而对于同排不同段的炮孔布置，在相邻炮孔控制边界处留 0.8 - 1m 的间隔有着重要意义。这个间隔可以有效防止相邻炮孔在爆破时相互干扰。当炮孔同时起爆时，如果没有这个间隔，相邻炮孔之间的爆炸应力波可能会相互叠加，导致局部能量过高，矿石过度破碎，产生大量的粉矿和飞石，不仅影响矿石质量，还会对作业人员和设备的安全构成威胁。间隔还可以为爆破后的岩石移动提供一定的空间，使岩石能够按照预期的方向和方式破碎和移动，有利于控制爆破效果，减少对周边岩体的破坏 。

（三）不同排炮孔布置要点

不同排不同段的炮孔布置要点同样不容忽视。炮孔方向互相垂直，这是为了确保爆破能量能够在不同方向上均匀作用于矿石，提高爆破效果。在同一平面上的炮孔，若爆破方向垂直，其间应留 1 - 1.5m 的间隔。这是因为垂直爆破方向的炮孔在爆破时会产生相互交叉的应力波，如果没有足够的间隔，应力波相互作用可能会导致局部区域的能量过于集中或分散不均，从而产生不规则的破碎效果，增加大块矿石的数量 。在某复杂地质条件的矿山开采中，由于忽视了不同排炮孔之间的间隔要求，导致爆破后矿石大块率高达 40%，严重影响了采矿效率和经济效益。

凡有间隔带的地方，其附近都需增设一排加强炮孔，这是为了消除间隔带可能带来的爆破死角，保证整个爆破区域的矿石都能得到充分破碎。加强炮孔可以补充间隔带处的爆破能量，使矿石在该区域也能按照预期的方式破碎，从而提高整体的爆破质量，减少矿石损失和贫化。通过合理设置不同排炮孔的布置参数，可以有效地提高中深孔落矿的效果，实现高效、安全的采矿作业。

三、中深孔落矿的设备与装药

（一）凿岩设备

在中深孔落矿作业中，凿岩设备的选择至关重要，不同的凿岩设备有着各自独特的特点和优势。

阿特拉斯的中深孔凿岩台车，以其先进的技术和卓越的性能备受青睐。例如 Simba 系列的中深孔凿岩台车，该系列分为多个型号，能满足不同的采矿需求。Simba S7 适用于中小型巷道的中深孔凿岩，它带有高性能顶锤式凿岩机和支臂式凿岩机构，采用顶锤式钻孔方法，钻孔直径范围为 51 - 89 毫米，BUT 32PD 钻臂最大钻臂延伸 1250mm，可钻进环形炮孔组及最大间距为 5.9 米的上向或下向平行孔，储杆器可安装 10 + 1 根钻杆，钻孔深度可达 20 米。在某中小型矿山的开采中，Simba S7 凭借其灵活的支臂式凿岩机构，能够在复杂的巷道环境中快速、准确地进行钻孔作业，大大提高了凿岩效率，缩短了采矿周期 。

山特维克的凿岩台车同样表现出色。以 DL421 为例，这是一款结构紧凑、技术先进的全电脑深孔台车，具有丰富可靠的多种自动化功能，适用于地下矿山深孔钻进，适用巷道尺寸为 3.6×3.6 米以上巷道。台车能够凿钻 64 - 115 毫米炮孔，最大深度达 54 米，其设计用于凿钻垂直和倾斜排面的环形孔及扇形孔、平行深孔，以及单个深孔，并具有最佳的钻孔精度 。整个凿岩单元座在一个与底盘前端相连但又相对独立的框架型支座上，与地面呈条带形接触，支撑面积大而且稳定。由于支撑框架相对独立，凿岩单元自行消化凿岩机的震动和扭矩，对底盘的影响最小，特别有利于下向深孔凿岩。在马城铁矿的开采项目中，山特维克 DL421 中深孔台车成功交付并投入使用，其自动化功能不仅提高了钻孔精度，还减少了人工操作的风险，为矿山的高效开采提供了有力支持 。

除了凿岩台车，气动凿岩机在中深孔落矿中也有着广泛的应用。YG - 40、YG - 80、YG - 90、YGZ - 90 等型号的气动凿岩机各具特色。YG - 40 是配立柱支架，孔深小于 10 米，功率小，机械化程度低，但它具有体积小、操作灵活的特点，在一些空间较为狭窄的采矿区域，能够发挥其独特的优势，完成一些特殊位置的凿岩作业 。

YG - 80 则属于重型导轨式凿岩机，一般配台车使用，如在 CZZ - 700 型单机凿岩台车上，能够发挥出其强大的凿岩能力。它的冲击能和扭矩较大，适用于在中硬及以上硬度的岩石中进行凿岩作业，能够快速、高效地完成钻孔任务 。在某矿山的开采作业中，面对坚硬的岩石，YG - 80 型凿岩机在配套台车的辅助下，展现出了强大的破岩能力，顺利完成了大量的凿岩工作，为后续的采矿作业奠定了基础。

YGZ - 90 型凿岩机采用无阀配气机构，具有结构简单、零件少、维修方便的优点，能充分利用压气的膨胀功，气耗量小，换向灵活、工作平稳可靠 。在实际应用中，其较低的气耗量能够降低采矿成本，而稳定可靠的工作性能则保证了凿岩作业的连续性和高效性，受到了众多矿山企业的欢迎 。这些凿岩设备的合理选择和应用，能够有效提高中深孔落矿的效率和质量 。

（二）装药设备

装药设备在中深孔落矿中起着关键作用，不同类型的装药器适用于不同的装药场景。

FZY - 10 型装药器设有手动搅拌器，这一设计使其在装水分较大的炸药时具有明显优势。在一些矿山的开采作业中，由于矿石湿度较大，炸药容易受潮结块，影响爆破效果。而 FZY - 10 型装药器的手动搅拌器能够对炸药进行充分搅拌，使其均匀分散，保证了炸药的性能和爆破效果 。该装药器的装药能力为 600kg/h，能够满足一定规模的采矿作业需求，提高了装药效率，减少了装药时间，从而加快了采矿进度 。

AYZ - 150 型装药器无搅拌器，主要用于装大直径孔。在大直径炮孔的装药作业中，不需要对炸药进行过度搅拌，AYZ - 150 型装药器能够凭借其自身的结构特点，快速、准确地将炸药装入炮孔中。在某大型矿山的中深孔落矿作业中，大量的大直径炮孔需要装药，AYZ - 150 型装药器发挥了重要作用，其高效的装药能力和对大直径孔的良好适应性，确保了装药工作的顺利进行，为后续的爆破作业提供了保障 。

这些装药器的应用，不仅提高了装药密度，使得炸药在炮孔内分布更加均匀，从而增强了爆破效果；还提高了炮孔的利用率，即使炮孔有变形，只要药管能伸进就能装药，减少了因炮孔问题导致的装药困难和炸药浪费。装药器的使用大大降低了工人的劳动强度，改善了作业环境。不过，装药器也存在一些缺点，如反粉率高，对炸药湿度要求严格，装药时还会产生静电，可达 1 - 2 万伏 。为了解决静电问题，通常采用半导体输药管，并使装药器接地，在压气装药完毕后，再装入炸药包（电雷管），现在多用导爆管、火雷管起爆，增加了安全性 。

四、中深孔落矿的大块问题及解决策略

（一）大块产生原因剖析

在中深孔落矿过程中，大块矿石的产生是一个较为常见且棘手的问题，其成因复杂，涉及多个方面。

扇形布孔是导致大块产生的重要原因之一。在采用扇形布孔时，炸药在矿体内的分布不够均匀。从爆破原理来看，炸药爆炸产生的能量需要均匀地作用于矿石，才能使矿石充分破碎。然而，扇形布孔的特点使得孔口和孔底的炸药能量密度存在差异。孔口处的炸药相对集中，能量密度较高，而孔底的炸药能量相对较弱。这种能量分布的不均匀会导致矿石破碎效果不一致，容易产生大块。在某矿山的中深孔落矿作业中，采用扇形布孔方式爆破后，通过对矿石块度的分析发现，靠近孔口区域的大块矿石数量明显多于其他区域，这充分说明了扇形布孔对大块产生的影响。

孔口炸药能量密度高以及孔间击穿也是产生大块的关键因素。当孔口炸药能量过高时，在爆破瞬间，孔口附近的矿石会受到过大的冲击力，导致局部过度破碎，形成一些较小的碎块。这些碎块在向外飞溅的过程中，可能会与周围尚未充分破碎的矿石相互碰撞，使得原本可以正常破碎的矿石受到干扰，无法按照预期的方式破碎，从而产生大块。孔间击穿现象的发生，会使爆炸能量在孔间过早释放，无法有效地作用于整个矿石区域，导致部分矿石得不到充分的破碎，进而形成大块。在实际爆破作业中，经常可以观察到在孔间击穿的位置，会出现较大的矿石块，这是对该原因的直观验证。

孔底距过大同样会引发大块问题。孔底距是影响爆破效果的重要参数之一，它决定了炸药在矿体内的分布密度。当孔底距过大时，炸药之间的距离增加，爆炸产生的应力波在传播过程中无法有效地叠加，导致矿石所受到的爆破作用力不足，无法充分破碎。在某矿山的开采过程中，由于最初设计的孔底距过大，爆破后矿石的大块率高达 40%，严重影响了后续的出矿效率和经济效益 。

炮孔施工精度差也是不可忽视的原因。在中深孔凿岩施工过程中，如果炮孔的角度偏差达到 1 - 2°，看似微小的偏差，却会对爆破效果产生显著影响。角度偏差会导致炸药在矿体内的实际分布与设计预期不符，使得爆破能量无法准确地作用于预定的矿石区域 。炮孔深度的偏差也会影响炸药的埋深，进而影响爆炸能量的释放和矿石的破碎效果。某矿山在中深孔施工中，由于部分炮孔角度偏差较大，爆破后出现了大量的大块矿石，不得不进行二次破碎，增加了生产成本和作业时间 。

（二）解决策略探讨

针对中深孔落矿中大块产生的问题，需要采取一系列有针对性的解决策略，以提高落矿效果和采矿效率。

优化布孔方式是解决大块问题的关键措施之一。在实际操作中，可以根据矿体的具体形状、厚度以及岩石性质等因素，对扇形布孔进行优化。通过合理调整孔口和孔底的间距，使炸药在矿体内的分布更加均匀，从而提高爆破能量的利用率。还可以考虑采用其他布孔方式，如平行孔与扇形孔相结合的方式。在矿体较为规整的部分采用平行孔布置，保证矿石破碎的均匀性；在矿体边界或形状复杂的区域采用扇形孔布置，提高对矿体的适应性。在某复杂矿体的开采中，采用了这种结合式的布孔方式，成功地降低了大块矿石的产出率，提高了矿石的回采率。

调整炸药能量分布是解决大块问题的重要手段。为了降低孔口炸药能量密度过高的问题，可以采用分段装药的方式。将炸药分成若干段，均匀地分布在炮孔内，避免炸药在孔口过度集中。可以在孔口部分使用低威力炸药，在孔底部分使用高威力炸药，使炸药能量在整个炮孔长度上更加合理地分布。在某矿山的爆破试验中，采用分段装药和不同威力炸药组合的方式后，大块矿石的产出率从原来的 35% 降低到了 20%，取得了显著的效果 。

严格控制孔底距对于减少大块的产生至关重要。在设计阶段，需要根据矿石的硬度、炸药的性能以及爆破要求等因素，精确计算孔底距。在实际施工过程中，要严格按照设计要求进行操作，确保孔底距的准确性。可以采用先进的测量设备和定位技术，对炮孔的位置和间距进行实时监测和调整。某矿山引入了高精度的激光测量系统，在凿岩过程中对孔底距进行实时监测，一旦发现偏差，及时进行调整，有效地控制了大块矿石的产生。

提高炮孔施工精度是解决大块问题的基础。一方面，要加强对凿岩设备的维护和管理，确保设备的性能稳定，减少因设备故障导致的施工误差。要对操作人员进行专业培训，提高他们的操作技能和责任心，使其能够严格按照设计要求进行凿岩作业。可以采用自动化的凿岩设备，利用先进的定位和控制技术，提高炮孔的施工精度。在某大型矿山，采用了自动化的凿岩台车，通过计算机控制系统精确控制炮孔的角度和深度，使炮孔施工精度得到了大幅提高，大块矿石的产出率显著降低。

五、小结

中深孔落矿技术在现代采矿作业中占据着举足轻重的地位，其凭借特定的孔径、孔深以及多样化的炮孔布置方式，为采矿作业的高效开展奠定了基础。在炮孔布置过程中，严格遵循放射状布置原则，注重同排和不同排炮孔的布置要点，能够有效提高爆破效果，减少大块矿石的产生。阿特拉斯和山特维克的中深孔凿岩台车以及多种型号的气动凿岩机，在不同的采矿场景中发挥着各自的优势，与 FZY - 10 型、AYZ - 150 型等装药器相互配合，共同保障了中深孔落矿作业的顺利进行 。