安龙团队：低品位厚大矿体下向扇形深孔爆破精细控制取得新进展

近日，深部金属矿智能开采与装备全国重点实验室安龙团队在《金属矿山》杂志发表了《低品位厚大矿体下向扇形深孔爆破精细控制与参数寻优方法》成果，该成果受到“十四五”国家重点研发计划项目（编号：2022YFC2903802）资助。

近年来，随着我国对金属矿产资源需求增多，以及易采、优质金属矿产资源的开采消耗，低品位厚大矿体的开采成为未来矿产资源供给的重要来源。针对低品位厚大矿体的开采，常采用分层和分段的开采方法，由于以上方法在开采成本及效率等方面的制约难以在该类矿体中大规模应用。而阶段矿房嗣后充填开采方法因其具有的工艺简单、成本低、开采强度大、机械化程度高等优点，成为低品位厚大矿体的开采主要方法之一。但是，阶段矿房法开采存在矿石损失贫化大的问题，造成这一问题的核心原因是阶段矿房法深孔爆破引起的采场超欠挖和爆破大块。因此，开展低品位厚大矿体阶段矿房法开采下向扇形深孔爆破模拟与参数优化研究，有效控制阶段采场深孔爆破效果，对实现低品位厚大矿体的安全、高效、经济开采具有重要的意义。

针对阶段矿房法深孔爆破控制技术与参数优化，国内外学者开展了大量工作。在爆破块度控制方面从多角度入手进行了研究，如采用数值模拟的手段通过优化孔距以及微差时间等系列爆破参数实现降低爆破大块率；采用现场爆破试验的方式，考虑节理间距和方向对岩石破碎的影响，利用自适应神经网络结合粒子群优化的POS-ANFIS预测模型，改变孔间距、装药长度等参数实现对爆破块度的优化；部分学者采用调整爆破密集度系数, 提出装药结构多平面检测优化算法等方式优化深孔布置方式或装药结构实现对爆破作业大块率的改善；也有将分形维数引入爆破块度分布函数中，将爆破前的岩石参数、爆破参数与爆破后的块度分布指数联系起来，进而降低不合格爆破块度指标。在爆破边界的控制方面，应用孔内设置岩粉阻隔段的两分段装药爆破技术、通过逐孔精确微差爆破结合预裂控制爆破、优化炮孔装药结构、调整爆破参数等多种手段实现对深孔爆破回采采场边界的控制。由此可知，当前研究中爆破块度及超欠挖是评价爆破效果重要指标，主要通过降低爆破大块率以及超欠挖量来体现对爆破效果的控制，但在当前研究中所用的评价指标多为单一指标，且爆破参数对爆破效果评价指标的影响程度也不明晰，有待于进一步研究。

针对阶段矿房法开采下向扇形深孔爆破超欠挖大、爆破大块率高的问题，深部金属矿智能开采与装备全国重点实验室安龙副教授团队：从爆破边界与块度控制角度出发，提出一种基于经验设计与影响权重分析相联合的爆破参数寻优方法。通过经验设计方法初步确定爆破参数的取值范围，分析主要爆破参数对爆破超欠挖和块度分布的影响规律与影响权重，以超欠挖和大块率最小为目标确定最优爆破参数

山东某矿山低品位矿体的走向长度为580 m，矿体平均厚度为90 m，矿体平均倾角为70°，矿石为金矿，矿体平均品位为1.05 g/t。矿山现场的岩石主要为花岗岩，通过现场采样及室内岩石力学实验得到其基本物理力学参数：密度2 700 kg/、抗压强度150.76 MPa、抗拉强度6.375 MPa、弹性模量60.33 GPa。

根据该矿体浅埋厚大低品位的赋存特征，如继续沿用传统的上向水平分层充填法开采，该方法的高成本、低效率和高充填要求的特性，显然难以实现该类低品位资源的经济开采。为此，该矿山采用阶段矿房嗣后充填采矿法回采该类倾斜厚大低品位矿体。采场阶段采场高50 m，跨度15 m，采场长平均40 m，在垂直矿体走向方向采场间留设10 m的隔离矿柱；阶段采场的顶部设计为拱形结构，提高阶段采场的稳定性；采用下向扇形深孔落矿，为便于矿石的运搬将阶段采场的底部设计为“V”形结构，并在2个阶段采场之间构建“鱼刺形”出矿结构从底部受矿巷出矿，提高出矿效率；顶部凿岩巷亦可作为上一阶段采场的底部受矿巷。该方法将阶段采场分为上下2个部分，下部底部结构高18.5 m，采用上向中深孔开采；上部采场高为31.5 m、跨度为15.0 m，采用下向扇形深孔回采。

低品位矿床阶段空场嗣后充填采矿法

下向扇形深孔爆破

该矿采用的阶段空场嗣后充填采矿方法通过阶段回采大幅提升采场的生产能力和效率，降低矿石开采成本，并利用拱形承载理论将采场结构设计为倒“V”形，保障了采场的整体稳定性。但该方法采用下向扇形深孔爆破，上部采场需要崩落矿石量大、装药量高、炮孔深度大、扇形孔爆破能量分布不均匀，极易造成大体积超欠挖与大块增多等问题。因此，下向扇形深孔爆破的精细控制成为该方法成功应用的关键。

围绕这一关键问题，安龙团队以爆破效果控制为目标，以爆破参数优化为手段，将所提出的基于经验设计与影响权重分析相联合的爆破参数寻优方法进行应用验证。获得了孔径、抵抗线、孔底距以及微差时间对爆破超欠挖以及大块率的影响规律，采用加权最小二乘法计算得到炮孔直径对爆破效果的影响最大，而孔网参数影响最小，在此基础上优化爆破参数，当孔径100 mm、抵抗线2.5 m、孔底距3.3 m、微差时间75 ms时，预测的爆破超欠挖量以及不合格块度占比最小。现场工业试验反映出，采用以上参数进行回采爆破边界清晰，爆堆块度分布均匀。

现场起爆网络

爆破后边界控制效果

爆破后块度分布

现场工业试验及爆破效果

作者简介

验室主任。《金属矿山》青年专家学术委员，《地质与勘探》、《成都理工大学学报（自然科学版）》青年编委，成都理工大学首届优秀研究生导师团队成员，“自然资源部西藏主要成矿带大型-特大型矿床勘查评价和研究科技创新团队”和“自然资源部高层次科技创新人才工程科技创新团队”骨干成员，主要从事青藏高原及周缘铜多金属矿床的研究与找矿勘查工作，先后参与多个大型-超大型矿床的勘查评价，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划专题、四川省自然科学基金及各类横向项目10余项，发表文章70余篇，主编专著2部，参编教材2部

安龙，东北大学副教授、博士、博士研究生导师，沈阳市领军人才，主要从事深部及复杂难采金属矿山安全高效绿色智能开采与岩体爆破精准控制等方面的教学与科研工作。先后主持/参与“十三五”“十四五”国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目7项，承担校企合作项目20余项，发表高水平学术论文20余篇，申请发明专利10余项，主编/参编教材2部。研发出缓倾斜中厚破碎矿体分段充填采矿方法、中深孔爆破聚能精准控界技术、地下金属矿复杂堆叠条件下爆堆块度精准识别技术、爆落矿岩散体运移过程试验平台等多项国际先进及领先水平的科研成果，成功应用于国内多座代表性矿山。研究成果获得辽宁省科技进步一等奖1项（第二完成人），中国黄金协会科技进步一等奖7项，其他省部级科技进步二等奖3项、三等奖1项。

成果来源

安龙，符洲云，张家华，等.低品位厚大矿体下向扇形深孔爆破精细控制与参数寻优方法[J/OL].金属矿山,1-15[2025-03-14]

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

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