馬運亮,焦華喆,吳俊俊 ,王貽明 ,張 宏

(1.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083; 2.金誠信礦業(yè)建設(shè)贊比亞有限公司, 贊比亞, 基特韋 22592)

1 工程背景及問題

謙比希銅礦現(xiàn)屬于中國有色集團非洲礦業(yè)有限公司，是中國海外投資最為成功的礦山之一。于1998年并購，并于2000年恢復(fù)生產(chǎn)。該礦位于贊比亞銅帶省，在地質(zhì)構(gòu)造上位于世界著名三大銅礦帶之一：贊比亞—剛果(金)銅鈷礦帶上，屬于泥質(zhì)型沉積變質(zhì)礦床，儲量位屬世界前列[1￣2]。礦體呈急傾斜層狀沉積泥巖，500 m以上傾角30°～45°，700 m以下傾角達到70°～80°，礦體上盤含水層發(fā)育，頂板淋水嚴(yán)重；礦體上盤及下盤礦巖破碎，尤其是下盤存在一個破碎的礫巖層，導(dǎo)致開采難度較大[3]。根據(jù)圍巖等級評價，屬于Ⅳ類巖石，巖石堅固性系數(shù)為5～6，其巖石可爆性良好[4￣5]。

目前，該礦使用的炸藥為掘進用卷狀防水炸藥和采場用散裝防水炸藥[6]。根據(jù)贊比亞地方法規(guī)管理的不同，在使用過程中發(fā)現(xiàn)存在以下兩個問題。

(1) 安全性差。炸藥在領(lǐng)用、使用過程中存在亂丟亂放現(xiàn)象。一方面造成爆破器材浪費，另一方面，會帶來嚴(yán)重的安全隱患[7￣8]。

(2) 炸藥易丟失。從地表炸藥庫至井下炸藥庫再到采場的運輸過程一般主要由贊方員工負(fù)責(zé)。由于加之我國在海外礦山運營管理方面經(jīng)驗不足，因此，在運輸、儲存、使用過程中，均存在炸藥丟失現(xiàn)象[9]。

2 炸藥選擇與對比

2.1 炸藥介紹及成分

針對謙比希銅礦現(xiàn)場爆破工程中存在問題，為確保爆破器材在使用過程中的安全，對AEL炸藥公司生產(chǎn)的乳化炸藥進行了實際考查，發(fā)現(xiàn)AEL乳化炸藥是一種高強度復(fù)合炸藥，它是由乳化劑(Emulsion)、氣霧劑(Gasling)和水(Water)加壓混合而成，可在現(xiàn)場由裝藥車混制。

乳化炸藥混合之前分開存放，不屬于爆破器材，不具有爆破危害性，便于儲存和管理，對礦山的生產(chǎn)安全來說帶來了很大的保障。同時，能夠避免因為炸藥管理和運輸過程中的漏洞引起的炸藥流失事件，預(yù)防了因炸藥的流失而導(dǎo)致的可能存在的特殊事件的發(fā)生。

2.2 炸藥技術(shù)參數(shù)

鑒于AEL乳化炸藥在具有上述運營管理優(yōu)勢，謙比希銅礦把先前爆破用的卷裝或散裝防水炸藥改為AEL生產(chǎn)的乳化炸藥。表1是原使用的炸藥與乳化炸藥的技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)對比。

由表1可知，AEL乳化炸藥的各項指標(biāo)均高于原防水炸藥。

本文對乳化炸藥的技術(shù)性能進行考察，通過井下現(xiàn)場爆破試驗得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及管理過程中的可控性為考核標(biāo)準(zhǔn)，來評價這種乳化炸藥的適用性及優(yōu)勢。

表1 炸藥技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)對比

3 工業(yè)試驗

3.1 爆破參數(shù)計算

3.1.1 最小抵抗線計算

(1) 按炸藥做功能力計算。根據(jù)經(jīng)驗，最小抵抗線與兩個參數(shù)相關(guān)：巖石堅固性系數(shù)和炸藥做功能力。藥徑為45 mm時，三者關(guān)系如表2所示。根據(jù)該礦巖石的性質(zhì)和AEL乳化炸藥性能(做功能力為355 ml)，得W=0.66～0.73 m。

(2) 按經(jīng)驗公式計算。

(1)

式中:ρ0—裝藥密度，1050 kg/m3；

dc—裝藥直徑，0.045 m；

g—炸藥相對做功能力，標(biāo)準(zhǔn)炸藥和AEL炸藥的做功能力分別為320 ml和355 ml，計算得炸藥相對做功能力為1；

fk—巖石抗爆性系數(shù)，與普氏系數(shù)關(guān)系為fk=1+f/15，取f=5-6，得fk=1.3～1.4。

代入數(shù)據(jù)得W=0.72～0.76 m。

綜合考慮礦巖的性質(zhì)，取W=0.73 m。

3.1.2 孔距和排距計算

根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，采用寬孔距小抵抗線在一定程度上能減少大塊率和節(jié)約爆破成本，其計算公式分別為：

孔距口a=(1.2-1.5)W

(2)

排距口b=(0.7-1.0)W

(3)

根據(jù)3.1中最小抵抗線的取值，W=0.73 m，a=0.8～1.1 m；b=0.5～0.7 m。

3.2 實驗方案

在儲存和管理及后期安全上的問題得到解決后，主要考慮炸藥的工程實用性，對本礦山巖體是否匹配，選取兩個工程進行試驗，分別為-700 ml采區(qū)551 ml-2#采聯(lián)、570 ml-5-5/6采聯(lián)，巷道斷面為高×寬=3.8 m×3.55 m[10]。

實驗方案見表3和圖1。

表3 乳化炸藥爆破實驗方案

采用孔底連續(xù)裝藥，每孔裝藥3 kg， 共裝藥114 kg。

炮孔布置按照目前掘進施工組織設(shè)計開展，三心拱斷面，水平菱型掏槽，設(shè)置空孔2個，掏槽孔2個，主爆孔28個，周邊孔12個，底孔6個，炮孔直徑45 mm，炮孔布置如圖1所示。

圖1 采聯(lián)掘進炮孔布置

爆破過程采用Atlas 公司Boomer281鑿巖臺車打眼，鑿巖機釬桿長4 m，切割擴槽眼水平角度為75°，垂直角度為90°，炮眼深度為3.5 m；其他炮眼鑿巖深度也為3.5 m，孔徑45 mm，全斷面一次推進。

為了提高爆破效果，采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管和毫秒微差爆破技術(shù)；采用磁電雷管起爆系統(tǒng)，聯(lián)線為并聯(lián)方式；切割槽孔、主爆孔和周邊孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，底孔采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，填塞長度不小于50 cm。

3.3 實驗結(jié)果

如圖2所示，試驗結(jié)果表明，AEL 乳化炸藥平均班臺炮效為3.155 m，而原防水炸藥的平均炮效為2.937 m，炮效提高了0.218 m，提高幅度為7.4%。因此，AEL乳化炸藥能夠提高工作效率，減少礦山施工臺班數(shù)，減少附屬設(shè)施成本支出。

圖2 兩種炸藥進尺對比

3.4 經(jīng)濟效益分析

評價AEL炸藥公司的乳化炸藥是否應(yīng)用成功，不僅要具有技術(shù)上的優(yōu)越性和安全性，還要有經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)越性。使用乳化炸藥的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計與分析如表4所示。

AEL乳化炸藥年使用費用為4551781美元，而原炸藥年使用費用為5122752美元，兩者對比，AEL乳化炸藥的使用費用略低，成本降低約570971美元。

通過對比可知，AEL乳化炸藥適合礦山的發(fā)展需要，不僅具有使用安全和管理安全等特點，而且成本還有所降低，具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。

表4 炸藥種類技術(shù)經(jīng)濟比較

注：AEL乳化炸藥管3臺裝藥車，防水炸藥混裝車2臺。

4 結(jié) 論

(1) 使用AEL乳化炸藥的平均班臺炮效為3.155 m，而使用原防水炸藥的平均炮效為2.937 m，炮效提高了0.218 m，提高幅度為7.4%。

(2) AEL乳化炸藥的年使用成本與僅為4551781美元，比原防水炸藥降低約570971美元。

(3) 原防水炸藥使用中存在的易丟失、安全性差的問題，AEL乳化炸藥在混合前不是爆破器材，便于存放和管理。

(4) AEL乳化炸藥在謙比希銅礦應(yīng)用具有技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、便于管理及安全有效等優(yōu)點，具有較好的經(jīng)濟效益和推廣應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]軼 名.贊比亞礦產(chǎn)資源狀況[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2009, 486(10):137￣138.

[2]王小衛(wèi).中國礦業(yè)公司的海外經(jīng)營[J]. 世界有色金屬, 2007(9):36￣42.

[3]張晉軍. 謙比希銅礦主礦體無底柱分段崩落法改進途徑[J]. 中國礦山工程, 2009, 38(5):10￣12.

[4]曹建立, 任鳳玉, 張晉軍, 等. 分段卸壓崩落法導(dǎo)流放礦實驗研究[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2011, 32(8):1186-1189.

[5]趙興國. 贊比亞謙比希銅礦床地質(zhì)特征[J]. 地質(zhì)與勘探, 2010(1):183￣190.

[6]周 志. 淺論乳化炸藥生產(chǎn)工藝及其安全管理[J]. 采礦技術(shù), 2006, 6(2):37￣39.

[7]簡新春. 自產(chǎn)自用現(xiàn)場混裝炸藥的管理模式探討[J]. 采礦技術(shù), 2010, 10(3):132￣133.

[8]陳 剛. 凡口鉛鋅礦盤區(qū)機械化上向中深孔充填采礦法的爆破網(wǎng)絡(luò)及爆破參數(shù)優(yōu)化分析[J]. 采礦技術(shù), 2012 (4):80￣83.

[9]王文杰, 任鳳玉. 謙比西銅礦巖體穩(wěn)定性分級及錨桿支護參數(shù)優(yōu)化[J]. 中國礦業(yè),2008, 17(7):58￣61.