李家東 李南方 彭軍偉

（欒川龍宇鉬業(yè)有限公司，河南洛陽 471500）

降低露天礦深孔爆破中大塊率的研究

李家東 李南方 彭軍偉

（欒川龍宇鉬業(yè)有限公司，河南洛陽 471500）

本文具體分析了露天礦深孔爆破過程中大塊率高的原因，針對各個(gè)原因提出了降低大塊率的技術(shù)措施,并介紹了新技術(shù)在降低爆破大塊率中的應(yīng)用。

大塊率；巖體結(jié)構(gòu)；爆破參數(shù)；新技術(shù)

深孔爆破作業(yè)是露天開采的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，大塊率是衡量深孔爆破質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，近年來如何降低深孔爆破的大塊率成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。大塊率過高使爆破后鏟裝設(shè)備的鏟裝效率成本增高，同時(shí)增加破碎站粗碎和磨礦設(shè)備磨耗成本，而大塊率較高又是很多露天礦普遍存在的問題，因此降低爆破作業(yè)產(chǎn)生的大塊率對于降低生產(chǎn)成本、提高礦山總體經(jīng)濟(jì)效益、保障礦山安全作業(yè)具有十分重要的意義。本文綜述了深孔爆破中產(chǎn)生大塊率的原因，以及針對這些原因采取的降低大塊率的技術(shù)措施。

1 產(chǎn)生大塊的原因分析及優(yōu)化措施

由于礦山的地質(zhì)條件千差萬別,影響大塊成因的參數(shù)多種多樣,其中包括炸藥參數(shù)、爆破參數(shù)、巖體結(jié)構(gòu)與力學(xué)特征等各種不同類型[1-2]。因此結(jié)合具體的礦巖條件,采用合適的爆破方法,優(yōu)化爆破參數(shù)設(shè)計(jì)，對改善深孔爆破中大塊率高的問題具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義。

1.1 巖性及巖體結(jié)構(gòu)的影響及優(yōu)化措施

巖體的巖性和地質(zhì)構(gòu)造對爆破產(chǎn)生大塊的影響很大，破碎結(jié)構(gòu)巖體，弱面和軟弱夾層等地段都存在爆破質(zhì)量差，大塊率較高且根底殘留高等問題。

1.1.1 裂隙結(jié)構(gòu)巖體

破碎結(jié)構(gòu)巖體地段爆破應(yīng)力波隨著裂隙溢出或被裂隙衰減，從而降低了爆破能量，巖石不足以被破碎而是順著原本的裂縫裂開，形成大塊。相對于清碴爆破法而言，微差擠壓爆破法在碎裂結(jié)構(gòu)巖體爆破中可顯著改善爆破質(zhì)量，降低大塊率[3]。此外，有實(shí)踐證明，采用不耦合裝藥對于降低大塊率效果明顯[4]。

1.1.2 層狀巖體

弱面和軟弱夾層地段使應(yīng)力波在巖體中的傳播過程十分復(fù)雜，爆破后容易產(chǎn)生根底、大塊等問題。丁林敏等[5]經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬及現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，得出層狀巖體爆破時(shí)，應(yīng)選擇與臺階坡面垂直的巖層傾向方向作為爆堆推進(jìn)方向，此時(shí)大塊率最小。有研究者提出層狀巖體過程中合理調(diào)整鉆孔深度或增加輔助孔也可以有效改善爆破效果。

1.2 爆破參數(shù)的影響及優(yōu)化措施

1.2.1 裝藥結(jié)構(gòu)

由于傳統(tǒng)的柱狀連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)藥柱中心偏低，爆破過程中能量分散不均勻且充填料會吸收部分能量，在爆破過程中臺階上部破碎能量小，而導(dǎo)致臺階上部產(chǎn)生大塊。采用分段裝藥，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)微差爆破，使炮孔內(nèi)炸藥能量重新分布，可降低大塊率的產(chǎn)生。歪頭山鐵礦采用空氣間隔裝藥爆破技術(shù)，提高了裝藥高度，增大了臺階上部的爆炸力量，減少了臺階頂部的大塊率。

1.2.2 孔網(wǎng)參數(shù)

在爆破過程中如果孔網(wǎng)參數(shù)選擇不合理，容易產(chǎn)生大塊。當(dāng)孔網(wǎng)參數(shù)過大時(shí)，中心部位常常會產(chǎn)出大塊；相反如果孔網(wǎng)參數(shù)過小會使藥柱重心下降，炸藥能量對臺階上部礦巖減弱，從而產(chǎn)生大塊；若因掌子面地質(zhì)條件和穿孔等因素而導(dǎo)致的個(gè)別炮空孔網(wǎng)面積偏大，爆后也易出現(xiàn)大塊及根底。

在爆破作業(yè)中，孔網(wǎng)參數(shù)要解決的問題主要是抵抗線和孔距的確定。很多礦山實(shí)踐表明，在合理的單孔負(fù)擔(dān)面積不變的情況下，采用大孔距小抵抗線微差爆破的技術(shù)措施可以有效地降低爆破大塊率。在實(shí)際爆破中應(yīng)根據(jù)具體情況來設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)，對于石英云母片巖這樣較容易爆破的巖石區(qū)域應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大排距與孔距；而對于團(tuán)塊狀淺粒巖這樣較難爆破的巖石區(qū)域可以適當(dāng)縮小排距與孔距。

1.2.3 起爆順序

近年來礦山實(shí)踐證明，比起排間順序深孔爆破，V字型順序起爆和斜線起爆順序可以獲得更好的破巖塊度，能有效改善爆破質(zhì)量。而具體應(yīng)用何種起爆順序要根據(jù)爆破巖體的具體情況而定，斜線起爆方式適用于存在2個(gè)或3個(gè)自由面的爆區(qū)，可以減少臨空面的大塊率。

1.2.4 填塞

填塞主要是為了降低爆炸氣體的泄逸帶來的能量損失，良好的填塞還可以增加氣體在孔內(nèi)作用的時(shí)間，對于改善爆破質(zhì)量降低大塊率具有重要作用。充填過大，臺階上部炸藥能量不足，容易產(chǎn)生大塊；充填過小會產(chǎn)生沖天炮而產(chǎn)生飛石且增大炸藥消耗，填塞物一般為黏土、不含碎石的鉆孔巖屑，一般情況下填塞長度為底盤抵抗線的0.7-1.0倍。

1.2.5 鉆孔超深

超深過大往往使藥柱重心過低，臺階上部容易產(chǎn)生大塊，而超深過小容易產(chǎn)生根底，一般情況超深可按公式（1）（2）計(jì)算：

式中：W底——底盤抵抗線；D——裝藥孔直徑。

1.2.6 底盤抵抗線

抵抗線過大，爆破質(zhì)量將惡化，會造成根底多、大塊率高等不良后果，甚至?xí)霈F(xiàn)硬埂，單位耗藥量也會顯著增加；過小，爆破過程中高低壓氣體直接進(jìn)入大氣，爆破效果降低，造成炸藥的浪費(fèi)，形成大塊，且會產(chǎn)生飛石。計(jì)算底盤抵抗線的方法一般有以下幾種：

式中，W底—底盤抵抗線,m;H—臺階高度,m;α—臺階坡面角,一般為60°～75°；B—從鉆孔中心至坡項(xiàng)線的安全距離，對大型鉆孔B≥2.5～3.0m。

1.2.7 單位炸藥消耗量

炸藥單耗大小不僅影響到爆破質(zhì)量,而且還對爆破安全產(chǎn)生重大影響。如果炸藥單耗過小會造成根底多，大塊率高；而炸藥單耗過大會造成爆堆的拋擲范圍大，且產(chǎn)生飛石，對作業(yè)人員的安全造成威脅。王文才等人以瑞典蘭格福爾斯的藥量計(jì)算公式為基礎(chǔ)，研究出了適合露天礦爆破的炸藥單耗方法。

式中：S—單位炸藥計(jì)算威力；R—巖石系數(shù)；F-炮孔傾斜度；q0—標(biāo)準(zhǔn)基巖中35%硝化甘油膠質(zhì)炸藥單耗，Kg/m3。

2 應(yīng)用新技術(shù)降低大塊率

2.1 交叉網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

交叉網(wǎng)絡(luò)遵循了寬孔距、小抵抗線的原理，是以同排起爆、斜線起爆、V型掏槽起爆為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化的一種起爆網(wǎng)絡(luò)，孔距在起爆順序上為原來的2倍。交叉網(wǎng)絡(luò)起爆比常規(guī)的同排起爆、斜線起爆、V型掏槽起爆減少了沖擊波在巖體中的滲流損失,使更多的爆破能量用來破碎巖石，具有大塊產(chǎn)出率低、炸藥消耗量少、機(jī)械磨損率低等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐表明對不規(guī)則的臺階爆破交叉網(wǎng)絡(luò)有著獨(dú)特的效果,尤其是楔形體臺階爆破。在應(yīng)用時(shí)炮孔質(zhì)量是交叉網(wǎng)絡(luò)爆破效果的關(guān)鍵，且交叉網(wǎng)絡(luò)聯(lián)線比較復(fù)雜，因此必須認(rèn)真檢查，避免出現(xiàn)事故。

2.2 同排相鄰炮孔相向起爆法應(yīng)用

同排相鄰炮孔采用相向起爆可以使爆炸能量和應(yīng)力巖在巖體中分布得更加均勻，其具體做法是一個(gè)從裝藥頂部起爆，相鄰的另一個(gè)孔從裝藥底部起爆。某礦山在采用相鄰炮孔相向起爆的生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，大塊率分別從1%和2.4%降低到0.5%，電鏟效率提高約三分之一。

2.3 頂部氣體間隔爆破方法應(yīng)用

采用中間分段間隔裝藥結(jié)構(gòu)，雖然取得了一些實(shí)效，但具體實(shí)施中操作比較麻煩，而采用在整個(gè)炮孔裝完，再在頂部放置氣體間隔器的的爆破方法，實(shí)驗(yàn)證明這是既施工簡單又行之有效的方法。南芬露天礦先后在大量的水孔和干孔中應(yīng)用該方法效果非常理想，爆破塊度明顯降低，為后續(xù)的鏟裝、運(yùn)輸創(chuàng)造了良好的條件，大塊率由往常的1.2個(gè)/千噸降到0.6個(gè)/千噸，塊度比較均勻[17]。

3 結(jié)語

在不同地質(zhì)條件和不同爆破條件下，影響爆破塊度的因素很多，各個(gè)因素對爆破塊度的影響并不是獨(dú)立存在的，在爆破方法爆破參數(shù)的選擇過程中應(yīng)注意各個(gè)因素的協(xié)調(diào)做到整體最優(yōu)化。通過仔細(xì)勘察礦山實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)爆破參數(shù)以及應(yīng)用新爆破技術(shù)，盡可能地降低大塊率，提高整體經(jīng)濟(jì)效益。

[1]張建國,譚卓英.裂隙性礦巖微差擠壓爆破的理論與實(shí)踐[J].金屬礦山,1999,12:33-36.

[2]蔡路軍,馬建軍,樓曉明,周曉東.裂隙巖體不耦合裝藥爆破技術(shù)研究[J].中國礦業(yè),2006,15(4):66-69.

[3]丁林敏，王茂玲.層狀巖體臺階爆破數(shù)值模擬研究與工程應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2011,31(6):92-95.

TQ172

A

1003-5168(2014)04-0034-02

李家東（1982—），男，河南周口人，采礦助理工程師，主要從事采礦及爆破技術(shù)工作。