黃凱和 謝亮波

(中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

小茨山熔劑石灰?guī)r礦中深孔爆破工藝優(yōu)化

黃凱和 謝亮波

(中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司)

針對(duì)小茨山熔劑石灰?guī)r露天礦中深孔爆破生產(chǎn)中存在的問題，對(duì)中深孔爆破設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行調(diào)查分析，提出優(yōu)化的臺(tái)階中深孔爆破工藝和爆破參數(shù)設(shè)計(jì)方案，試驗(yàn)表明，大塊率降低，爆破后根底少，效果良好，不僅提高了工作效率，而且改善了開采安全性，有效地節(jié)約了礦山的生產(chǎn)成本。

露天礦 中深孔 爆孔密集度 孔間微差爆破

含山縣小茨山礦山采用自上而下水平分層凹陷露天中深孔爆破開采，開采的石灰?guī)r礦供加工廠加工，其最終產(chǎn)品為鈣化物產(chǎn)品。因此，爆破后的礦石需要進(jìn)入破碎站破碎，進(jìn)料粒級(jí)要求在600 mm以下。爆破后產(chǎn)生的大塊采用液壓破碎錘破碎，大塊率過高會(huì)嚴(yán)重影響礦山的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。而且礦巖采用礦用自卸汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸對(duì)爆破后臺(tái)階平整程度要求較高[1]。礦區(qū)西側(cè)有儀征—長嶺原油管道(埋于地表1 m以下)和附屬的地下光纜，對(duì)中深孔爆破施工要求高。

1 工程概況

小茨山熔劑石灰?guī)r礦體直接出露地表，可利用資源儲(chǔ)量區(qū)礦層形態(tài)簡(jiǎn)單，剖面上呈不規(guī)則的長條狀，呈單層狀產(chǎn)出，未見分叉復(fù)合現(xiàn)象，中間無夾石。產(chǎn)狀為傾向320°～330°，傾角15°。礦體南北走向長330～670 m，東西向?qū)?00～960 m。礦體厚13.03～36.21 m，平均厚21.98 m，厚度變化系數(shù)為33.34%，變化很小。區(qū)內(nèi)礦體頂板為亞黏土、生物灰?guī)r，底板為泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、粉砂巖、綠泥巖。

目前，臺(tái)階高10 m，使用SWDB90型潛孔鉆機(jī)鉆鑿75°炮孔，炮孔直徑為90 mm，孔深11.5 m，前排底盤抵抗線為3.5 m，排距為3 m，孔距為3.5 m；采用φ70 mm乳化油炸藥，炸藥單耗為0.4 kg/m3，每個(gè)炮孔裝藥42 kg。炮孔采用連續(xù)裝藥，頂部用巖粉和碎土充填,剔除石塊。起爆雷管置于藥柱下部1/4處。中深孔爆破示意見圖1。

圖1 中深孔爆破示意

2 爆破存在的問題

針對(duì)礦山生產(chǎn)中使用的中深孔爆破參數(shù)及施工工藝，目前存在的主要問題：①爆破塊度不夠均勻，大塊率過高，影響生產(chǎn)效率；②爆破生產(chǎn)后根底多，不符合運(yùn)輸鏟裝要求；③爆破中偶爾會(huì)有沖炮、飛石等現(xiàn)象發(fā)生。因此，對(duì)礦體節(jié)理裂隙等巖體性質(zhì)、中深孔爆破參數(shù)及施工工藝進(jìn)行調(diào)查分析，優(yōu)化中深孔爆破參數(shù)，以提高礦山生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。

3 爆破分析與優(yōu)化

3.1 中深孔爆破參數(shù)

對(duì)礦體進(jìn)行室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)分析，通過巖芯完好程度得到RQD值為71.35%～81.99%，抗壓強(qiáng)度飽和狀態(tài)為60.5～135.4 MPa，干燥狀態(tài)為67.7～144.7 MPa，凝聚力為1.02～1.68 MPa，內(nèi)摩擦角為51°～53°。通過測(cè)量礦體縱波速度Vml和礦塊縱波速度Vcl，利用公式得到礦體完整性系數(shù)Kv：

(1)

計(jì)算得出Kv=0.62。巖體完整程度對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

根據(jù)表1可知，礦體較完整，巖體質(zhì)量好，屬堅(jiān)硬巖石。通過現(xiàn)場(chǎng)分析，發(fā)現(xiàn)大塊產(chǎn)生的位置多發(fā)

表1 Kv與巖體完整程度對(duì)應(yīng)關(guān)系

生在節(jié)理裂隙發(fā)育的位置和側(cè)方的拉裂處。這說明炮孔密集系數(shù)偏大，因此，在不增加炸藥單耗的前提下，減小炮孔密集系數(shù)，減小單孔裝藥量。故將炮孔孔距減小為3 m，即炮孔密集系數(shù)為1。

超深是為了增加中深孔孔底裝藥量，增強(qiáng)對(duì)底部巖石的爆破作用[2]，也可增加孔底的裝藥密度。超深不宜過小，否則不足以抵抗底盤抵抗線的阻力，爆破后易留根底；過大則會(huì)導(dǎo)致大塊率增加，下一臺(tái)階破壞嚴(yán)重。目前爆破設(shè)計(jì)超深為1.11 m，適中?，F(xiàn)場(chǎng)分析得出，生產(chǎn)中產(chǎn)生的根底多是由于結(jié)構(gòu)面導(dǎo)致。因此，適當(dāng)增大炮孔底部裝藥密度。

3.2 節(jié)理裂隙

通過調(diào)查，本區(qū)裂隙發(fā)育中等，所處的部位不同，裂隙的發(fā)育方向有一定差異，主要的優(yōu)勢(shì)節(jié)理有2組(圖2)，傾向主要為270°～290°,其次為82°～108°,傾角多在50°～80°，裂隙長0.4～2 m，最長可達(dá)5 m，寬0.2～20 cm，最寬可達(dá)0.5 m。多被鈣質(zhì)、鐵質(zhì)、泥質(zhì)充填或半充填，裂隙面常見有溶痕，多沿層面發(fā)育，裂隙密度為2～4條/m，鉆孔線裂隙率為0.15%～1.25%。當(dāng)中深孔爆破抵抗線方位與優(yōu)勢(shì)節(jié)理方位平行時(shí)，對(duì)爆破的泄能作用越大[3]。因此，在設(shè)計(jì)中深孔時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的位置和優(yōu)勢(shì)節(jié)理方位，改變炮孔連線的布置方位，使炸藥能量充分利用。

圖2 礦體節(jié)理赤平極射云圖

3.3 炸藥與巖石匹配

良好的爆破效果又源于炸藥與巖石間的合理匹配，即對(duì)于不同的巖石采用與之對(duì)應(yīng)的炸藥，以達(dá)到最好的爆破效果。對(duì)于裂隙較發(fā)育的巖體，內(nèi)部難以積蓄大量的彈性能[4]，初期應(yīng)力波不易起破碎作用，宜用爆壓中等偏低的炸藥。爆壓過大，炸藥的能量將透過裂隙釋放，沖出巖體，造成能量的浪費(fèi)。之前選用的乳化油炸藥，爆壓較大，達(dá)到4 203 MPa，而且藥卷不利于炸藥與孔壁的耦合。因此，優(yōu)化中深孔爆破炸藥為爆壓3 306 MPa的2#巖石散裝炸藥。

3.4 孔間微差起爆

排間微差爆破自由面只有2個(gè)，而孔間微差爆破(圖3)先爆孔為相鄰的后爆孔增加新的自由面，自由面的存在有利于巖石破碎。當(dāng)爆炸應(yīng)力波遇到自由面時(shí)發(fā)生反射，壓縮應(yīng)力波變?yōu)槔觳?，引起巖石的片落和徑向裂隙的延伸；改變巖石應(yīng)力狀態(tài)及強(qiáng)度極限，自由面附近的巖石強(qiáng)度接近巖石單軸抗拉或抗壓強(qiáng)度，比在無限介質(zhì)中承受爆破作用時(shí)相應(yīng)的強(qiáng)度減少幾倍甚至十幾倍；自由面的大小和數(shù)目對(duì)爆破作用效果的影響更為明顯，自由面小和自由面的個(gè)數(shù)少，爆破作用受到的夾制作用大，爆破困難且單位炸藥消耗量增高。

圖3 孔間微差爆破示意

孔間微差爆破應(yīng)力波的相互疊加作用和巖塊之間的碰撞作用使被爆巖體獲得良好的破碎[5]，并相應(yīng)提高了炸藥能量利用率，降低大塊率；在時(shí)間上和空間上分散了爆破地震效應(yīng)，提高了爆破效率，降低了對(duì)環(huán)境的影響。

3.5 爆破設(shè)計(jì)與施工

從現(xiàn)場(chǎng)的中深孔爆破設(shè)計(jì)到炮孔放點(diǎn)，再到炮孔鉆鑿，以及最后爆破施工過程都過于粗放，既不利于精細(xì)化的管理，也對(duì)爆破效果有很大的影響。精細(xì)爆破最終是要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工，是保證爆破效果的最重要環(huán)節(jié)。根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)及礦體揭露的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用SURPAC三維礦山軟件對(duì)礦體圈定三維立體建模，進(jìn)行中深孔爆破設(shè)計(jì)(圖4)，將設(shè)計(jì)的炮孔坐標(biāo)轉(zhuǎn)交給測(cè)量人員，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精細(xì)放點(diǎn)，根據(jù)鉆鑿數(shù)據(jù)鉆孔，將設(shè)計(jì)的炮孔裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)及爆破網(wǎng)路進(jìn)行精細(xì)爆破施工。精細(xì)爆破管理還要在爆破前檢查驗(yàn)收鉆孔(表2)，既可以保證爆破設(shè)計(jì)得以正確實(shí)施，又有利于對(duì)礦體和結(jié)構(gòu)面賦存的掌握以及爆破施工的精細(xì)化管理。

圖4 三維軟件礦體建模及中深孔設(shè)計(jì)

表2 鉆孔爆破檢查驗(yàn)收表

4 爆破優(yōu)化效果

中深孔爆破參數(shù)及施工工藝經(jīng)過優(yōu)化后，在實(shí)際生產(chǎn)中，基本看不到飛石、沖炮等現(xiàn)象，且根底消失，有利于后續(xù)的鏟裝、運(yùn)輸作業(yè)，同時(shí)使爆破能量均勻分布，有效地降低了大塊率，控制在9%左右，爆破塊度均勻且粒徑小，最大限度減少二次破碎量。爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化前后大塊率對(duì)比見圖5。

圖5 爆破設(shè)計(jì)優(yōu)化前后大塊率對(duì)比

5 結(jié) 論

(1)通過室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)節(jié)理裂隙調(diào)查對(duì)礦體進(jìn)行分析，在不增加炸藥單耗的前提下，減小炮孔密集系數(shù)，減小單孔裝藥量，可有效提高爆破效果，但需增加炮孔鉆鑿工程量；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的位置和優(yōu)勢(shì)節(jié)理方位，改變炮孔連線的布置方位，使炸藥能量充分利用。

(2)更換炸藥類型，與巖石匹配；采用孔間微差起爆等優(yōu)化措施，有效提高了炸藥能量利用率和生產(chǎn)效益。

(3)采用SURPAC三維礦山軟件對(duì)礦體進(jìn)行建模、設(shè)計(jì)及施工，精細(xì)爆破管理的同時(shí)，可保證爆破設(shè)計(jì)得以正確實(shí)施。

[1] 王玉杰．爆破工程[M]．武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2007．

[2] 王永青，汪旭光，乳化炸藥能量密度與爆破效果的關(guān)系[J].有色金屬，2003(3)：7-11.

[3] 張志呈,肖正學(xué)，郭學(xué)彬.裂隙巖體爆破技術(shù)[M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[4] 賴應(yīng)得.論炸藥和巖石的能量匹配[J].工程爆破，1995(11)：22-26.

[5] 劉殿中.工程爆破手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

2015-01-05)

黃凱和(1980—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西塘路666號(hào)。