柯錦福 吳愛祥 王貽明

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

破碎礦巖采場控制爆破技術(shù)

柯錦福 吳愛祥 王貽明

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院)

白牛廠白羊礦段為緩傾斜破碎不連續(xù)薄礦脈，采場崩礦主要使用普通爆破法，其礦柱較易受爆破震動影響而破壞，采場頂板安全性差，大塊率高。為此，進(jìn)行了采場控制爆破崩礦工業(yè)試驗(yàn)，依據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)法和工程類比法選取參數(shù)。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：該技術(shù)可以提高頂板的穩(wěn)定性，大塊產(chǎn)出率降到10%，同時提高了采場爆破質(zhì)量，降低了爆破成本。

控制爆破 緩傾斜破碎不連續(xù)薄礦脈 采場崩礦

白牛廠礦區(qū)白羊礦段礦體圍巖以泥灰?guī)r、構(gòu)造角礫巖、砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，硬度系數(shù)f=2～5，礦巖破碎易坍塌，穩(wěn)定性低。礦體厚度1～3.5 m，傾角20°～35°，開采條件差、巖體破碎、連續(xù)性差，為典型的緩傾斜破碎不連續(xù)薄礦脈[1]。使用淺孔留礦法，普通爆破法開采。由于礦巖穩(wěn)定性差，礦柱易受爆破震動影響而破壞，嚴(yán)重影響作業(yè)安全[2]。為了提高采場頂板穩(wěn)定性，降低大塊率，改善采場爆破主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，進(jìn)行了采場控制爆破試驗(yàn)。

1 采場爆破現(xiàn)狀及存在的主要問題

白羊礦段淺孔留礦法使用普通上向傾斜扇形孔崩礦，YT-24或YT-28氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，釬桿長度主要為2.5 m，少部分為4 m。采場炮孔深2～3.5 m，孔徑38～42 mm，孔距0.4～0.8 m，排距0.8～1.2 m，一次爆2～3排，每排孔數(shù)4～8個。采取多排多段毫秒微差爆破法，爆破后頂板形成0.5～0.7 m 厚的爆破松弛帶，使頂板穩(wěn)定性受到了嚴(yán)重破壞，主要表現(xiàn)在：①加大了開裂的深度和廣度；②破壞了底柱、間柱的整體性；③難以保證礦柱的形狀和尺寸，礦柱內(nèi)的巷道難以維護(hù)；④增加了大塊率和礦巖二次破碎量。

2 采場控制爆破技術(shù)與爆破參數(shù)優(yōu)化

2.1 掘進(jìn)爆破

2.1.1 空眼掏槽技術(shù)

(1)空眼直徑與數(shù)量。當(dāng)巖石強(qiáng)度系數(shù)f=4～6時，空眼直徑為76 mm；f=6～8時，空眼直徑為102 mm。由于沒有大孔鑿巖機(jī)具，選用幾個小空眼代替一個大空眼。小孔個數(shù)n=(D2/d2)+1，若小孔直徑d=42 mm，大孔直徑D為76，102 mm時，所需小孔數(shù)分別為4，7個。

(2)確定最先一段起爆的掏槽眼與空眼的距離b，通常b≤2d；為盡可能增大巖石爆破后所需空間，通?？昭郾妊b藥眼深10～20 cm[3]。

(3)炸藥選擇及裝藥量。中硬巖(f=4～6)選用爆速為3 000 m/s的硝銨類炸藥為宜，堅硬巖(f≥6)選用爆速為4 000 m/s的乳膠類炸藥。掏槽孔的裝填系數(shù)通常大于90%，僅在炮口留20～30 cm位置填炮泥。

(4)鉆眼偏差允許值。當(dāng)炮孔深度H=2.35 m 時，允許偏差R=3.8 cm。開眼偏差著重控制眼距，方向偏差著重控制炮孔平行度。

(5)段間隔時差大于100 ms為宜，一般雷管跳段使用可滿足此需求。

2.1.2 光面爆破技術(shù)

光面爆破技術(shù)有利于降低掘進(jìn)爆破對巷道圍巖的破壞，減少掘進(jìn)爆破超欠挖工程量，提高巷道成型率，有利于巷道圍巖的穩(wěn)定[3]。其技術(shù)參數(shù)主要包括最小抵抗線(光爆層厚度)、炮孔直徑、炮孔間距、炮孔密集系數(shù)、裝藥線密度、微差時間與裝藥結(jié)構(gòu)等[4]。裝藥結(jié)構(gòu)使用空氣間隔不耦合裝藥，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.2 采場崩礦爆破

2.2.1 平行孔爆破

平行孔爆破主要用于淺孔回采采場崩礦爆破。炮孔布置形式有平行排列與交錯排列(見圖1)。交錯排列可使爆炸產(chǎn)生的能量在礦體中較均勻地分布，爆后塊度相對較為均勻，故采用較多。在采幅較窄的情況下，其效果更為顯著；平行炮孔排列主要用于礦巖接觸邊界不明顯或不易分離的采幅較寬的礦體。

表1 巷道掘進(jìn)光面爆破主要技術(shù)參數(shù)

圖1 井下崩礦爆破的炮孔排列

爆破參數(shù)最小抵抗線W和炮孔間距a可按下式選?。?/p>

W= (25～30)d,

(1)

a=(1.0～1.5)W,

(2)

式中，W為最小抵抗線；d為炮孔直徑，m；a為孔間距。

2.2.2 扇形孔爆破

扇形孔爆破用于小分層崩落法的采場崩礦爆破。采場寬度為8～12 m，分段回采高度為6～8 m，鉆機(jī)設(shè)備選用YGZ-90型鑿巖機(jī)。鉆孔直徑65 mm, 鉆孔深度5～12 m。 對于試驗(yàn)礦段中等堅硬礦巖(f=5～8)，最小抵抗線W=(20～23)d，炸藥單耗為0.35～0.5 kg/m3，孔底距a1=(1.1～1.5)W，孔口距a2=(0.4～0.7)W.

2.2.3 大孔距爆破技術(shù)

大孔距爆破采取大孔距和小抵抗線[5-6]，可在保持炮孔承載面積不變或稍微增加時實(shí)施，其爆破體積大，破巖質(zhì)量好。采礦分層高6 m，沿水平方向推進(jìn)，由里及外后退式回采。每個分層崩礦的頂排炮眼使用控制爆破方案布置，其余排炮眼使用大孔距爆破方案布置，崩礦炮孔采用微差起爆技術(shù)。采用2次鑿巖爆破崩礦，每次爆破3～5排炮孔，完成第一次鑿巖爆破后，出1/3礦，在清理頂板后蹬渣打眼，完成第二次上部鑿巖爆破崩礦。

2.2.4 光面護(hù)頂爆破技術(shù)

由于采場采用上向傾斜扇形炮孔崩礦，頂板難以實(shí)現(xiàn)控制爆破，需在形成采場頂板的最后一次爆破時，貼近頂柱留出一層礦體作為光爆層，布置密集的平行水平炮孔，形成光面爆破，以減少爆震[6]。光面護(hù)頂鑿巖爆破技術(shù)的主要參數(shù)選取見表2。

表2 光面護(hù)頂鑿巖爆破參數(shù)

2.3 臨近礦柱爆破

為減少爆破對礦柱的破壞，保持礦柱的完整性，臨近礦柱采取預(yù)裂爆破和光面爆破。預(yù)裂爆破在設(shè)計輪廓線上鉆鑿若干相互平行的炮孔，加密孔距，減少各炮孔的裝藥量(有的孔不裝藥，作為導(dǎo)向孔)，起爆預(yù)裂孔，使其形成預(yù)裂縫，然后再起爆其他炮孔，此時由于在預(yù)裂線上已形成光滑的平面(預(yù)裂縫)，爆破沖擊波逸出或折回一部分，預(yù)留礦柱受到的沖擊破壞大為減小?？拙郺取(6～10)d，孔徑較小或礦巖堅硬時取大值，孔徑較大或礦巖軟弱時取小值，不耦合系數(shù)為2～4。

3 工業(yè)試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)采場開采技術(shù)條件。試驗(yàn)采場選在白羊礦段17#斜1 460～1 500 m，主礦體受F3斷裂帶控制，目前揭露礦體主要是1 480 m和1 500 m水平巷道，其中1 480 m水平穿脈巷道見礦很好，17#、19#、21#、23#、25#、27#穿脈都見礦，見礦水平厚度26～33 m；1 500 m水平21#、23#、25#、27#、29#、31#穿脈見礦，礦體水平厚度10～20 m，走向140°～145°，傾向NW，傾角22°～32°。

(2)平巷掘進(jìn)。全斷面開挖，采用YT-28型風(fēng)動鑿巖機(jī)，直徑40 mm的一字型合金釬頭鑿巖，六角中空釬桿長2.5 m;鉆孔深2.35 m，循環(huán)進(jìn)尺平均為2.16;采取連續(xù)裝藥，反向孔底起爆，周邊眼最后起爆的爆破方案;按照中深孔反向光面爆破相關(guān)要求，采取直徑27 mm的小直徑藥卷和炮眼孔徑40 mm鉆頭鉆進(jìn);因巷道斷面較小，設(shè)計采取孔眼直線掏槽方案;使用孔底反向爆破技術(shù)，全斷面一次起爆，為了保證掏槽效果，設(shè)計空掏槽眼4～7個，梅花形布置，掏槽眼深度比炮眼深200 mm。

(3)采場崩礦。采礦分層高6～8 m，每個分層崩礦分兩步完成，第一步使用垂直扇形中深孔崩礦，第二步使用水平淺孔崩礦，頂排炮眼為控制爆破，其余排炮眼為大孔距爆破。崩礦炮孔采用微差起爆技術(shù)。

(4)爆破器材。采用2#巖石硝銨炸藥或2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑為32或27 mm，長200 mm，重200 g/卷。采取1～11段的塑料導(dǎo)爆管非電毫秒雷管，周邊眼配用部分導(dǎo)爆索。

(5)爆破效果。炮眼保存率80%～95%，炮眼利用率90%～100%，平均達(dá)92%。采用光面爆破技術(shù)后，巷道成型效果好(見圖2)，巖石塊度適宜，便于裝運(yùn)。鄰近礦柱實(shí)施控制爆破技術(shù)后，礦柱形狀和尺寸得到保證(見圖3)。

圖2 光面爆破巷道成型效果

圖3 控制爆破下采場預(yù)留礦柱

4 爆破效果

4.1 技術(shù)效果

①采用光面爆破技術(shù)，基本滿足了采場頂板管理要求，同時爆破塊度均勻，適用于臨近采場頂板爆破崩礦;②大孔距爆破和普通爆破相比，稍微增加炮孔承載面積，可以同時降低炸藥消耗量和大塊產(chǎn)出率;③采場崩礦使用非電毫秒雷管起爆系統(tǒng)的微差爆破，操作方便，安全性高。

4.2 爆破質(zhì)量

①破巖后頂板巖面的最大不平整度小于0.15 m；②頂板壁面上的半眼痕保留率不超過40%；③破巖后周邊巖面浮石少，無“危巖”；④大塊率由普通爆破的15%降低到10%。

4.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

采場崩礦控制爆破主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 論

針對白牛廠白羊礦段采場頂板穩(wěn)定性差，崩落礦石大塊率高等問題，采取控制爆破技術(shù)，使用現(xiàn)場試驗(yàn)法和工程類比法確定了相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行了采場控制爆破技術(shù)崩礦工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果如下：①降低了采場頂板圍巖受到的破壞，最大限度地保護(hù)采場的穩(wěn)定性，提高礦房頂板的安全性；②爆破后的礦石塊度均勻、大塊少、炸藥消耗低；③控制爆破技術(shù)操作簡單，容易掌握，對采場構(gòu)成要素與采準(zhǔn)工作又無特殊要求，便于推廣應(yīng)用。

[1] 姚高輝,吳愛祥,王貽明.緩傾斜破碎不連續(xù)礦體采空區(qū)穩(wěn)定性分析[J].黃金,2009,30(12):25-28.

[2] 王貽明,姚高輝,夏紅春,等.緩傾斜破碎薄礦體采礦方法選擇與采場參數(shù)優(yōu)化[J].現(xiàn)代礦業(yè),2010(5):15-17.

[3] 汪旭光,鄭炳旭,張正忠,等.爆破手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010.

[4] 劉殿書.中國爆破新技術(shù)Ⅱ[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.

[5] 王玉杰.爆破工程[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2009.

[6] 翁春林,葉加冕.工程爆破[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.

2015-04-13)

柯錦福(1990—)，男，碩士研究生，100083 北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號。