周 馭 周文海 樓曉明

(1. 青海威斯特銅業(yè)股份責(zé)任有限公司，青海 果洛814000;2. 福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福建 福州350108)

爆破對(duì)于整個(gè)礦山而言是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，僅爆破環(huán)節(jié)費(fèi)用占到整個(gè)露天礦開(kāi)采總費(fèi)用的15% ～20%，所以對(duì)于礦山爆破效果評(píng)估及優(yōu)化受到了礦山企業(yè)的重視。青海德?tīng)柲崧短煦~礦山長(zhǎng)期以來(lái)爆破效果一直不理想，工作面凹凸不平，礦石塊度不均勻，大塊率高且一直保持在45%左右，根底也較多。在處理底根和大塊時(shí)增加了大量的爆破成本和機(jī)械成本，同時(shí)對(duì)鏟裝運(yùn)輸造成極大影響。一方面使露天礦的生產(chǎn)效率受到極大影響，另一方面對(duì)于礦山生產(chǎn)計(jì)劃造成嚴(yán)重的阻礙。為了改善德?tīng)柲徙~礦爆破效果以及加快礦山生產(chǎn)計(jì)劃，特對(duì)德?tīng)柲徙~礦爆破效果做出綜合評(píng)估，找出主要影響因素，最終提出優(yōu)化方案，以期達(dá)到提高礦山經(jīng)濟(jì)效益的目的。

1 德?tīng)柲徙~礦爆破效果評(píng)估綜合模型［1-4］

依據(jù)統(tǒng)籌全局、由主及次、由粗及細(xì)原則，把爆破效果影響因素按指標(biāo)分配劃為三級(jí)。以施工地質(zhì)條件、爆破工藝設(shè)計(jì)和爆破現(xiàn)場(chǎng)管理為爆破效果評(píng)估體系的一級(jí)指標(biāo)，其中一級(jí)指標(biāo)應(yīng)全局考慮爆破效果的所有主要影響因素。再根據(jù)指標(biāo)間的隸屬關(guān)系以及細(xì)分原則，將一級(jí)指標(biāo)細(xì)分為劃分二級(jí)指標(biāo)，依次類推，劃分三級(jí)指標(biāo)。

1.1 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重賦值需反映2 方面內(nèi)容:一是具有客觀性，反映指標(biāo)的相對(duì)重要性;二是反映專家、決策者、評(píng)估者對(duì)指標(biāo)的主觀性。前者是根據(jù)指標(biāo)間的相互聯(lián)系來(lái)確定權(quán)數(shù)，如灰色關(guān)聯(lián)度法、主成分分析法等;后者是定性方法，由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷，然后與決策者進(jìn)行協(xié)商后的決策得到權(quán)重。本研究采取定性方法對(duì)指標(biāo)權(quán)重予以賦值，具體步驟如下。

(1)判斷矩陣的建立。指標(biāo)的重要性通過(guò)數(shù)量尺度來(lái)判斷。如表1。

表1 判斷矩陣定義Table 1 Definition of judgment matrix

由上表得出標(biāo)度Mij，確定其重要性。其矩陣為

M = ［mij］n×n，

其中，n 為判斷矩陣維數(shù)，矩陣中的元素應(yīng)為mij=1/mji，mii=1。

(2)計(jì)算權(quán)重向量。權(quán)重向量是指下級(jí)因素對(duì)上級(jí)因素的影響程度。把判斷矩陣的每一元素除以其相應(yīng)列的總和，再計(jì)算每一行的平均值。根據(jù)線性規(guī)劃算法，對(duì)判斷矩陣的特征根求解得到特征向量。最后，通過(guò)歸一化處理得到影響值。

(3)一致性檢驗(yàn)。權(quán)數(shù)的分配初始值由專家及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)配得，其需要判斷是否合理，必須要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。引入衡量判斷矩陣一致性指標(biāo)CI，如公式

CI = (λmax－ n)/(n －1).

其中，λ 為矩陣M 的特征值。

1.2 評(píng)估模型的方法——模糊綜合后評(píng)估法

運(yùn)用模糊綜合評(píng)估是對(duì)德?tīng)柲徙~礦爆破效果受多種因素影響做出全面評(píng)估的一種十分有效的決策方法，它的特點(diǎn)是評(píng)估結(jié)果不是絕對(duì)地肯定或否定，而是以一個(gè)模糊集合來(lái)表示，具體步驟如下。

(1)先確定一個(gè)指標(biāo)集

U = (x1，x2，…，xn)

和一個(gè)評(píng)估集

V = (v1，v2，…，vn).

(2)其次，對(duì)單個(gè)指標(biāo)評(píng)估，通過(guò)建立模糊關(guān)系矩陣R，構(gòu)造等級(jí)模糊子集，逐個(gè)對(duì)評(píng)估指標(biāo)ui量化。從一個(gè)指標(biāo)來(lái)看被評(píng)估等級(jí)子集的隸屬度，從而得出模糊關(guān)系矩陣:

其中，矩陣R 中rij指被評(píng)估事物從指標(biāo)ui來(lái)看對(duì)vj等級(jí)模糊子集的隸屬度。

(3)最后進(jìn)行綜合評(píng)估。對(duì)模糊權(quán)向量

M = [m1，m2，…，mn]，

運(yùn)用模糊矩陣合成的運(yùn)算方法來(lái)計(jì)算，得

B = M·R ∈F(V).

2 模糊綜合評(píng)估模型的應(yīng)用

2.1 運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

層次分析法確定權(quán)重如表2 所示。

2.2 指標(biāo)的隸屬度確定

爆破效果后評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估等級(jí)分為優(yōu)、良、中、差、較差。根據(jù)模糊統(tǒng)計(jì)原理，各評(píng)估指標(biāo)的等級(jí)隸屬度如表3 所示。

2.3 模糊綜合評(píng)估模型

施工地質(zhì)條件模糊評(píng)估結(jié)果為(0.024，0.267，0.334，0.399，0)，說(shuō)明其評(píng)估效果差;爆破工藝設(shè)計(jì)模糊評(píng)估結(jié)果為(0.291，0.317，0.370，0.022，0)，說(shuō)明其評(píng)估效果中;爆破現(xiàn)場(chǎng)管理模糊評(píng)估結(jié)果為(0.216，0.292，0.364，0.128，0)，說(shuō)明其評(píng)估效果中。由評(píng)估模型計(jì)算得出德?tīng)柲徙~礦爆破效果模糊綜合評(píng)估結(jié)果為(0.198，0.296，0.373，0.138，0)，說(shuō)明德?tīng)柲徙~礦爆破效果評(píng)估結(jié)果為中。具體建模計(jì)算過(guò)程為

表2 層次分析法確定權(quán)重Table 2 Weight determination by analytic hierarchy process

表3 指標(biāo)隸屬度確定Table 3 Determination of index membership degree

3 爆破效果優(yōu)化

德?tīng)柲徙~礦區(qū)由于地質(zhì)施工環(huán)境較不理想，巖層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，巖石風(fēng)化、節(jié)理及斷裂嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)面較多，對(duì)爆破施工造成嚴(yán)重影響。針對(duì)此種現(xiàn)狀，施工單位沒(méi)有針對(duì)具體環(huán)境處理好爆破工藝以及現(xiàn)場(chǎng)管理，最終導(dǎo)致整體爆破效果不佳。通過(guò)對(duì)德?tīng)柲徙~礦爆破效果模糊綜合評(píng)估，最終數(shù)據(jù)顯示對(duì)于爆破效果影響因素主要是爆破工藝的穿孔、裝藥、充填和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)管理的根底率、大塊率和鏟裝效率。本礦區(qū)爆破現(xiàn)場(chǎng)常常存在穿孔的孔向和孔位的把握不當(dāng)，經(jīng)常超鉆，欠鉆，造成爆后下個(gè)臺(tái)階的不平整或留有大量根底，給下一臺(tái)階的爆破施工制造困難;并且由于裝藥結(jié)構(gòu)和堵塞不合理性，對(duì)爆破的塊度均勻率、根底、爆破振動(dòng)以及飛石控制都有極大的影響;爆破網(wǎng)絡(luò)的不合理設(shè)計(jì)不僅對(duì)于爆破效果造成嚴(yán)重影響，而且造成爆破成本的浪費(fèi)以及爆破安全危機(jī)的可視性。因此，為了改善爆破效果，提高礦山生產(chǎn)能力、增加經(jīng)濟(jì)效益，給出如下優(yōu)化方案［5-6］。

(1)穿孔優(yōu)化，見(jiàn)表4。

表4 穿孔作業(yè)優(yōu)化Table 4 Drilling operation optimization

(2)裝藥及充填優(yōu)化，見(jiàn)表5。

表5 裝藥及充填優(yōu)化Table 5 Charging and filling optimization

(3)爆破網(wǎng)絡(luò)及連接優(yōu)化。對(duì)不同的爆破部位，選取不同的爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，將爆破破碎分為松、散2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同位置的炮孔的爆破參數(shù)按其爆破破碎標(biāo)準(zhǔn)試爆后調(diào)整，優(yōu)化前后的參數(shù)見(jiàn)表6、表7 所示。孔徑為102 mm 的深孔，取最小抵抗線W1=2.5 ～4 m;孔徑為150 mm 的深孔，取最小抵抗線W1=3.5 ～5 m，為減小爆破振動(dòng)，一律采用逐孔起爆。

表6 優(yōu)化前爆破網(wǎng)絡(luò)Table 6 Blasting network before optimization

表7 優(yōu)化后爆破網(wǎng)絡(luò)Table 7 Blasting network after optimization

起爆網(wǎng)絡(luò)改為奧瑞凱高精度微差導(dǎo)爆管雷管逐孔起爆，網(wǎng)絡(luò)圖如圖1，爆破效果良好。

圖1 優(yōu)化后爆破網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Blasting network graph after optimization

4 總 結(jié)

(1)通過(guò)對(duì)德?tīng)柲徙~礦爆破項(xiàng)目評(píng)估優(yōu)化，礦山爆破效果取得穩(wěn)步提升，較以前整體爆堆外形有很大改善，爆堆規(guī)整，拋擲合理，后沖龜裂較輕，邊界清晰。切實(shí)提高爆破效果，大大提高了礦山經(jīng)濟(jì)利益，實(shí)踐證明，此次評(píng)估優(yōu)化在安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上都是切實(shí)可行的。

(2)通過(guò)此次的爆破評(píng)估以及優(yōu)化研究，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，大塊率減少了20%左右，鏟裝效率也提高了10%～15%左右，盲炮率從原來(lái)的5.3%下降到2.7%，爆破安全現(xiàn)狀較以前有所改觀，根底狀況也有了明顯的改善，為下個(gè)臺(tái)階作業(yè)創(chuàng)造了較好的條件，提高了礦山生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益。

(3)礦區(qū)爆破效果評(píng)估優(yōu)化后，不僅大大減少了爆區(qū)臨近巖塊振動(dòng)效應(yīng)，而且對(duì)于最終邊坡的穩(wěn)定性起到了前期輔助作用。觀察發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后爆區(qū)巖體裂紋裂隙、巖塊間振動(dòng)孔隙、飛石控制以及臺(tái)階塌陷較以前有明顯改善，這樣不僅對(duì)于后期鑿巖鉆孔提供了更好的作業(yè)環(huán)境，而且對(duì)于臺(tái)階成型以及最終邊坡的處理創(chuàng)造了優(yōu)越條件。

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