呂達(dá)海，趙麗桃

(云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司，云南 硯山 663101)

0 前 言

云南斗南錳礦分為白姑和嘎科兩個礦段，采礦方法有房柱法、潛孔留礦法、下向分層法，礦體頂板圍巖多為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和碎屑狀灰?guī)r、含錳灰?guī)r等，f系數(shù)在6～7之間，上述巖體破碎、松軟，圍巖抗壓和抗拉強度都較低；另外由于采礦爆破對周圍圍巖產(chǎn)生大量微裂隙，進(jìn)一步降低了爆破后巖石的物理性能，進(jìn)一步優(yōu)化爆破工藝、選擇合理的爆破參數(shù)不僅對降低采礦成本有利，更能提高采礦作業(yè)安全性。

為此，云南斗南錳業(yè)有限責(zé)任公司與中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院聯(lián)合開展斗南錳礦采場爆破優(yōu)化技術(shù)研究工作。期間對白姑和嘎科兩個采區(qū)的生產(chǎn)爆破進(jìn)行了13次爆破震動監(jiān)測，完成了試驗炮10次，通過對白姑和嘎科兩個采區(qū)的生產(chǎn)爆破的現(xiàn)場試驗結(jié)果的計算分析，并結(jié)合兩個采區(qū)的計算機(jī)仿真模擬，得出兩個采區(qū)采場生產(chǎn)爆破參數(shù)，爆破單位體積礦石的炸藥消耗量減少30%～50%，爆破塊度適中，爆破拋擲減少，爆堆集中，減少了爆破對頂板、礦柱的破壞，同時采取的孔底空氣間隔爆破技術(shù)明顯地減少了對頂板上的爆生裂隙，達(dá)到了研究的目的。

1 地質(zhì)概況和礦巖物理性質(zhì)

錳礦層主要是致密塊狀和條帶狀灰質(zhì)氧化錳礦和碳酸鹽錳礦組成，質(zhì)堅性脆，節(jié)理裂隙較發(fā)育，多由次生方解石脈充填。礦層頂﹑底板巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖﹑粉砂巖泥質(zhì)﹑泥巖和碎屑狀灰?guī)r，含錳灰?guī)r﹑砂質(zhì)灰?guī)r等組成，V1礦層的底板為角礫狀灰?guī)r或疙瘩狀灰?guī)r[1]。

為普遍了解巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，對各種巖性分別在坑道和鉆孔中采樣進(jìn)行試驗。試驗證明，各種巖石均有一定的堅固性(見表1)。

表1 斗南錳礦區(qū)巖石強度及分類

2 礦山開采概況

斗南錳礦是一個中型地下礦，緩傾斜礦體，房柱法、潛孔留礦法、下向分層法開采，段高30～35 m，下含嘎科和白姑兩個采礦區(qū)[2]。

礦山生產(chǎn)爆破中穿孔設(shè)備采用的是氣腿式風(fēng)動鑿巖機(jī)，炮孔直徑40～42 mm；炸藥選用2號巖石硝銨炸藥，該炸藥藥卷直徑35 mm，長200 mm，重200 g/支；布孔方式采取矩形或梅花形布孔；爆破網(wǎng)路為磁電雷管和非電導(dǎo)爆管組成起爆網(wǎng)起爆。

爆破施工由爆破組負(fù)責(zé)，爆破組一共4人，由組長帶領(lǐng)布孔、穿孔、裝藥、填塞、點火起爆，起爆后30～60 min后，人員進(jìn)入爆破現(xiàn)場觀察清浮石。

2.1 生產(chǎn)炮調(diào)查

為了深入了解和掌握斗南錳礦生產(chǎn)爆破技術(shù)現(xiàn)狀和生產(chǎn)爆破震動情況，對斗南錳礦現(xiàn)場爆破狀況進(jìn)行了深入系統(tǒng)調(diào)查和爆破震動測試，分析回采生產(chǎn)爆破存在的問題及爆破震動傳播規(guī)律。調(diào)查方法包括走訪礦山有關(guān)部門工程技術(shù)人員，爆破施工人員，查閱有關(guān)爆破記錄，現(xiàn)場實地勘察，測量和標(biāo)定等，分別對嘎科工區(qū)和白姑工區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)場實際爆破參數(shù)、爆破效果進(jìn)行統(tǒng)計，現(xiàn)場生產(chǎn)爆破調(diào)查見表2[3]。

表2 生產(chǎn)炮調(diào)查

生產(chǎn)炮調(diào)查結(jié)果分析：

1)穿孔條件困難，孔網(wǎng)參數(shù)偏?。?/p>

2)非電導(dǎo)爆管延時未實行微差爆破，影響了爆破效果；

3)開鑿上山，拉底切割爆破時，僅有一自由面，掏槽效果受影響，至使掘進(jìn)時殘孔率較高；

4)生產(chǎn)爆破時，炸藥單砂偏高，致使爆破時吹倒頂、底柱現(xiàn)象嚴(yán)重，且破壞頂板，給支護(hù)帶來困難。生產(chǎn)炮布孔示意見圖1。

圖1 生產(chǎn)炮布孔示意圖

由圖1可看出，標(biāo)示非電導(dǎo)爆管起爆順序是1、2、3、4。1、3號孔裝藥量各1 000 g，2、4號孔裝藥量各800 g。炮孔直徑40 mm。

3 爆破震動測試及數(shù)據(jù)分析

3.1 震動測試分析系統(tǒng)

振動測試數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)是DSVM-4C型測振儀。由儀器內(nèi)裝電池供電，微機(jī)控制，可根據(jù)預(yù)設(shè)值自動進(jìn)行測試，儀器可近置或遠(yuǎn)置。CD-1拾振器，由信號傳輸線聯(lián)接，接繪圖儀可打印測試數(shù)據(jù)。

3.2 測點布置及埋設(shè)

本次爆破震動測試在嘎科礦區(qū)的+1 825，+1 795，+1 730 m中段和白姑礦區(qū)+1 485，+1 510 m中段各布置一條測線，每條線上各4個測點，根據(jù)震動測試需要，每次測試選取其中的2～3個測點。

為了使測到的數(shù)據(jù)能真實地反映爆破震動衰減規(guī)律，測震過程中布置測點。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選用厚度約0.6 cm，長×寬約為20 cm×20 cm的鋼板牢固澆筑于巷道底板巖石面上。每個測點的基座鋼質(zhì)平面放置一個垂直向和一個水平向拾振器，拾振器與基座通過CZ-3型磁座相互牢固吸接。

3.3 爆破震動測試數(shù)據(jù)處理

2014年10月17日開始項目測試研究工作，對斗南錳礦區(qū)+1 825，+1 795，+1 730 m中段和白姑礦區(qū)的+1 485，+1 510 m中段爆破共進(jìn)行了13次炮次測試，其在有效炮次12次，詳見表3。

由表3可看出，現(xiàn)場測震位置安排在拉底巷道和回采工作面，獲取了現(xiàn)場爆破震動的數(shù)據(jù)。

3.4 測振數(shù)據(jù)的處理

爆破振動強度受裝藥量、爆心距、高程差、爆破礦巖工程地質(zhì)、巖性、爆破方法、穿爆參數(shù)、爆破地形和方向等諸多因素的影響，在這些因素中，對正常生產(chǎn)礦山有些因素某一定時期內(nèi)是基本保持不變或變動不大的，有些因素幾乎每一炮都在變動，如藥量、爆心距、高差等。

表3 嘎科礦區(qū)+1 825 m巷道測震數(shù)據(jù)記錄

為確定幾個作業(yè)中段生產(chǎn)爆破振動的衰減規(guī)律，經(jīng)統(tǒng)計實測數(shù)據(jù)資料，用統(tǒng)計數(shù)學(xué)的回歸分析處理，在擬合的振動衰減公式中，考慮微差爆破的最大段藥量和爆心距對振動的影響。最終確定了嘎科礦區(qū)+1 825，+1 795，+1 730 m中段和白姑礦區(qū)的+1 485，+1 510 m中段爆破振動的場地系數(shù)和地震衰減系數(shù)。通過對測振結(jié)果的處理分析，我們得出不同爆心距、不同大段炸藥量對應(yīng)的爆破振動速度關(guān)系如表4。

表4 白姑礦區(qū)+1 510 m巷道爆心距、最大段藥量

3.5 現(xiàn)場爆破試驗

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)爆破存在的問題，結(jié)合爆破理論，通過現(xiàn)場爆破試驗，選取合理的爆破參數(shù)及炸藥單耗，改善回采過程中的生產(chǎn)爆破質(zhì)量，降低炸藥單耗及爆破時對頂板、底柱的影響。

根據(jù)斗南錳礦爆破試驗，建議選取以下單耗(見表5)。

表5 炸藥單耗選取參數(shù)表

由表5可看出，通過現(xiàn)場生產(chǎn)炮調(diào)查、爆破震動測試以及生產(chǎn)工業(yè)試驗，得出斗南錳礦回采生產(chǎn)爆破的合理參數(shù)及炸藥單耗，完成了斗南錳礦合理爆破參數(shù)的研究，試驗以后得出的炸藥選取參數(shù)可供生產(chǎn)中應(yīng)用。

采場控制爆破參數(shù)祥見表6～7。

表6 嘎科工區(qū)爆破參數(shù)

表7 白姑工區(qū)爆破參數(shù)

注：炸藥量單位為支，每支的重量等于200 g 2號巖石乳膠炸藥。

由表6和表7可看出嘎科、白姑工區(qū)通過試驗以后得出不同的爆破參數(shù)。

實際使用表中數(shù)據(jù)的時候，要根據(jù)具體炮孔抵抗線和傾角的大小和周圍孔之間的位置關(guān)系等諸多因素靈活使用。為了減少爆破對頂板的破壞，建議對最靠近頂板的一排炮孔實行孔底空氣間隔裝藥；為了減少爆破對礦柱的破壞，建議對靠近礦柱附近的炮孔要嚴(yán)格控制炸藥量，可以比非礦柱附近的炮孔裝藥量減少10%左右；上面兩表中的參數(shù)，在實際使用時可根據(jù)具體爆破效果適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4 結(jié) 語

通過此次采場控制爆破工藝與參數(shù)優(yōu)化研究，收集了采場生產(chǎn)爆破的一手資料，為今后開展各項控制爆破研究提供依據(jù)。通過對嘎科、白姑工區(qū)爆破震動測試，收集測試數(shù)據(jù)計算得出兩個工區(qū)最終的爆破參數(shù)，為生產(chǎn)過程中提供了可參考的依據(jù)，在今后的管理過程中一直以此次試驗數(shù)據(jù)為參照，考核兩個工區(qū)的火工材料成本，很好地為生產(chǎn)成本的控制提供科學(xué)依據(jù)。同時，為減少爆破對礦石頂板的震動，提出了合理的爆破參數(shù)，為安全生產(chǎn)做了一件有意義的研究工作。