嚴少洋,焦華喆,陳峰賓,陳新明,王樹飛,劉晨生
(河南理工大學 土木工程學院, 河南 焦作市 454000)
易風化破碎巖體露天高精度逐孔爆破技術研究*
嚴少洋,焦華喆,陳峰賓,陳新明,王樹飛,劉晨生
(河南理工大學 土木工程學院, 河南 焦作市 454000)
結合某金礦礦巖破碎易風化和遇水崩解的特點,為了更好的控制易風化破碎巖體露天采場礦體位移和降低爆破振動對邊坡的影響。利用礦業(yè)軟件Surpac布置礦區(qū)爆破孔、爆破軟件ShotPlus進行爆破網絡設計,對巖移方向、單孔起爆時間、起爆過程進行了模擬。通過ShotPlus模擬實現高精度爆破,確保爆破順序及巖體移動方向按照預期進行,礦區(qū)現場試驗結果表明,采用高精度導爆管起爆,使起爆間隔時間小于8 ms的炮孔降到最少,有效降低了爆破對邊坡巖體的振動破壞,取得了良好的工程效果。
易風化破碎巖體;高精度爆破 ;逐孔爆破;露天礦
爆破技術是采礦工程中的關鍵技術,爆破參數的選擇是否合理直接影響到礦山生產效率和巖體穩(wěn)定,因此不斷優(yōu)化爆破設計參數是提高礦產開采效率和采礦安全系數的重要措施[1-7]。露天采礦爆破對其周圍建筑物或者邊坡的穩(wěn)定易造成不利影響,為有效解決露天采礦爆破對建筑物的破壞,謝承煜等[8]采用爆破振動信號測試系統(tǒng)及動力有限元數值分析方法對露天采礦區(qū)爆破進行檢測和模擬,研究表明,爆破振動速度和數值分析結果在變化規(guī)律和趨勢上基本相似。余圣華、于江浩、田會禮等[3-4,9]采用孔間微差爆破技術進行現場試驗,結果表明,取得了良好的減震效果。
結合某金礦礦巖巖體強度低、較破碎、易風化崩解、遇水易泥化等特點,為了更好的控制礦體位移,降低礦石的貧化率、損失率以及爆破震動對邊坡穩(wěn)定性的影響,決定采用高精度逐孔爆破技術及爆破軟件對露天設計參數進行優(yōu)化,使得爆破震動對邊坡的影響降至最低。
該露天金礦位于貴州省黔西南州貞豐縣境內,每月的爆破方量在100萬m3左右,金礦巖石類型主要為泥巖、砂巖、以及泥巖和砂巖的互層結構,巖體具有強度低,較破碎、易風化崩解、遇水易泥化等特點[5]。礦區(qū)邊坡頂部標高為750 m,坑底標高為450 m,露天邊坡最大高度約為300 m,邊坡臺階高度為20 m,坡面角大部分在65°左右。露天開采過程中,邊坡的東南西北4個方向都出現過失穩(wěn)破壞的現象[10-11]。因此,研究保證邊坡穩(wěn)定是有必要的。
提高爆破臺階高度可以減少每個臺階爆破的循環(huán)次數,從總體上提高露天礦山生產效率,在滿足挖掘設備的效率和保證安全的情況下,爆破臺階的高度越大越好[12]。由于PC1250的最大挖掘高度在12 m左右,結合邊坡臺階高度20 m的特點,應設計采用2次爆破形成20 m臺階,每次爆破高度為10 m。
增大爆破孔直徑可以擴大爆破孔網參數,從而提高每次爆破規(guī)模[13]。因該露天礦每月的爆破方量在100萬m3左右,生產爆破設計全部采用165 mm的垂直孔,鉆機采用L8和780型鉆機。
超深的作用是增加炮孔底部的裝藥量,以克服底盤抵抗線的阻力,主要是為防止出現根底[4]。炮孔超深影響挖掘機效能和地面平整度,對下一個臺階鉆機的效率也會有較大影響。超深一定要適度,不同的巖石類型和孔網參數,炮孔超深長度也不同,超深過小則易出現根底,過大又使臺階底部破碎嚴重,影響下個臺階的穿孔效率,且浪費炮孔及炸藥。
根據不同巖性、不同炮孔超深的現場試驗研究,經過大量的現場工程實踐,所得結論如下:設計采用0.5 m和0.8 m兩種不同的超深,在泥巖和砂巖內采用0.5 m,灰?guī)r內采用0.8 m超深。
露天爆破孔網參數及布孔方式是影響爆破效果的關鍵因素[5]。針對廢石爆破區(qū)域和礦石爆破區(qū)域分別開展了孔網參數優(yōu)化研究,并得出如下結論:
在廢石爆破區(qū)域內,孔網參數主要采用5 m×6 m、5.5 m×6.5 m、6 m×7 m 3種,根據巖石的類型、硬度,巖層走向和節(jié)理裂隙發(fā)育產狀靈活選擇??拷杂擅媲芭排诳鬃钚〉挚咕€取值為4~5.5 m,爆破時能讓前排孔的巖石充分拋出,為后排孔提供良好的補償空間,使巖石充分擠壓、破碎,減少爆破后沖,改善爆破效果。布孔方式采用“梅花型”。
在礦石區(qū)域為了控制爆破位移,減少礦石貧化,孔網參數選擇6 m×7 m,也采用“梅花型”布孔。
620 m臺階分區(qū)及爆破布孔見圖1、圖2。礦體內孔網參數為6 m×7 m,每排孔的走向與礦體走向相垂直。
圖2 礦體內孔網參數布置
逐孔爆破技術是一種國內外逐步推廣使用的擴大爆破規(guī)模、降低爆破危害、改善爆破效果、提高采礦效率及降低穿爆成本的一種新型爆破工藝[2-7,16],已被國內大型露天礦山臺階爆破廣泛使用,與排間微差及“V”形、斜線起爆技術相比,它具有破碎巖石塊度均勻、爆破震動低等優(yōu)點。利用Orica高精度導爆管雷管,結合最佳延期時間,采用逐孔起爆技術對該露天礦爆破參數進行了全面優(yōu)化。
為了適應現場混裝炸藥車裝藥溫度較高(一般大于72℃左右),以及大規(guī)模爆破裝藥時間長、因導爆管長時間浸在含水炸藥中需有較高的抗酸堿性能和抗拉性能等因素,采用了Orica高精度導爆管雷管。這種導爆管為雙層復合結構,在-40℃~80℃條件下仍能可靠傳爆,孔內只放一發(fā)孔內雷管,不僅能安全、可靠起爆,還能降低生產成本。
通過技術對比與優(yōu)化,該露天礦選用現場生產的乳化炸藥(水孔)和銨油炸藥機械化直接裝入炮孔,炸藥感度較低,需要起爆藥具加強起爆能力才能確保炸藥穩(wěn)定爆轟。起爆彈的能量大小直接影響到孔內炸藥能否完全爆轟。
根據大量現場試驗,得出露天礦10 m臺階爆破每孔的裝藥量為140~160 kg,選擇規(guī)格為500 g/個的起爆具。炮孔采用連續(xù)裝藥,孔底反向起爆方式(見圖3)。
圖3 孔底反向起爆
由于廢石區(qū)域內采用10 m臺階一次性開挖,所以爆破后松散度越高越有利于提高挖掘設備的效率,而礦石區(qū)域內爆破時,控制礦的損失與貧化是最大目標。因此,在保證挖機能夠挖動、礦塊能夠通過選廠破碎站網格的情況下,礦體只需松動,爆堆平整就可以(見圖4)。統(tǒng)計表明:露天開采礦石爆破的炸藥單耗平均為0.32 kg/m3,爆破大塊率平均為0.5%。
圖4 露天采場松動爆破效果
用Shot Plus軟件進行爆破網絡連接設計,對巖石移動的方向、單個孔起爆的時間、起爆過程進行模擬,統(tǒng)計地表和孔內雷管使用情況。
爆破時巖石移動方向與礦體走向一致,有利于控制礦石的損失與貧化。在二期(靠近一期坑)邊坡區(qū)域爆破時,巖石朝自由面相反方向移動,可以有效避免前排炮孔巖石向前拋擲,巖石將下方安全平臺填滿,滾入一期坑,影響一期坑正常生產。在礦石區(qū)域,巖石朝自由面相反方向移動,可以避免礦石向前拋擲,無法準確確定礦體界限,造成礦石貧化和礦量損失。
通過Shot Plus模擬,實現高精度爆破,確保爆破順序及巖層移動方向是按預期的方向進行,以達到改善爆破效果和控制損失貧化的目的。
通過Shot Plus軟件可以很容易找到起爆間隔時間小于8 ms的所有炮孔(小于8 ms視為同響),可通過調整爆破網絡連接,使起爆間隔時間小于8 ms的炮孔降到最少,降低單響藥量,減少爆破震動,使爆破震動對邊坡影響降到最低(見圖5)。
圖5 起爆間隔時間小于8 ms的炮孔
每個孔地表延期時間和孔內延期時間見圖6。模擬起爆全過程見圖7,可演示起爆的先后順序以及是否有漏聯等。
針對露天生產爆破,在深入研究該礦巖特性的基礎上,對露天生產爆破進行了長期的參數優(yōu)化與現場實踐,得出以下結論:
(1) 通過爆破參數優(yōu)化,獲得的最佳爆破參數如下:爆破臺階高度為10 m,孔徑為165 mm;為了克服底盤阻力,防止出現根底,采用了0.5 m和0.8 m兩種不同的超深尺寸;確定在廢石爆破區(qū)域內孔網參數主要采用5 m×6 m、5.5 m×6.5 m、6 m×7 m 3種,靠近自由面前排炮孔最小抵抗線取值為4 ~5.5 m,在礦石區(qū)域孔網參數選擇6 m×7 m,采用“梅花型”布孔。
圖6 每個孔地表及孔內延期時間
圖7 起爆全過程模擬
(2) 為確保爆破順序及巖層移動方向按預定方向進行,以達到改善爆破效果、控制損失貧化的目的,采用Shot Plus軟件進行爆破網絡設計,對巖石移動方向、單個孔起爆時間、起爆過程進行模擬,同時采用高精度導爆管雷管起爆,使起爆間隔時間小于8 ms的炮孔降到最少,降低了單響藥量,使爆破震動對邊坡的影響降到最低。
(3) 通過露天爆破參數優(yōu)化,使該露天開采礦石爆破的炸藥單耗平均值下降為0.32 kg/m3,爆破大塊率平均達到0.5%,爆破效果達到預期效果。
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2017-08-04)
嚴少洋(1994-),男,河南長垣人,碩士研究生,主要從事地下礦山充填理論研究,Email:1103087861@qq.com。