張立新

(五礦礦業(yè)控股有限公司，安徽 合肥 230091)

0 引 言

李樓鐵礦-400 m中段采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法進(jìn)行回采，中段高度100 m，分段高度，礦房礦柱跨度20 m。一個標(biāo)準(zhǔn)的采場地質(zhì)礦量約30萬t，設(shè)計正排排數(shù)120排。按照目前的爆破作業(yè)方式，每次爆破2～3排深孔，完成一個采場的爆破工序需要40～60次，大爆破次數(shù)多，周期長，工人勞動強(qiáng)度大，大塊率高，對采場間的生產(chǎn)銜接有較大影響，不利于發(fā)揮出大結(jié)構(gòu)采場集約強(qiáng)化開采的優(yōu)勢。為解決這一問題，決定進(jìn)行多排深孔一次爆破試驗(yàn)研究。

1 采場概況

李樓鐵礦位于安徽省霍邱縣境內(nèi)，為大型沉積型變質(zhì)鐵礦床，礦石礦物主要為鏡鐵礦，其次為磁鐵礦和赤鐵礦，f=11～13。采場采用垂直礦體走向布置形式，深孔分段鑿巖，階段出礦，-400 m水平集中出礦。深孔鑿巖采用Simba1354型液壓鑿巖臺車進(jìn)行，孔徑Φ80 mm，孔深10.5～29.5 m，邊孔角40°。鑿巖進(jìn)路第1排排距為1.2 m，加強(qiáng)排排距為0.8 m，其他正排排距為1.9 m、2 m間隔布置，孔底距2.8～3.0 m，各排孔數(shù)根據(jù)各排面具體情況決定；-400 m水平正排邊孔角為70°和50°；孔底與空區(qū)邊界留有0.7 m安全距離。采場如圖1所示。

2 爆破方案設(shè)計

2.1 爆破參數(shù)

2.1.2 自由空間

參照大孔徑多排孔爆破在露天礦山的應(yīng)用[4]，6排深孔同時爆破需要的自由空間，計算公式見式(1)。

V=LO×H×w×(K-1)

(1)

式中：V為爆破自由面空間，m3；LO為同時爆破采場長度，m，本次取(1.9+2.0)×3=11.4 m；H為采場高度，m；w為采場寬度，m；K為巖石松散系數(shù)，一般取1.5。

根據(jù)式(1)代入數(shù)值，可以計算出6排深孔同時爆破所需要的自由空間為2 340 m3。對應(yīng)到采場中，則是4排深孔所占用的空間，因此多排爆破應(yīng)在正排第四排開始較為合適。如圖1所示，采場的自由空間滿足要求，同時為保證爆破效果，后期爆破的排數(shù)，補(bǔ)償空間可以按照30%計算。

圖1 采場剖面示意圖

2.1.2 爆破臺階

多排爆破的原理主要是利用前排臨空面和頂面的應(yīng)力波產(chǎn)生反射拉伸破裂，后爆產(chǎn)生的膨脹壓力本可產(chǎn)生較大拋擲動能，但受前排阻擋，只能產(chǎn)生擠壓碰撞，所以爆后巖塊受壓碎裂嚴(yán)重，增加了巖塊的破碎程度，爆炸破巖能量比例增大[1-3]。通過利用雷管分段，6排左右的炮孔在前排自由空間足夠的情況下可以產(chǎn)生良好的爆破效果。然而隨著排數(shù)的增加，前排拋擲運(yùn)動受阻，后排臨空面實(shí)際上只是一條較寬破裂面，因此在受阻后只能改為向上運(yùn)動。爆堆表面向上隆起，向前稍有推移，這樣的情況下就可能出現(xiàn)“推墻”。

結(jié)合李樓鐵礦生產(chǎn)實(shí)踐，當(dāng)上下水平臺階排距超過12排時(22 m左右)，容易發(fā)生“推墻”事故，因此試驗(yàn)安排一次性起爆6排深孔時，上下水平臺階排距應(yīng)當(dāng)控制在12排以內(nèi)(含此次起爆排數(shù))。

2.1.3 火工材料相關(guān)參數(shù)

此次起爆采用多段毫秒延時起爆。為控制爆破振動對地表的影響，單段藥量確保在300 kg范圍內(nèi)。根據(jù)裝藥經(jīng)驗(yàn)，6排深孔一次性起爆最大藥量為7 160 kg，單段藥量控制在250～300 kg，需要雷管段別約為28段。具體如表1所示。

2.2 爆破網(wǎng)路設(shè)計

為控制爆破振動對地表的影響，此次試驗(yàn)方案按照各分段藥量控制在300 kg以內(nèi)，采用高精度毫秒雷管進(jìn)行逐段起爆。在這些孔起爆前，其前方和側(cè)方已經(jīng)爆破，為其提供了足夠的自由面，因此巖石爆破所需拋散能量大大降低。同時，選擇合理的爆破延時時間，也可以充分利用巖石破碎后的拋散能量，增加相鄰巖石間的碰撞，能量多次疊加，從而降低大塊率。此外，由于爆炸后產(chǎn)生的沖擊能量傳至新自由面后將同時發(fā)生反射，反向拉伸波在傳播過程中首先在自由面接觸，然后依次向著裝藥位置在爆破區(qū)內(nèi)各點(diǎn)處發(fā)生疊加，拉應(yīng)力強(qiáng)度大大提高，降低了巖石破碎時的能量損失，從而降低了炸藥單耗。

由于是6排深孔同時起爆，因此本次設(shè)計采用“雙V”型的爆破方案[5]，3～4個炮孔為1段，后3排各分段控制藥量控制在接近于300 kg的范圍，起到一個類似于“加強(qiáng)排”的作用，使后排有足夠能量推動前排渣堆，形成足夠自由空間，避免爆破事故發(fā)生。起爆網(wǎng)路如圖2所示。爆破分段剖面圖如圖3所示。

2.3 評價指標(biāo)

此次試驗(yàn)的主要目的是降低生產(chǎn)成本及提高生產(chǎn)率，同時也要監(jiān)控爆破振動，防止對地表建筑及人員造成不良影響，因此將從炸藥單耗、大塊率及爆破振動3個指標(biāo)進(jìn)行評價。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)采場選擇

根據(jù)爆破設(shè)計及現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇了3個采場進(jìn)行試驗(yàn)，分別是李樓鐵礦的-350 m水平7-3#采場、-375 m水平7-3#采場以及-350 m水平的7-5#采場。這三個采場的切割槽均已拉開，自由空間足夠，同時上下水平的爆破臺階在10排左右，具備大規(guī)模爆破的條件。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集

根據(jù)車間爆破計劃的安排，在一周內(nèi)相繼完成了3個采場的爆破工作，并對現(xiàn)場進(jìn)行了跟蹤取樣及數(shù)據(jù)收集工作，具體如表2所示。

表1 爆破試驗(yàn)參數(shù)

表2 評價指標(biāo)

圖2 起爆網(wǎng)路圖

圖3 各排炮孔爆破分段剖面圖

3.3 爆破效果分析

1) 爆破效果改善，大塊率降低。從現(xiàn)場情況看，爆破塊度好，大塊率低。原先李樓鐵礦的大塊率一直在8.8%左右，此次試驗(yàn)3個采場的大塊率平均達(dá)到了6.39%，降幅達(dá)到了27.4%，效果非常明顯。

2) 炸藥單耗降低，節(jié)約成本。三次爆破現(xiàn)場共實(shí)際使用炸藥19.5 t銨油炸藥，預(yù)計崩礦量在5.42萬t左右，實(shí)際炸藥單耗為0.36 kg/t，比李樓鐵礦之前的0.38 kg/t降低了5.26%，降低幅度較大。

3) 爆破振動未增大。根據(jù)地表爆破振動測試，振動數(shù)值為1.9 cm/s， 與李樓鐵礦之前的爆破振動持平，未對地表及周圍居民造成不良影響，達(dá)到了預(yù)期的爆破效果。

4 結(jié) 論

多排深孔一次爆破可以大幅降低爆破次數(shù)，帶來諸多效益：①減少油鏟準(zhǔn)備采場次數(shù)，節(jié)約成本及人工；②起爆排數(shù)增加，利于爆破能量在炮排之間充分釋放，達(dá)到擠壓爆破的效果，降低大塊率及炸藥單耗，節(jié)約成本；③降低爆破對電鏟出礦的影響，即電鏟出礦的有效時間增加，緩解采場生產(chǎn)壓力，提高采礦效率。因此，建議在全礦推廣運(yùn)用。