楊福波

(安徽銅冠(廬江)礦業(yè)有限公司, 安徽 廬江縣 231500)

沙溪銅礦礦體埋藏延深較大,同時(shí)具有規(guī)模大、品位低的特點(diǎn)。為保證礦山開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益,須采用大規(guī)模高效采礦工藝回采礦體,大規(guī)模高效采礦工藝的核心是大直徑深孔落礦技術(shù)。由于沙溪銅礦為新建礦山,擬采用大直徑深孔爆破開(kāi)采。爆破參數(shù)的確定是安全高效回采的重要前提之一,因此需要對(duì)沙溪銅礦典型礦巖進(jìn)行爆破漏斗試驗(yàn)。

本文通過(guò)單孔、變孔距雙孔爆破漏斗試驗(yàn),確定了炸藥單耗、孔網(wǎng)參數(shù)、抵抗線等爆破參數(shù),為沙溪銅礦大直徑中深孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 爆破漏斗試驗(yàn)基本方法

本研究主要包含兩個(gè)系列的試驗(yàn)：

(1)小型單孔爆破漏斗試驗(yàn)。通過(guò)該試驗(yàn)的結(jié)果,可以繪制爆破漏斗特征曲線,求得單孔爆破藥包最佳埋深、最佳漏斗半徑和漏斗體積;

(2)變孔距多孔同段爆破試驗(yàn)。通過(guò)該試驗(yàn)的結(jié)果,可以尋求炮孔間距與最佳爆破漏斗半徑之間的關(guān)系。

在上述試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,通過(guò)利文斯頓爆破漏斗相似原理,可以確定大直徑中深孔爆破孔網(wǎng)參數(shù)。

1.1 試驗(yàn)區(qū)域

爆破漏斗試驗(yàn)區(qū)域的巖石必須能夠代表礦山采場(chǎng)開(kāi)采礦巖。因此,在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上,本次系列爆破漏斗試驗(yàn)擬在鳳臺(tái)山礦段650中段6＃和6A＃線間的探礦巷內(nèi)進(jìn)行,為滿足試驗(yàn)需求,該巷道刷幫至5.0 m寬。該區(qū)域穿脈礦石類(lèi)型主要有石英閃長(zhǎng)斑巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,礦巖主要呈塊狀分布,完整性較好,巖體穩(wěn)定性較好。

1.2 試驗(yàn)方案

在單孔爆破漏斗試驗(yàn)中,炮孔布設(shè)的原則為：不同炮孔爆破后形成的爆破漏斗互相不干擾,炮孔孔口平整且足夠大,炮孔軸線要垂直于頂板。此外,深孔和淺孔交替布置。設(shè)計(jì)單孔爆破漏斗試驗(yàn)8組,孔深分別為0.8～2.2 m,相鄰炮孔間距為3.0 m。

通過(guò)單孔爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果可以分析確定出藥包最佳埋深、爆破漏斗體積與漏斗半徑,為進(jìn)一步實(shí)施雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn)提供基礎(chǔ)。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)5組,每組2個(gè)孔,孔間距分別為0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 m,每組炮孔間距離保證3.0 m以上。

各次爆破漏斗試驗(yàn)中均采用89 mm孔徑的炮孔,炸藥采用MRB型巖石乳化炸藥,藥卷直徑為85 mm,長(zhǎng)度為40 cm(長(zhǎng)徑比為5),單孔爆破漏斗試驗(yàn)中單孔裝藥量為1.6 kg,雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn)中單孔裝藥量為2.0 kg。藥卷裝入炮孔,送至設(shè)計(jì)位置后,用炮泥堵塞炮孔,堵塞長(zhǎng)度不小于600 mm。試驗(yàn)采用非電毫秒雷管同時(shí)起爆不相鄰的4組試驗(yàn)炮孔,且組間采用半秒延期系列導(dǎo)爆管雷管以減小組間爆破效果影響。炮孔布置及裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 爆破漏斗半徑與體積量測(cè)

漏斗半徑：如圖2(a)所示,在爆破后,去除漏斗口周?chē)鷰r石碎片,圈定漏斗口邊界。以炮孔圓心為中心,間隔45°量取8個(gè)不同方位的漏斗半徑Ri,然后取其平均值作為漏斗半徑。

圖1 炮孔布置及裝藥結(jié)構(gòu)

漏斗體積：如圖2(b)所示,以沿炮孔中心線且平行巷道頂?shù)装宓钠矫孀鳛榛鶞?zhǔn)面。在爆破后,按20 cm×20 cm的網(wǎng)度測(cè)量巷道壁面和漏斗輪廓線距基準(zhǔn)面的距離,求出各點(diǎn)的爆破深度,按拋物線法(即辛卜生法)計(jì)算求得漏斗各斷面的面積,最后按棱臺(tái)體求得漏斗體積。

圖2 爆破漏斗半徑和體積量測(cè)方法

2 爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單孔爆破漏斗試驗(yàn)

8個(gè)炮孔單孔爆破漏斗試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)最小二乘法原理,對(duì)單孔爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行6次項(xiàng)回歸分析,所得的爆破漏斗特性曲線如圖3所示。

圖3 爆破漏斗的特性曲線

表1 單孔爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)擬合曲線可以看出回歸曲線的相關(guān)性較好,并由此得到爆破漏斗半徑(R)與藥包埋深(L)之間的關(guān)系式以及單位炸藥爆破漏斗體積 (V/Q)與藥包埋深(L)之間的關(guān)系式分別為：

由式(1)和式(2),計(jì)算后得到式(1)最大值為(0.76,1.02);式(2)最大值為(0.75,0.44)。

綜上所述,單孔爆破漏斗試驗(yàn)確定了最佳埋深為0.75 m,炸藥單耗為2.23 kg/m3,最佳漏斗半徑為1.02 m,最佳漏斗體積為0.71 m3,臨界埋深為2.0 m。

2.2 雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果與分析

以單孔爆破漏斗試驗(yàn)爆破中確定的最佳埋深為藥包埋深,進(jìn)行了變孔距雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn),以確定該條件下的最優(yōu)孔間距,雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn)實(shí)測(cè)得到5組炮孔的相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

對(duì)雙孔同段爆破漏斗的單位炸藥爆破漏斗體積(V/Q)與孔間距(L),爆破漏斗半徑(R)與孔間距(L)進(jìn)行回歸擬合分析,僅能得到單項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系,無(wú)法對(duì)爆破得到的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮和分析,因此本研究通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)參數(shù)、漏斗幾何形狀與爆破塊度綜合數(shù)據(jù),確定雙孔同段爆破最佳參數(shù)值。

在表2中,通過(guò)爆破漏斗半徑和單位炸藥爆破漏斗體積可初步排除第1組(由于炮孔堵塞問(wèn)題或炸藥未完全起爆導(dǎo)致無(wú)漏斗形成),由于第5組爆破漏斗未貫穿,獨(dú)立存在,因此進(jìn)一步排除第5組;

第2組、第3組和第4組試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)爆破漏斗圖與爆堆圖如圖4所示。

對(duì)比圖中漏斗和塊度可以發(fā)現(xiàn),第2組塊度均勻,漏斗較大;第3組塊度中等,有少許大塊,漏斗較大;第4組左下側(cè)有大塊,漏斗大,但兩孔中心連線上出現(xiàn)了未崩落的脊梁巖。綜上所述,結(jié)合爆破漏斗大小并考慮爆破塊度問(wèn)題,應(yīng)優(yōu)選第2組爆破試驗(yàn)參數(shù),即雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn)最佳間距為0.8 m,炸藥單耗為3.0 kg/m3,最佳漏斗半徑為0.83 m,最佳漏斗體積為1.34 m3。

圖4 雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

表2 雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 大直徑深孔爆破參數(shù)確定

在現(xiàn)場(chǎng)多次爆破漏斗試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,得到了最佳埋深、最佳漏斗尺寸和炸藥單耗等爆破參數(shù),根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論,以爆破能量平衡準(zhǔn)則和相似性原理為依據(jù),需進(jìn)一步推導(dǎo)出適用于沙溪礦大直徑深孔爆破的諸多參數(shù),為以后的大直徑深孔鑿巖、爆破設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

3.1 應(yīng)變能系數(shù)與最佳埋深比的確定

通過(guò)單孔爆破漏斗試驗(yàn)可以確定沙溪銅礦礦巖的應(yīng)變能系數(shù)E：

單孔爆破漏斗試驗(yàn)進(jìn)一步確定了沙溪銅礦礦巖的最佳埋深比Δj：

式中,Le為臨界埋深,m;E為應(yīng)變能系數(shù),對(duì)于特定的巖石與炸藥,應(yīng)變能系數(shù)為常數(shù);Q0為球狀藥包重量,kg;Lj0為最佳埋深,即爆破體積最大且爆破塊度均勻時(shí)的藥包中心埋深,m;Δj為最佳埋深比,對(duì)于特定的巖石和炸藥,Δj為常數(shù)。

由單孔爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果分析可知,臨界埋深為2.0 m,最佳埋深為0.75 m,球狀藥包重量為 1.6 kg,將參數(shù)代入式(3)及式(4)得：應(yīng)變能系數(shù)E為1.17,最佳埋深比Δj為0.37。

3.2 單層藥量參數(shù)計(jì)算

按球狀藥包計(jì)算,165 mm的孔徑,采用150 mm藥卷直徑,經(jīng)計(jì)算,單層裝3條藥包,從而單層炸藥量Q1合計(jì)為27.0 kg,裝藥長(zhǎng)度為1.2 m,利用爆炸幾何相似律可推導(dǎo)出單層藥包爆破最優(yōu)參數(shù)：

式中,Lj1為大直徑深孔爆破藥包重量為Q1時(shí)的最佳埋深;Rj0為小型爆破漏斗試驗(yàn),當(dāng)藥包重量為Q0時(shí),且處于最佳埋深Lj0時(shí)的最佳漏斗半徑,m;Rj1為大直徑深孔爆破中,當(dāng)藥包重量為Q1時(shí),且處于最佳埋深Lj1時(shí)的最佳漏斗半徑,m;Vj0為小型爆破漏斗試驗(yàn)在Q0、Lj0狀態(tài)時(shí)的爆破漏斗體積,m3;Vj1為大直徑深孔爆破在Q1、Lj1狀態(tài)時(shí)的爆破漏斗體積,m3。

由單孔爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果分析可知,最佳漏斗半徑為1.02 m,最佳漏斗體積為0.71 m3,將參數(shù)代入式(5)、式(6)及式(7)得：在單層炸藥量Q1為27.0 kg的大直徑深孔爆破中,最佳埋深為1.92 m,最佳漏斗半徑為1.64 m,最佳漏斗體積為11.98 m3。單層藥包最優(yōu)爆破參數(shù)如表3所示。

表3 單層藥包最優(yōu)爆破參數(shù)

3.3 分層崩礦高度

據(jù)式(8)可得到實(shí)際生產(chǎn)爆破的裝藥分層高度：

由于最佳埋深為1.92 m,代入上式得到分層崩礦高度h為2.4 m。

3.4 炮孔間距與排間距確定

在單層藥包最佳抵抗線、最佳漏斗底圓半徑和最佳漏斗體積等參數(shù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步確定炮孔間距與排間距,孔間距與單孔爆破漏斗半徑有關(guān),炮孔排間距與抵抗線有關(guān)。對(duì)于VCR大直徑深孔爆破,考慮到群藥包的結(jié)合作用,炮孔間距通常取爆破漏斗半徑的1.8～2.0倍。

根據(jù)單層藥量情況下,最佳漏斗半徑為1.64 m,因此,確定炮孔間距為1.64×(1.8～2.0),即3.0～3.3 m,考慮到實(shí)際裝藥的不耦合性,最終確定炮孔間距為3.0 m;根據(jù)大孔距小抵抗線爆破機(jī)理和爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果,最終確定炮孔排距為2.8 m。

從而確定炮孔間距×排間距為3.0 m×2.8 m,滿足大孔距小抵抗線布孔原則。進(jìn)一步結(jié)合線裝藥系數(shù)0.5,炸藥密度為1100 kg/m3,巖石密度為2.7 t/m3,計(jì)算得到炸藥單耗為0.39 kg/t。最優(yōu)孔網(wǎng)參數(shù)如表4所示。

表4 最優(yōu)孔網(wǎng)參數(shù)

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)單孔爆破漏斗試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并對(duì)爆破漏斗特性曲線進(jìn)行6次項(xiàng)回歸,且回歸相關(guān)性好,結(jié)合回歸曲線下的6次多項(xiàng)式得到了MRB型巖石乳化炸藥在沙溪銅礦礦巖中的最佳埋深為0.75 m,炸藥單耗為2.23 kg/m3,最佳漏斗半徑為1.02 m,最佳漏斗體積為0.71 m3,臨界埋深為2.0 m。

(2)通過(guò)雙孔同段爆破漏斗試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆破漏斗效果進(jìn)行對(duì)比分析,得出最優(yōu)孔間距為0.8 m,最佳漏斗半徑為0.83 m,最 佳 漏 斗 體 積 為1.34 m3;炸 藥 單 耗 為3.0 kg/m3。

(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合利文斯頓爆破漏斗相似原理,推薦沙溪銅礦大直徑深孔采用爆破參數(shù)為：?jiǎn)螌友b藥為3條,裝藥長(zhǎng)度為1.2 m,藥量合計(jì)為27.0 kg,最佳漏斗半徑為1.64 m,抵抗線為1.92 m,分層崩礦高度為2.4 m,孔網(wǎng)參數(shù)為3.0 m×2.8 m;炸藥單耗為0.39 kg/t。