王智能，程玉印

1.云南磷化集團(tuán)有限公司晉寧磷礦，云南 昆明 650600；2.云南磷化集團(tuán)?？诹讟I(yè)有限公司，云南 昆明 650000

晉寧磷礦6號(hào)坑?xùn)|采區(qū)進(jìn)入凹陷開采后，深部剝離物構(gòu)造較復(fù)雜，加上坑底積水影響，導(dǎo)致該作業(yè)區(qū)域局部地段的巖石可鉆性、可爆性發(fā)生的變化。為提高該區(qū)域穿孔爆破作業(yè)效果，降低生產(chǎn)成本，晉寧磷礦根據(jù)歷年與各高校合作研究成果，組織工程技術(shù)人員通過查閱借鑒行業(yè)內(nèi)爆破分區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)，于2015年率先打破該區(qū)域原先常規(guī)的穿孔爆破方法，推廣分區(qū)爆破的方法，滿足生產(chǎn)需要。

1 影響礦巖爆破性分區(qū)的因素

爆破性是礦巖本身物理力學(xué)性質(zhì)在穿孔爆破工藝中的綜合反映，影響著穿孔爆破效果及礦山生產(chǎn)成本［1-2］。研究及實(shí)踐表明，影響礦巖爆破性的因素有很多，其中最主要的因素有2個(gè)：礦巖自身的物理力學(xué)性質(zhì)，如堅(jiān)固性、不均等性、方向性、強(qiáng)度大小不同性等性質(zhì)；炸藥特性、鉆孔機(jī)械和爆破工藝等外在因素［3-4］。

礦巖本身物理力學(xué)性質(zhì)決定于礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造，并且不同礦物的化學(xué)成分或內(nèi)部構(gòu)造反映出不同的物理性質(zhì)。它主要體現(xiàn)在礦巖形狀、巖石強(qiáng)度、脆性、孔隙性、硬度、解理、斷口等方面。礦巖爆破性的外在影響因素主要有鉆孔機(jī)械、鉆孔形式、布孔方式、孔網(wǎng)參數(shù)、起爆網(wǎng)絡(luò)、炸藥類型等，同時(shí)還受爆堆形式、爆破塊度及安全間距等要求的影響［5］。

顯然，礦巖本身物理力學(xué)性質(zhì)是最主要的影響因素。礦巖自身物理力學(xué)性質(zhì)主要用以確定巖石單位耗藥量和能否采用大爆破的主要依據(jù)［6］。其中巖石抗壓強(qiáng)度、巖石抗拉強(qiáng)度、巖石結(jié)構(gòu)特征、含水量等特征對(duì)爆破效果有很大的影響，當(dāng)?shù)V巖的密度大、韌性強(qiáng)、整體性較好時(shí)，一般呈現(xiàn)出較難破碎的特點(diǎn)，導(dǎo)致礦巖炸藥單耗較高［7］；當(dāng)巖石密度小，力學(xué)強(qiáng)度低，節(jié)理、層里發(fā)達(dá)，則較易破碎，這類礦巖炸藥單耗較低，一般不宜采用大爆破。巖石分級(jí)按照采礦過程的需要，以量的指標(biāo)對(duì)各種礦巖進(jìn)行等級(jí)劃分，常用的巖石分級(jí)方法有普氏巖石堅(jiān)固性分級(jí)、蘇氏分級(jí)、爆破漏斗等綜合分級(jí)［8］。

2 礦巖爆破性分區(qū)的指標(biāo)選取

爆破分區(qū)是根據(jù)礦山爆破作業(yè)實(shí)際需要而出現(xiàn)的一種改善爆破效果［9］、節(jié)約穿孔爆破成本的管理方法，這種方法是以礦山實(shí)際生產(chǎn)的爆破作業(yè)區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，選擇合適的分區(qū)指標(biāo)建立爆破分區(qū)模型，從而將爆破作業(yè)區(qū)域按照爆破難易程度劃分為不同的爆區(qū)，使礦山生產(chǎn)爆破作業(yè)更為嚴(yán)謹(jǐn)［10］。

露天采場(chǎng)爆破作業(yè)中，大塊率是衡量爆破效果好壞的重要指標(biāo)，它們直接反映了爆破效果及炸藥能量的利用程度［11］。顯然，在礦巖爆破性影響因素中，爆破后礦巖塊度是相對(duì)直觀且較為容易選取的指標(biāo)，故此次爆破分區(qū)研究選用爆破后礦巖塊度作為建立爆破分區(qū)模型的重要指標(biāo)。

考慮到影響爆破塊度的因素很多，實(shí)驗(yàn)人員現(xiàn)場(chǎng)勘查后，決定對(duì)晉寧磷礦東采區(qū)采場(chǎng)底部作業(yè)區(qū)域劃分為12個(gè)100 m×100 m或50 m×100 m的實(shí)驗(yàn)單元，并對(duì)每個(gè)試驗(yàn)單元進(jìn)行同等的單孔爆破試驗(yàn)，最終根據(jù)各試驗(yàn)單元的爆破效果分析研究，試驗(yàn)單元?jiǎng)澐秩鐖D1所示。

圖1 試驗(yàn)單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Diagram of different test blasting strips

基于此，本次爆破分區(qū)的研究分2部分進(jìn)行：一是對(duì)晉寧磷礦東采區(qū)12個(gè)實(shí)驗(yàn)單元的礦巖爆破漏斗體積、爆破塊度組成進(jìn)行爆破性測(cè)定和等級(jí)劃分；二是根據(jù)前期爆破性測(cè)定和等級(jí)劃分結(jié)果，對(duì)晉寧磷礦東采區(qū)進(jìn)行不同爆破區(qū)域劃分，并根據(jù)礦巖塊度對(duì)各個(gè)爆破區(qū)進(jìn)行孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化，最終達(dá)到改善整個(gè)東采區(qū)的爆破效果。

2.1 爆破漏斗與塊度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

在東采區(qū)112—120線2 190 m作業(yè)區(qū)域內(nèi)對(duì)12個(gè)試驗(yàn)單元逐個(gè)進(jìn)行單孔爆破試驗(yàn)，用山特維克DI5505#鉆機(jī)垂直鉆孔，鉆孔直徑152 mm，孔深10 m，單孔裝藥量72 kg，用2#巖石硝銨炸藥，連續(xù)不耦合裝藥，炮泥填塞，雙向起爆。爆破后量取爆破漏斗體積，清理巖塊，進(jìn)行塊度分析［12］。分別稱量，計(jì)算容積，求出大塊（大于300 mm）、小塊（小于50 mm）、平均合格塊度（300 mm～200 mm，200 mm～100 mm，100 mm～50 mm）的百分率。

本文以試驗(yàn)單元5為例進(jìn)行單孔爆破試驗(yàn)，爆破情況如圖2所示，爆破漏斗示意圖如圖3所示（根據(jù)鏟裝統(tǒng)計(jì)得出爆破漏斗的總體積為189 m3），爆破塊度分析結(jié)果如表1所示。

圖2 試驗(yàn)單元5（a）穿孔情況，（b）爆破情況Fig.2 Drilling and blasting results of strip：（a）drilling，（b）blasting

圖3 爆破漏斗示意圖Fig.3 Diagram of blasting crater

表1 巖石塊度及百分率Tab.1 Fragment size and percentage of rock after blasting

2.2 巖石爆破性指數(shù)計(jì)算

根據(jù)爆破漏斗體積、大塊率、小塊率、平均合格率和巖體波阻抗的大量數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的多元回歸分析，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算，最終求得試驗(yàn)單元 5的巖石爆破性指數(shù) N［13］。

式中：V為巖石爆破漏斗體積，189 m3；K1為大塊率，16%；K2為平均合格率，75%；K3為小塊率，9%；ρs為巖石密度，2.6 kg/m3；Cp為巖石縱波聲速，6 500 m/s；e為自然對(duì)數(shù)的底，2.718 28。

以此類推，通過模量識(shí)別，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，最終定出東采區(qū)112—120線2 190 m各區(qū)域巖石爆破性指數(shù)N，如表2所示。

表2 東采區(qū)巖石爆破性分級(jí)表Tab.2 Classification of rock blastabiliy in east block

3 巖石爆破性分區(qū)實(shí)例

3.1 爆破區(qū)劃分及爆破方案選擇

根據(jù)東采區(qū)各區(qū)域作業(yè)實(shí)際，按照前期巖石爆破性指數(shù)N對(duì)本區(qū)域進(jìn)行爆破分區(qū)，112—118線礦石為破碎易爆區(qū)；112—116線含水砂巖區(qū)為極易爆區(qū)；116—120線東幫石英巖、白云巖為中等爆破區(qū)；118—120線礦面蓋板石為堅(jiān)硬黑頁巖、片麻巖，屬難爆區(qū)域；具體分區(qū)情況如圖4所示。

圖4 東采分區(qū)示意圖Fig.4 Blasting partition sketch in east block

按照上述分區(qū)情況，晉寧磷礦充分優(yōu)化生產(chǎn)方式，降低該區(qū)域穿孔爆破成本。首先針對(duì)極易爆破區(qū)域，采用以大功率挖掘機(jī)為主，推土機(jī)、破碎錘為輔的作業(yè)方式，對(duì)東采區(qū)巖層硬度系數(shù)相對(duì)較小的區(qū)域直接進(jìn)行剝離；剩余需爆破區(qū)域根據(jù)穿孔爆破情況不斷優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，最終形成3 m×5 m、3.5 m×8 m、3 m×7 m、4 m×9 m等多種孔網(wǎng)參數(shù)（排距×孔距），并結(jié)合生產(chǎn)需要做5 m、10 m、15 m等不同深度的穿孔設(shè)計(jì)。

3.2 穿孔工藝控制

1）穿孔場(chǎng)地松渣技術(shù)要求：表面覆蓋巖渣平均厚度不超過0.5 m；穿孔臺(tái)階邊緣安全土擋必須滿足最外一排孔的穿孔要求。

2）穿孔作業(yè)場(chǎng)地平整度技術(shù)要求：作業(yè)場(chǎng)地平整度保證鉆機(jī)能夠安全作業(yè)，炸藥車能夠順利進(jìn)入場(chǎng)地；作業(yè)場(chǎng)地局部溝坎相對(duì)高差不超過0.5 m。

3）穿孔設(shè)計(jì)要求：穿孔作業(yè)場(chǎng)地驗(yàn)收合格后，方能進(jìn)行穿孔設(shè)計(jì)和施工；穿孔設(shè)計(jì)以穿孔作業(yè)場(chǎng)地驗(yàn)收結(jié)果為依據(jù)，選取合理的孔距、排距和孔深。

4）晉寧磷礦穿孔作業(yè)參數(shù)要求如表3所示。

表3 穿孔作業(yè)參數(shù)Tab.3 Parameters of blast-hole operation

5）布孔要求：嚴(yán)格按照穿孔設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)布置鉆孔；爆破技術(shù)人員在鉆孔作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置明顯的標(biāo)志牌，注明相應(yīng)區(qū)域的孔距、排距和孔深等參數(shù)；鉆孔布置人員應(yīng)按照標(biāo)志牌上所注明的孔距、排距、孔深等參數(shù)進(jìn)行布置鉆孔，使用皮尺或其他測(cè)量工具進(jìn)行孔位的確定，并設(shè)置明顯的標(biāo)記，便于鉆機(jī)操作工進(jìn)行穿孔作業(yè)。

6）驗(yàn)孔要求：穿孔作業(yè)完成后，雙方爆破技術(shù)人員對(duì)爆破區(qū)域的鉆孔進(jìn)行驗(yàn)收，嚴(yán)格遵守“每孔必驗(yàn)”的原則；炮孔位置水平偏差不超過穿孔設(shè)計(jì)要求的±0.3 m；鉆孔深度偏差要求不超過穿孔設(shè)計(jì)的±0.5 m；沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的鉆孔，須進(jìn)行補(bǔ)孔作業(yè)，直到鉆孔成孔率達(dá)到要求（99%），方能進(jìn)行爆破作業(yè)。

3.3 爆破工藝控制

1）裝藥與填塞：爆破技術(shù)人員需在炸藥到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前到達(dá)爆破施工現(xiàn)場(chǎng)，施工人員按要求擺放好炸藥，爆破技術(shù)人員組織裝藥；裝藥時(shí)輕拿輕放，用木棍或竹棍將炸藥捅到孔底，防止裝藥過程中讓石頭和其他物質(zhì)偶然掉入孔內(nèi)，阻斷炸藥，產(chǎn)生拒爆而影響爆破質(zhì)量；裝藥過程中遇到孔內(nèi)堵塞或者雷管折斷等現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)爆破技術(shù)員匯報(bào)并處理；裝藥中，技術(shù)員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行單孔裝藥量的調(diào)整，合理的利用炸藥，達(dá)到最佳的爆破效果；填塞長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)的要求；炮孔填塞段有水時(shí)，應(yīng)用粗沙或巖屑填塞，防止在填塞過程中形成泥漿或懸空，使炮孔無法填塞密實(shí)；填塞過程中應(yīng)防止中繼雷管掉入孔內(nèi)或?qū)П鼙辉覕啵?4］。

2）爆破網(wǎng)絡(luò)：爆破技術(shù)人員按照設(shè)計(jì)要求布置合理的起爆方向和起爆順序；爆破技術(shù)人員對(duì)爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢查，確定連接無誤，避免因網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤導(dǎo)致盲炮的出現(xiàn)。

3）起爆要求：起爆前，檢查起爆器是否完好正常，起爆器電池能否達(dá)到爆破所需的電壓值；連接主線前，應(yīng)對(duì)導(dǎo)線電阻進(jìn)行檢測(cè)，警戒到位后，再次測(cè)定電阻值，保證網(wǎng)絡(luò)暢通；起爆器應(yīng)放到離炮區(qū)150 m以外的地方，電線長(zhǎng)度不得小于150 m；確保警戒到位，確認(rèn)安全后方能進(jìn)行起爆。

4）爆后檢查：爆后由爆破技術(shù)人員先對(duì)爆破區(qū)域進(jìn)行檢查，檢查完畢確認(rèn)安全后，方能發(fā)出解除警戒的信號(hào)，允許其它施工人員進(jìn)入爆破現(xiàn)場(chǎng)；炮響15 min以后才可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)檢查；爆破技術(shù)人員進(jìn)入爆破區(qū)域前首先應(yīng)切斷起爆器電源；發(fā)現(xiàn)盲炮或懷疑有盲炮，應(yīng)立即報(bào)告并及時(shí)處理［15］。

5）爆破質(zhì)量驗(yàn)收：爆破后能開挖到設(shè)計(jì)高程，根底的高度≤1 m；爆破巖堆寬度適宜，爆堆集中且有一定寬度、松散度；主爆區(qū)的爆堆高度適宜挖裝并能保證挖裝安全，爆堆前沖不能過大。檢查爆堆是否穩(wěn)定，有無危坡、危石，根據(jù)實(shí)際情況并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理；飛石距離滿足設(shè)計(jì)要求；爆堆開挖后，爆區(qū)內(nèi)無高于2 m的隔墻出現(xiàn)。

3.4 爆破效果

晉寧礦東采區(qū)采場(chǎng)底部自2015年實(shí)施爆破性分區(qū)以來，一定程度上解決了穿孔、爆破量大，同時(shí)也緩解了生產(chǎn)成本壓力大的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，東采區(qū)2015年上半年共完成爆破970 567.8 m3，完成剝離1 293 277.6 m3，爆破與剝離比由計(jì)劃的88%降低至75%，節(jié)約爆破費(fèi)用809 105元。

另一方面，通過實(shí)施爆破分區(qū)，特別是東幫臨近邊坡的光面爆破的實(shí)施，有效改善采場(chǎng)形象。

4 結(jié) 語

巖石爆破性分區(qū)的研究利用，有效解決了晉寧磷礦東采區(qū)爆破量占剝離量的比例過高的問題，實(shí)踐證明，爆破性分區(qū)方法科學(xué)、實(shí)用，一定程度上可降低礦山穿孔爆破費(fèi)用。

同時(shí)，爆破分區(qū)的成功實(shí)施必須具備以下條件：合理的分區(qū)指標(biāo)選??；多種孔網(wǎng)參數(shù)的研究；嚴(yán)格的穿孔、爆破工藝控制。