姜漢磊,藺永偉,黃金龍,閆 崠,霍明亮
(1.撫順礦業(yè)集團(tuán) 東露天礦,遼寧 撫順113003;2.撫順礦業(yè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,遼寧 撫順113003)
撫順東露天礦自2006 年建礦以來(lái),爆破作業(yè)一直沿用撫順西露天礦開(kāi)采時(shí)期的爆破作業(yè)方案?,F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中,爆破后塊度不均勻、斷爆拒爆頻繁發(fā)生、爆破單耗居高不下等不利因素對(duì)礦山的安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效果影響不斷增大。隨著礦山開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大和國(guó)家、行業(yè)對(duì)爆破作業(yè)安全、質(zhì)量要求的不斷提高,繼續(xù)沿用原有的爆破作業(yè)技術(shù)已無(wú)法與東露天礦發(fā)展建設(shè)相適應(yīng)。因此,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,優(yōu)化爆破作業(yè)方案,努力提高爆破作業(yè)安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效果已成為生產(chǎn)技術(shù)人員必須攻克的難題。
撫順東露天礦2019 年爆破量達(dá)到2 187 萬(wàn)m3。使用的鉆孔設(shè)備為YQ-150A(鉆孔直徑150 mm)和SWDD-165(鉆孔直徑165 mm)2 種型號(hào)的履帶式潛孔鉆機(jī)。爆破方法:露天臺(tái)階深孔排間微差松動(dòng)爆破。布孔方式:三角形布孔[1]。起爆方法:導(dǎo)爆管起爆法。起爆順序:地表斜線延時(shí)起爆,孔內(nèi)反向起爆或多點(diǎn)起爆。工業(yè)炸藥使用露天二號(hào)巖石乳化炸藥(GB 18095—2000 乳化炸藥)。乳化炸藥性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
裝藥結(jié)構(gòu)采用孔底連續(xù)裝藥。起爆網(wǎng)路采用的是導(dǎo)爆管毫秒起爆網(wǎng)路。孔內(nèi)1 段導(dǎo)爆管雷管,孔外用4 段毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管。排間微差爆破起爆網(wǎng)絡(luò)圖如圖1。
東露天礦標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階臺(tái)階技術(shù)參數(shù):臺(tái)階高度H為8 m;臺(tái)階坡面角θ 為75°;孔距a 為6 m,排距b為4 m;炮孔密集系數(shù)1.5;超深h 為0.5 m;孔深L為8.5 m;裝藥長(zhǎng)度L1為4.2 m;填塞長(zhǎng)度L2為4.3 m;單孔裝藥量Q 為42 kg。
表1 乳化炸藥性能指標(biāo)
圖1 排間微差爆破起爆網(wǎng)絡(luò)圖
1)排間微差爆破,每排炮孔同時(shí)起爆,排間各炮孔起爆后拋擲方向一致,各炮孔爆破拋出巖塊橫向碰撞、擠壓二次作用較小,炸藥能量利用率低,爆后易產(chǎn)生大塊。
2)鉆孔直徑165 mm 和150 mm,使用袋裝乳化炸藥規(guī)格為藥包高0.7 m,藥包直徑110 mm。標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階孔深8.5 m,裝入6 個(gè)藥包,理論裝藥高度為4.2 m,填塞高度4.3 m,由于乳化炸藥質(zhì)地松軟,在采用底部連續(xù)裝藥方式時(shí),由于鉆孔與藥包之間存在直徑為55 mm(SWDD-165 鉆機(jī))和40 mm(YQ-150 鉆機(jī))空隙,松軟藥包在孔底產(chǎn)生堆積,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際用量孔繩測(cè)算,裝入孔內(nèi)的藥包高度平均壓縮到0.55 m 左右,標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階實(shí)際裝藥高度壓縮到3.3 m,填塞高度在填滿孔口情況下可達(dá)5.2 m。藥柱集中于孔底,藥柱區(qū)域炮孔受填塞物擠壓近似于耦合裝藥,炸藥爆炸后對(duì)孔壁應(yīng)力作用集中,造成底部爆后巖塊過(guò)度松碎,上部由于填塞距離自然增長(zhǎng),遠(yuǎn)離炸藥區(qū)域易出現(xiàn)大塊。
起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)不合理,孔內(nèi)采用瞬發(fā)雷管,孔外采用4 段毫秒延期雷管,地表傳爆雷管延期時(shí)間大于孔內(nèi)起爆雷管延期時(shí)間。起爆后,點(diǎn)燃陣面距離不夠,起爆后先爆炮孔產(chǎn)生的爆破震動(dòng)引起巖體位移、錯(cuò)動(dòng),對(duì)后面未引爆的網(wǎng)路和炮孔造成沖擊,挫斷導(dǎo)爆管阻斷傳爆造成斷爆、拒爆事故發(fā)生。
站場(chǎng)工程大規(guī)模爆破作業(yè)時(shí),多排孔起爆作業(yè)時(shí),同段起爆藥量較大,對(duì)站場(chǎng)周?chē)ㄖ驮O(shè)施保護(hù)不利。
1)孔網(wǎng)參數(shù)選擇不合理,孔距6 m,行距4 m,鉆孔密集系數(shù)m=1.5[2];按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),鉆孔密集系數(shù)取值范圍1~1.5;密集系數(shù)達(dá)到上限值1.5;取值偏大。
2)不耦合爆破作業(yè)廣泛應(yīng)用于邊坡到界時(shí)的預(yù)裂爆破、緩沖爆破和光面爆破作業(yè),其目的是降低爆破能量,保護(hù)邊坡不受損傷[3]。在露天深孔松動(dòng)爆破作業(yè)一般不采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。東露天礦受限于鉆機(jī)規(guī)格和藥包規(guī)格,臺(tái)階松動(dòng)爆破作業(yè)實(shí)質(zhì)上是采用不耦合裝藥,并且鉆孔直徑與藥包直徑不耦合系數(shù)過(guò)大,作用于孔壁的應(yīng)力波能量造成一定削弱,炸藥能量造成損耗。
逐孔起爆技術(shù)在國(guó)外露天礦山深孔臺(tái)階松動(dòng)爆破中已被廣泛采用,在我國(guó)大型露天礦已有成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。起爆不是傳統(tǒng)意義上的排間微差爆破[4],而是控制排相鄰炮孔按照設(shè)計(jì)的時(shí)間間隔逐孔依次起爆,同時(shí)雁型列相鄰炮孔也以另一時(shí)間間隔依次起爆。這樣每個(gè)炮孔至少擁有了3 個(gè)自由面。自由面的多少是影響爆破作業(yè)效果的重要因素,因此逐孔起爆技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)逐排起爆技術(shù)的炸藥單耗更低,在相同單耗的情況下所取得的爆破效果更好,爆破后礦巖塊度更小。
逐孔起爆與排間微差起爆比較,具有以下特點(diǎn):①先起爆炮孔為后爆相鄰炮孔多創(chuàng)造1 個(gè)自由面,能大幅度地提高爆破炸藥的能量,提高效率;②爆炸應(yīng)力波沿多自由面充分反射,加強(qiáng)礦巖破碎;③相鄰炮孔爆破的礦巖相互碰撞、擠壓,增強(qiáng)礦巖二次破碎,可降低爆破塊度,大塊率低,二次爆破量少,能較大地提高其后繼(采裝和運(yùn)輸)工作效率;④同段最大起爆藥量小,能有效地控制和減少震動(dòng)、沖擊波和飛石等危害效應(yīng)。
采用阿特拉斯PD-45 鉆機(jī)(鉆孔直徑115 mm)替代YQ-150 和SWDD-165 鉆機(jī)。乳化炸藥采用規(guī)格為質(zhì)量4 kg、直徑90 mm 藥包替代質(zhì)量7 kg、直徑110 mm 藥包。減少炮孔直徑和藥包直徑間隙,減小不耦合系數(shù)。包裝采用塑料布替代塑料編織袋,新包裝藥包具有一定抗變形強(qiáng)度。提高填塞后孔內(nèi)裝藥高度。
多排孔爆破時(shí),將鉆孔排距由4 m 擴(kuò)大至4.5 m,鉆孔密集系數(shù)由1.5 調(diào)整為1.33,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析,爆破后爆堆破塊度更加均勻。
按照逐孔起爆技術(shù)重新設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)絡(luò)。以標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階4 排炮孔為例,計(jì)算出控制排和雁行列使用的高精度導(dǎo)爆管雷管延期時(shí)間。
控制排(孔間)時(shí)間間隔按照式(1)[5]進(jìn)行計(jì)算。
式中:△t1為控制排孔間延期時(shí)間,ms;k1為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),ms/m;a 為孔距,m。
k1取值范圍3~8 ms/m,硬巖取小值,軟巖取大值,當(dāng)巖體為硬巖但節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí),應(yīng)取大值;a值為6 m。將k1和a 代入式(1)得△t1取值范圍在18~48 ms。根據(jù)高精度導(dǎo)爆管雷管地表管段別:9、17、25、42、65、100 ms;可確定綠土臺(tái)階爆破選取25 ms 延期雷管;富礦臺(tái)階爆破選取42 ms 延期雷管。
雁行列(排間)時(shí)間間隔隔按照式(2)進(jìn)行計(jì)算。
式中:△t2為雁行列(排間)延期時(shí)間,ms;k2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),ms/m;b 為排距,m。
k2取值范圍10~16 ms/m,硬巖取小值,軟巖取大值,當(dāng)巖體為硬巖但節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí),應(yīng)取大值;b值為4.5 m。將k2和b 代入式(2)得△t2取值范圍在45~72 ms。根據(jù)高精度導(dǎo)爆管雷管地表管段別:9、17、25、42、65、100 ms;可確定綠土、富礦均選取65 ms 延期雷管。
計(jì)算點(diǎn)燃陣面距離,爆破設(shè)計(jì)選用400 ms 延期孔內(nèi)雷管。
爆破參數(shù)見(jiàn)表2。布孔方式:三角形布孔。起爆網(wǎng)絡(luò)。采用高精度導(dǎo)爆管雷管連接,主控排孔間采用25 ms 間隔,雁型列排間采用65 ms 間隔??變?nèi)都采用400 ms 延期的高精度導(dǎo)爆管雷管。起爆網(wǎng)絡(luò)如圖2。
表2 爆破參數(shù)表
圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)圖
按照薩道夫斯基公式計(jì)算質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度。
式中:Qmax為齊爆藥量,72 kg ( 4 排炮孔作業(yè),最大同段孔數(shù)為2 個(gè),最大同段藥量為72 kg);K、α 為與巖性相關(guān)的系數(shù), 油母頁(yè)巖富礦硬度系數(shù)f=2.5~4.5,屬于中硬巖,則K=200,α=1.6;R 為離爆點(diǎn)距離,取150 m。
由式(3)得V=200(3√72/150)^1.6=0.65 cm/s。原設(shè)計(jì)同段最大藥量[6]為168 kg,代入式(1)得V=1.01 cm/s。一般性設(shè)施爆破質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度[7]允許值為小于0.9~1.5 cm/s,優(yōu)化后爆破設(shè)計(jì)質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度值遠(yuǎn)小于允許值,降震效果明顯。
爆破方案對(duì)比表見(jiàn)表3。
優(yōu)化后爆破方案優(yōu)點(diǎn):①通過(guò)減小鉆孔直徑,改變藥包規(guī)格,減小鉆孔與藥包之間間隙距離,提高孔內(nèi)裝藥藥柱高度,炸藥在孔內(nèi)分布更加均勻,有利于降低大塊率,減少粉礦率;②減小孔徑,降低鉆機(jī)鉆孔成本,提高鉆孔作業(yè)效率;③提高爆破率2.3 m3/m,減少穿孔延米用量,壓縮鉆機(jī)作業(yè)時(shí)間;④降低同段最大起爆藥量,減小爆破震動(dòng);⑤爆破單耗降低40 g/m3,降低爆破成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn):采用高精度導(dǎo)爆管雷管,成本增加。
表3 爆破方案對(duì)比表
通過(guò)對(duì)比分析,優(yōu)化后的爆破方案在降低大塊率和粉礦率[8]效果明顯;爆破網(wǎng)絡(luò)安全可靠,基本杜絕斷爆、拒爆事故發(fā)生;降低爆破單耗,提高爆破率,經(jīng)濟(jì)效果明顯。
撫順東露天礦立足采場(chǎng)爆破作業(yè)實(shí)際,通過(guò)工程、工藝改進(jìn)及新技術(shù)的推廣應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)爆破方案優(yōu)化,解決了現(xiàn)場(chǎng)爆破作業(yè)中的實(shí)際難題。隨著新爆破方案的推廣應(yīng)用,東露天礦爆破作業(yè)大塊率由9%下降到2%以下;富礦粉礦率由13%下降到6.5%以下(富礦粒度小于15 mm 為粉礦);減少炸藥使用800 t(年爆破量按2 000 m3計(jì)算),提高了經(jīng)濟(jì)效益。