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。

1 撫順東露天礦爆破技術(shù)現(xiàn)狀

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

2 爆破技術(shù)存在問(wèn)題及原因

2．1 爆堆塊度不均勻

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。

2．2 斷爆和拒爆經(jīng)常發(fā)生及爆破震動(dòng)影響

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。

2．3 爆破單耗大成本超標(biāo)

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。

3 改進(jìn)的技術(shù)措施

3．1 推廣使用逐孔起爆技術(shù)

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)。

3．2 應(yīng)用小孔徑鉆機(jī)和小直徑藥包

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。

3.3 調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)和優(yōu)化起爆網(wǎng)絡(luò)

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。

4 優(yōu)化后爆破方案

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。

5 優(yōu)化爆破方案效果評(píng)價(jià)

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。

6 結(jié) 語(yǔ)

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。