胡國斌 張金鐘 李延龍 盧二偉 祁澤鋒

摘要：針對謙比希銅礦大斷面掘進爆破超（欠）挖、斷面成型差、進尺不足的問題，通過改變炮孔設計中掏槽空孔數(shù)量、掏槽孔位置，減小周邊孔孔距，增加周邊排與輔助排間不裝藥孔的方式等對爆破方案進行優(yōu)化改進，并在實際掘進爆破中應用，記錄統(tǒng)計多次爆破效果，將改變前后的爆破效果對比得出了適合礦山大斷面掘進爆破的最優(yōu)參數(shù)為：周邊孔孔距700 mm，密集系數(shù)0.7，排距1 000 mm。優(yōu)化后的爆破方案解決了礦山大斷面掘進爆破中存在的問題，對于礦山井巷爆破工程的質(zhì)量控制具有重要意義。

關鍵詞：大斷面;掘進爆破;斷面成型;進尺;掏槽空孔;周邊孔;質(zhì)量控制

中圖分類號：TD23文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2020）06-0036-04?doi：10.11792/hj20200608

引?言

中色非洲礦業(yè)有限責任公司謙比希銅礦（下稱“謙比希銅礦”）位于贊比亞銅帶省基特韋市謙比希鎮(zhèn)，主要由主礦區(qū)、西礦區(qū)和東南礦區(qū)3個礦區(qū)組成。東南礦區(qū)礦體傾角緩、厚度薄、埋深大，上覆巨厚的含水層，且地表有當?shù)刂饕芳捌渌匾牡孛嬖O施需要保護，開采難度大[1]。

目前東南礦區(qū)掘進施工使用的是山特維克DD422i雙臂鑿巖臺車，爆破使用的炸藥是南非AEL公司提供的現(xiàn)場混裝乳化炸藥，裝藥使用美國GETMAN公司的裝藥臺車，裝藥作業(yè)可實現(xiàn)單孔定量裝藥。大斷面（寬×高為9 m×5 m）掘進爆破后出現(xiàn)以下問題：①爆破存在一定程度的超（欠）挖現(xiàn)象，且底板欠挖，施工達不到設計位置的現(xiàn)象較多;②爆破進尺不足，實際爆破進尺與設計炮孔深之比低于80 %;③巷道成型較差，影響后續(xù)出渣、支護作業(yè)，增加采掘成本。針對以上問題，通過研究現(xiàn)有爆破設計，對掏槽方式、周邊孔排距、炮孔數(shù)量進行優(yōu)化，使用優(yōu)化后的設計進行鑿巖爆破作業(yè)，經(jīng)大量現(xiàn)場應用，對比優(yōu)化前后的爆破效果，證實了優(yōu)化后的爆破設計可解決上述問題。

1?工程概況

謙比希銅礦東南礦區(qū)是中色非洲礦業(yè)有限公司謙比希銅礦的3大主礦區(qū)之一。謙比希銅礦床為大型沉積型銅礦床，礦區(qū)東西長6 km，南北寬5 km，面積30 km2。礦床具有礦石品位高，礦體分布范圍廣，礦化帶分布規(guī)律性強等特點，資源儲量較大。該礦山為新建礦山，是中色非洲礦業(yè)有限責任公司大型銅礦原料基地，采用豎井開拓方式，設計建設規(guī)模為330萬t/a。礦床為層控型礦床，礦體與圍巖一并經(jīng)受褶皺作用，總體走向NW，基本與褶皺軸向一致，傾向NE，傾角5°～20°，屬于緩傾斜中厚礦體，平均厚度為9.63 m，礦體沿走向、傾向延伸較穩(wěn)定。上盤圍巖為以泥質(zhì)石英巖為主的淺變質(zhì)巖，埋深497.15～986.45 m，厚度13.98～102.50 m，巖石結構致密、完整;下盤圍巖為礫巖和石英巖，埋深576.77～1 022.45 m，厚度4.27～43.83 m，礫巖由各種圓狀至次棱角狀的礫石構成，膠結致密，下盤巖石均堅硬、完整。

東南礦區(qū)礦巖質(zhì)量穩(wěn)定性分級為：礦化板巖均屬于第Ⅲ～Ⅳ級巖體，上盤石英巖和下盤石英巖均屬于Ⅱ級巖體，基底花崗巖和下盤礫巖均屬于Ⅱ級巖體;同一類型的巖體質(zhì)量存在一定的差異，是由于同類巖體的賦存條件不同所致[2]。

由于東南礦區(qū)特殊的礦體賦存條件，目前，其采礦方法有以下幾種：

1）分層進路采礦法。礦體厚度6～12 m時，采用該采礦方法。

2）中深孔落礦充填采礦法。根據(jù)礦體厚度的不同，將該方法分為2種：①厚度12～20 m，上分層采用進路采礦法（斷面寬×高為9 m×5 m），下分層采用下向中深孔法;②厚度大于20 m，采用上向中深孔法，在礦體底部的鑿巖巷施工上向中深孔。

3）全面采礦法及房柱采礦法。厚度小于6 m，采用礦房礦柱布置。

2?原爆破設計參數(shù)及存在問題

2.1?爆破設計參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)有爆破設計方案，掘進斷面為矩形斷面，采用山特維克DD422i雙臂鑿巖臺車鉆孔，采用直孔掏槽方式。具體炮孔設計和參數(shù)分別見圖1和表1。

炸藥使用AEL公司提供的現(xiàn)場混裝乳化炸藥，采用GETMAN公司的裝藥臺車進行機械化裝藥，掏槽孔和底孔填塞長度0.7 m，輔助孔和周邊孔填塞長度0.9 m，炸藥單耗3.3～4.0 kg/m3?？變?nèi)采用單發(fā)毫秒微差導爆管雷管，裝于孔底起爆，采用導爆索將所有孔內(nèi)引出的導爆管并聯(lián)，主起爆雷管為數(shù)碼雷管，采用專用起爆器起爆。雷管段位布置見圖2。其中，0～8段間微差時間100 ms，9～14段間微差時間250 ms，15段及以上的段間微差時間500 ms。

2.2?存在問題

1）掘進爆破參數(shù)設計不合理，致使斷面成型差，斷面不規(guī)則，超（欠）挖問題較為突出。

2）設計為矩形斷面，致使爆破后頂板巖石層理結構破壞，造成頂板不穩(wěn)定，需要支護工作量較大。

3）巖性條件變化大，采用固定位置的掏槽孔，未能因地制宜地進行掏槽孔位置調(diào)整。

3?爆破設計優(yōu)化

3.1?炮孔設計參數(shù)

1）周邊孔孔距（a）。本文根據(jù)經(jīng)驗公式[3]確定：

式中：d為炮孔直徑，取45?mm。

經(jīng)計算：a=360～810 mm。根據(jù)礦山實際情況，本次設計取a=700 mm。

2）周邊孔密集系數(shù)（m）。炮孔密集系數(shù)決定了爆破塊度，東南礦區(qū)礦體礦化板巖巖體質(zhì)量穩(wěn)定性分級為Ⅲ～Ⅳ級，結合國內(nèi)類似工程，取m=0.7。

3）周邊孔排距。根據(jù)經(jīng)驗公式m=a/W，得到W=1 000 mm，即排距為1 000 mm。同時，為了解決底板欠挖問題，將底孔與第二排排距設計為600 mm。

4）為了減弱周邊孔爆破沖擊對邊幫和頂板的破壞，在周邊孔與輔助孔中間布置一排炮孔，但不裝藥。

3.2?炮孔斷面形狀

該礦床為層控型礦床，礦巖交界面非常明顯，根據(jù)礦山采場回采設計，礦體頂板為傾斜狀。因此，為保證采場爆破后的頂板穩(wěn)定性，利用礦體本身的層理結構，將采場炮孔斷面設計為梯形，這樣爆破后既沒有破壞采場頂板原有層理結構，也有助于形成規(guī)整斷面。某盤區(qū)部分礦體縱剖面見圖3。

3.3?掏槽方式

掏槽爆破的目的是盡可能地創(chuàng)造巖石破碎補償空間和自由面，為其他炮孔爆破提供條件。掏槽爆破質(zhì)量是提高巷道進尺的關鍵影響因素之一[4-5]?？湛卓梢栽鰪姂袑蜃饔?，孔徑越大越明顯，且槽腔巖石破碎范圍越大，越有利于發(fā)揮自由面效應，為后爆炮孔提供充足的補償空間。因此，合理布置空孔，對于改善掏槽爆破效果具有重要作用。

原炮孔設計中，掏槽孔空孔數(shù)為4個，布置方式為中間布置1個裝藥孔，4個空孔布置在以中間裝藥孔為中心的正方形的4個頂點上。東南礦區(qū)采用的掘進鑿巖設備為山特維克DD422i雙臂鑿巖臺車，其鉆桿全長為5.5 m，有效長度為5.2 m，炮孔設計中為提高設備利用率，同時考慮作業(yè)面不平整度，孔深設計4.9 m。在實際鑿巖過程中，多次發(fā)生中間裝藥孔與空孔穿透的現(xiàn)象，導致在裝藥過程中中間裝藥孔部分炸藥流入空孔中，造成爆破時炸藥能量損失，難以獲得較好的爆破效果，進尺較低。因此，將中間裝藥孔也設計為空孔。

3.4?掏槽孔位置

原有炮孔設計掏槽孔只設計了一個位置，由于操作工人操作水平有限，無法根據(jù)作業(yè)面巖石條件選擇不同的位置作為掏槽孔位，因此經(jīng)常出現(xiàn)以下幾種現(xiàn)象：

1）爆破后作業(yè)面掏槽孔位置較破碎，造成下次鑿巖掏槽孔鉆鑿質(zhì)量較差，引起裝藥質(zhì)量不佳，爆破效果較差。

2）巖性的變化引起爆破前后2次作業(yè)面同一位置的巖石質(zhì)量差異，下次掏槽孔位置巖石質(zhì)量較差，導致掏槽孔鑿巖質(zhì)量不佳，最終爆破效果差。

為解決上述問題，在炮孔設計中將掏槽孔位置設計為3種：中間、左側(cè)、右側(cè)。操作工人鑿巖前根據(jù)作業(yè)面巖石質(zhì)量情況選擇使用不同位置的掏槽孔，保證掏槽孔質(zhì)量。優(yōu)化后的炮孔設計見圖4。

3.5?應用效果

優(yōu)化前實際斷面輪廓與設計斷面輪廓工程對比見圖5。

從圖5可以看出，優(yōu)化前最大線性超挖量為0.91 m，最大線性欠挖量為0.65 m，超（欠）挖較嚴重，且斷面成型較差。

優(yōu)化后實際斷面輪廓與設計斷面輪廓工程對比見圖6。

從圖6可以看出，優(yōu)化后最大線性超挖量為0.34 m，最大線性欠挖量為0.13 m，平均線性超（欠）挖量降低了50 %，且斷面爆破后成型較好，解決了底板欠挖問題。

4?結?語

通過優(yōu)化炮孔設計參數(shù)，改變掏槽方式、增加不同掏槽孔位置，在周邊孔與輔助孔間增加1排不裝藥孔的方式，爆破效果得到明顯改善，工程質(zhì)量提高顯著，爆破成型效果良好，平均線性超（欠）挖量降低50 %。

本次只針對超（欠）挖、巷道成型、工程質(zhì)量、爆破進尺問題進行了炮孔參數(shù)設計優(yōu)化，且考慮文章篇幅有限，只選取個別應用實例說明，未從裝藥結構和裝藥量進行優(yōu)化，建議后續(xù)從裝藥結構和裝藥量對爆破技術進行進一步研究。

[參 考 文 獻]

[1]?蔣先堯，邢鵬，李延龍，等.謙比希銅礦井下開采智能管控系統(tǒng)建設及應用[J].黃金，2019，40（1）：43-47.

[2]?章林，儀海豹，楊海濤，等.謙比希銅礦東南礦區(qū)巷道掘進爆破改進思路及控制措施[J].金屬礦山，2019（5）：48-55.

[3]?邢彪，張振.超大斷面隧道光面爆破施工技術研究[J].低碳世界，2018（3）：252-253.

[4]?楊國梁，馮棟凱，冀文歡，等.不同掏槽形式成腔過程比較數(shù)值分析[J].爆破，2015，32（2）：59-63.

[5]?單仁亮，黃寶龍，蔚振廷，等.巖巷掘進準直眼掏槽爆破模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2012，31（2）：256-264.