蘇 丹 曹萬寶 吳和平

（1.湖南辰州礦業(yè)有限責(zé)任公司；2.鑫達(dá)金銀開發(fā)中心有限責(zé)任公司）

我國(guó)淺部資源已經(jīng)面臨枯竭，許多礦山的開采已經(jīng)進(jìn)入深部，深采礦往往面臨著“三高一擾動(dòng)”的挑戰(zhàn)。深部開采工程處于高地應(yīng)力環(huán)境下［1］，由重力引起的原巖應(yīng)力就可以達(dá)到20 MPa左右（埋深800～1 000 m）［2］。工程開挖所引起的應(yīng)力集中水平（＞40 MPa）遠(yuǎn)大于工程巖體的強(qiáng)度，采場(chǎng)爆破產(chǎn)生的爆破振動(dòng)也會(huì)對(duì)采場(chǎng)形成動(dòng)力擾動(dòng)［3］。有研究表明，微差起爆有助于爆破過程中應(yīng)力波的疊加，延長(zhǎng)巖石間碰撞時(shí)間，降低爆破振動(dòng)，減少對(duì)周圍巖體的影響［4］。同時(shí)能夠改善爆破效果，減少大塊的產(chǎn)生，降低二次破碎的成本，提升資源回收效益［5-6］。

某礦開采深度逐年增加，現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入深部采礦階段，由巖石自重產(chǎn)生的地應(yīng)力逐漸增加。由于地下采掘工程的不斷拓展，導(dǎo)致應(yīng)力集中程度更加明顯。爆破振動(dòng)和高應(yīng)力水平的相互作用，對(duì)采場(chǎng)的安全性和穩(wěn)定性影響較大。礦山進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，探究單排孔及雙排孔微差起爆產(chǎn)生的效果，以得到更加適合礦山高應(yīng)力采場(chǎng)的爆破方案。

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)在深部采場(chǎng)選擇6個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試，結(jié)果見表1。6個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂直應(yīng)力分量σz表現(xiàn)為隨埋深增加而明顯增大，28平-1#測(cè)點(diǎn)（埋深約655 m）垂直應(yīng)力分量為6.698 MPa，32平-2#、3#測(cè)點(diǎn)（埋深約750 m）的垂直應(yīng)力分量約10 MPa，而埋深超過930 m的4#～6#測(cè)點(diǎn)的垂直應(yīng)力分量均達(dá)到30 MPa左右；垂直應(yīng)力分量隨深度變化的規(guī)律可擬合為公式σz=0.092 5h－56.891。

綜合6個(gè)測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力分量可以發(fā)現(xiàn)，在32平以上測(cè)點(diǎn)（1#～3#測(cè)點(diǎn)）的水平構(gòu)造應(yīng)力占優(yōu)；而之下的40平中段自重應(yīng)力占優(yōu)。據(jù)此推測(cè)在32平～40平中段存在一個(gè)由水平構(gòu)造應(yīng)力占優(yōu)向自重應(yīng)力占優(yōu)轉(zhuǎn)化的深度范圍。礦區(qū)側(cè)壓系數(shù)范圍為4.22～0.79，該范圍與我國(guó)大陸區(qū)域的側(cè)壓力系數(shù)分布規(guī)律基本一致。由于本次測(cè)量的測(cè)點(diǎn)大多位于埋深較大的深部礦區(qū)，應(yīng)力分量中存在較大的剪應(yīng)力，按照莫爾-庫(kù)侖理論，巖體的破壞通常是由于剪切破壞引起的。在高應(yīng)力條件下由脆性向延性轉(zhuǎn)化的巖石較為明顯。

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礦區(qū)有6條工業(yè)礦體平行展布，東西走向長(zhǎng)50～300 m，傾斜延伸1 100～2 000 m以上，傾角26°～35°，平均脈幅0.2～2.0 m，局部較厚，達(dá)4 m以上。隨著礦體向下延伸，礦體產(chǎn)狀變化較大，表現(xiàn)在傾角上由緩傾斜到傾斜進(jìn)而變化到急傾斜，脈幅漸薄，但品位漸高。礦體整體為緩傾斜薄礦體，地質(zhì)賦存條件簡(jiǎn)單，礦體、圍巖中等穩(wěn)固。采場(chǎng)地壓較大，爆破振動(dòng)對(duì)采場(chǎng)的穩(wěn)定性影響較大。

2 爆破試驗(yàn)方案

為探究高地應(yīng)力采場(chǎng)的最優(yōu)起爆方式，選定某礦的3個(gè)采場(chǎng)（3449采場(chǎng)、3287采場(chǎng)、4145采場(chǎng)）進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，采用MINIMATE PRO6型爆破振動(dòng)測(cè)試設(shè)備對(duì)試驗(yàn)采場(chǎng)和對(duì)比采場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過3個(gè)采場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)爆破效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)爆破效果、大塊率、爆破振動(dòng)以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行對(duì)比，從而探究適合本采區(qū)高應(yīng)力采場(chǎng)的最優(yōu)起爆方式。

2.1 3449采場(chǎng)

3449采場(chǎng)使用的是礦山傳統(tǒng)的非微差起爆方式，一次爆破2 m，爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)距離28 m，最大單響藥量2.4 kg。

2.2 3287采場(chǎng)

3287采場(chǎng)進(jìn)行單排孔微差爆破試驗(yàn)，多排孔一次起爆，毫秒延期起爆可以有效控制爆破后的塊度，將爆破有害效應(yīng)控制在安全范圍之內(nèi)［7］。采場(chǎng)爆破長(zhǎng)度為10 m；采用光面爆破，光爆孔深3.3 m，孔徑42 mm，采礦進(jìn)尺2.2 m。監(jiān)測(cè)距離40 m；最大單響藥量11.2 kg。多排孔一次起爆，孔間延期為25 ms。

2.3 4145采場(chǎng)

4145采場(chǎng)使用雙排孔微差爆破試驗(yàn)，采用單段雙排毫秒微差起爆，采場(chǎng)爆破長(zhǎng)度為6 m，監(jiān)測(cè)距離23.5 m，最大單響藥量11.2 kg。雙排孔排間延期時(shí)間為25 ms

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 大塊率

3449傳統(tǒng)爆破采場(chǎng)中大塊較明顯，3287和4145實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)中均無60 cm以上的大塊，在4145采場(chǎng)中60 cm以下的大塊數(shù)量也比3287采場(chǎng)少。爆破后塊度統(tǒng)計(jì)見表2。

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試驗(yàn)采場(chǎng)平均大塊數(shù)約為對(duì)比采場(chǎng)的一半，且沒有出現(xiàn)超過70 cm的特大塊。說明了使用微差起爆對(duì)改善爆破塊度是有效果的，雙排起爆采場(chǎng)的大塊少于一次多排起爆的采場(chǎng)，證明雙排起爆對(duì)改善爆破塊度的效果更好。

3.2 爆破振動(dòng)

（1）3287實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)最大振動(dòng)速度為10.03 mm/s，發(fā)生在0.131 s。監(jiān)測(cè)詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。

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（2）4145實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)最大振動(dòng)速度為26.31 mm/s，發(fā)生在0.029 s，監(jiān)測(cè)詳細(xì)數(shù)據(jù)見表4。

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（3）3449對(duì)比采場(chǎng)最大振動(dòng)速度為10.67 mm/s，發(fā)生在0.160 s，監(jiān)測(cè)詳細(xì)數(shù)據(jù)見表5。

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根據(jù)薩道夫斯基爆破振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)公式，基于以上測(cè)試數(shù)據(jù)，推算出當(dāng)3449對(duì)比采場(chǎng)中炸藥量為11.2 kg時(shí)，距離爆炸中心22，40和23.5 m處質(zhì)點(diǎn)的爆破振動(dòng)速度分別為30.92，13.39和29.25 mm/s。3287實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)在距離爆炸中心40 m處的最大振動(dòng)速度為10.03 mm/s；4145實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)在距離爆破中心23.5 m處的最大振動(dòng)速度為26.31 mm/s。在距離爆炸中心40 m處，3287實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)的爆破振動(dòng)速度小于3499采場(chǎng)，在距離爆炸中心23.5 m處，4145采場(chǎng)的振動(dòng)振動(dòng)速度也小于3499采場(chǎng)。結(jié)果表明，微差起爆有利于降低爆破振動(dòng)。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較可知，采場(chǎng)應(yīng)用毫秒微差爆破技術(shù)，大塊率降低了50%，爆破振動(dòng)減少了3～4 mm/s，雙排起爆可以更好地降低爆破后大塊的形成。第一段起爆藥包基本不存在爆轟波疊加，會(huì)造成振動(dòng)速度峰值相對(duì)較大，在具體布孔時(shí)，可由減少第一段起爆炸藥量來控制整個(gè)爆破振動(dòng)。而雙排起爆具有更好的實(shí)用性，在降低爆破振動(dòng)和控制大塊率的同時(shí)，一次起爆量大，可以減少準(zhǔn)備工作時(shí)間［8］。對(duì)于這2種不同的微差起爆方式，可以根據(jù)實(shí)際爆破礦體的厚度來決定。在厚度相對(duì)較大的礦脈進(jìn)行爆破時(shí)，可采用單段雙排毫秒微差起爆。

4 結(jié)語

用毫秒微差爆破開采深部高應(yīng)力緩傾斜薄礦體，減少了作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間，提高了勞動(dòng)效率，使整個(gè)工作面暴露時(shí)間縮短，有利于控制頂板穩(wěn)定，且爆破效果較好。礦脈較薄的采場(chǎng)可以采用一次起爆微差爆破，降低爆破振動(dòng)的同時(shí)較少采場(chǎng)大塊的產(chǎn)生；在礦體稍厚的采場(chǎng)采用單段雙排毫秒微差起爆，可以提高一次爆破量，適應(yīng)高地應(yīng)力下的礦脈開采。