洪葉榮，范玉乾，喻智

(1.廣東省廣晟資產(chǎn)經(jīng)營有限公司，廣東 廣州 510000；2.長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司 西寧分公司，青海 西寧 810000；3.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

0 引言

受國際金融業(yè)波動的影響，基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)價格發(fā)生較大的變化，尤其是部分礦產(chǎn)品價格下滑嚴重，嚴重影響了礦山的開采和運營。礦山企業(yè)期望通過工程手段降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益。

某露天礦山礦體及其近礦圍巖主要為堅硬半堅硬塊狀巖類，巖體主要為完整堅硬工程地質(zhì)巖組。礦山當前孔排距為（7 m×6 m）～（6.5 m×5.5 m），抵抗線5～5.5 m，單耗約為0.35～0.45 kg/m3?，F(xiàn)場多次深孔臺階爆破調(diào)查和統(tǒng)計表明，使用礦山目前選用的孔排距6.8 m×5.2 m 時，平均大塊率約為13.1%，炸藥單耗約為0.38 kg/m3。為降低生產(chǎn)成本，礦山提出了單耗基本維持現(xiàn)狀、大塊率低于6%的需求，期望通過爆破技術(shù)手段降低大塊率，提高鏟裝速率，減少二次破碎量，提高單位礦石產(chǎn)品的利潤。

壓碴爆破技術(shù)是指在爆區(qū)前留適當厚度和高度的碴堆，控制前沖、增強巖石的相互擠壓和碰撞，從而使巖塊得到進一步破碎、改善爆破效果的爆破技術(shù)[1?3]。爆破過程中，自由面上的松散介質(zhì)將吸收新破碎礦巖的動能，提供了更長的爆炸應(yīng)力波和爆生氣體的作用時間，減少了爆炸能量做功中無用功的占比。在爆生氣體膨脹階段，新分離的巖塊以一定的速度撞擊碴體或前排爆破體，將拋擲能量和空氣沖擊波的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠扑榈V石的有用功。與巖石向前運動的動能完全消耗于巖石拋擲的清碴爆破相比，爆炸能量利用率更高[4?6]。壓碴爆破技術(shù)工藝簡單、成本較低，1970 年代初期，我國部分露天礦山就開始采用“壓碴爆破技術(shù)”。經(jīng)過長時間的現(xiàn)場實踐，該技術(shù)在海州露天煤礦[7]、大冶鐵礦[8]、伊盟后布連露天煤礦[9]、包鋼卡布奇石灰石礦[10]等露天礦山展現(xiàn)了其獨特的優(yōu)越性，從爆堆形態(tài)、地震效應(yīng)和大塊率等方面評價，壓碴爆破效果明顯優(yōu)于清碴爆破。

鑒于此，筆者擬采用理論計算和現(xiàn)場試驗的方法研究壓碴爆破參數(shù)，將壓碴爆破技術(shù)運用于礦山爆破施工過程，在維持現(xiàn)有單耗的條件下有效降低礦巖大塊率，確保礦山經(jīng)濟效益。

1 壓碴厚度理論計算

碴體厚度是壓碴爆破設(shè)計的重要參數(shù)，合理的碴體厚度參數(shù)能夠有效保證壓碴爆破效果。留碴厚度通常根據(jù)入射應(yīng)力波給予爆破巖體的總動量等于折射應(yīng)力波給予碴堆的總動量來進行計算，其計算公式為[4,11]：

式中，B為留碴厚度，m；K為碴堆的松散系數(shù)，；C1為巖體內(nèi)彈性波波速，m/s；C2為碴堆內(nèi)彈性波波速，m/s；ρ1為巖石密度，t/m3；ρ2為碴堆密度，t/m3；W為底盤抵抗線，m。

通過調(diào)研礦山巖石物理力學(xué)性質(zhì)相關(guān)資料，W可取為5 m，C1可取為4200 m/s，C2可取為3300 m/s，K可取為1.1～1.26，由式（1）計算得到B為5.2～5.6。根據(jù)工程經(jīng)驗，礦山生產(chǎn)中4～8 m 的留碴厚度既能解決爆破與裝運互相影響的狀況，又能適當控制炸藥單耗和改善爆破效果，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

2 壓碴爆破現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，第一排孔和臺階坡面之間的區(qū)域由于前次爆破后沖形成的裂隙，爆破過程中爆炸應(yīng)力波和爆炸氣體作用于裂隙弱面，礦巖尚未充分破碎即被爆炸氣體推出形成大塊。同時，超挖、欠挖、穿孔誤差導(dǎo)致的前排抵抗線不均勻是造成前排礦巖大塊率升高的重要原因。當孔排距改為5 m×4 m 時，平均大塊率約為5.2%，炸藥單耗高達0.7 kg/m3；當孔排距改為6 m×5 m 時，平均大塊率約為6.4%，炸藥單耗約0.46 kg/m3。調(diào)研結(jié)果表明，5 m×4 m 的孔網(wǎng)參數(shù)可以滿足礦山大塊率低于6%的要求，因此現(xiàn)場試驗中臺階爆破第一排孔網(wǎng)參數(shù)選為5 m×4 m，2，3，4 排孔網(wǎng)參數(shù)選用6 m×5 m。

為探究壓碴厚度對塊度分布的影響，現(xiàn)場開展了5 m 壓碴厚度試驗3 次，7 m 壓碴厚度試驗3 次，8 m 壓碴厚度試驗2 次。大塊率采用清碴-爆破-留碴的統(tǒng)計方式，大塊在鏟裝過程中挑選出來，經(jīng)過二次破碎后，大塊裝車數(shù)量與總的爆破方量的裝車數(shù)量的比值作為大塊率的統(tǒng)計結(jié)果。

現(xiàn)場具體試驗參數(shù)及試驗結(jié)果見表1，壓碴爆破后爆堆如圖1 所示。

表1 試驗爆破參數(shù)及效果

圖1 壓碴爆破爆堆

對各次試驗的巖塊大塊率統(tǒng)計如下：

在對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析時發(fā)現(xiàn)，7 m 壓碴厚度試驗條件下存在一次試驗的結(jié)果為大塊率為8.2%，本次試驗開展時預(yù)留爆堆南側(cè)尚未完成鏟裝，大塊率統(tǒng)計過程中存在重復(fù)統(tǒng)計致使本次數(shù)據(jù)偏高。對3 種壓碴厚度條件的大塊率進行分析后，得到了加入偏高數(shù)據(jù)的平均大塊率曲線1 和未加入該數(shù)據(jù)的平均大塊率曲線2。由圖2 可知，2 個平均大塊率曲線均呈現(xiàn)同一變化趨勢，伴隨壓碴厚度增加，大塊率首先降低然后增加，且8 m 壓碴厚度條件下大塊率相對5 m 壓碴厚度更高。試驗結(jié)果表明3 種壓碴厚度試驗炸藥單耗均與現(xiàn)有單耗0.35～0.45 kg/m3基本持平，平均炸藥單耗曲線與平均大塊率曲線呈現(xiàn)良好的負相關(guān)關(guān)系。綜上可知，7 m 壓碴厚度條件下礦巖可以獲得更好的破碎效果，完全能夠滿足礦山提出的大塊率小于6%，炸藥單耗基本持平的需求。

圖2 現(xiàn)場試驗大塊率統(tǒng)計結(jié)果

3 結(jié)論

為滿足礦山降低大塊率的同時保持炸藥單耗水平的需求，提出了采用壓碴爆破技術(shù)降低大塊率的研究方案，采用理論計算和現(xiàn)場試驗的研究手段對壓碴厚度開展了研究，得到如下結(jié)論：

（1）基于入射波機遇爆破巖體總動量與折射應(yīng)力波給與碴堆總動量相等的原理，計算得到留碴厚度為5.2～5.6 m，理論計算結(jié)果和現(xiàn)場試驗結(jié)果相近，表明該公式具備一定的合理性。

（2）對于抵抗線分布不均勻的情況，可以采用縮小前排孔孔網(wǎng)參數(shù)有效減少前排大塊，降低整體大塊率。

（3）對比5 m、7 m、8 m 3 種壓碴厚度現(xiàn)場試驗結(jié)果，3 種壓碴厚度條件下的大塊率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，相應(yīng)壓碴厚度條件下的炸藥單耗與大塊率變化規(guī)律呈現(xiàn)良好的負相關(guān)關(guān)系，7 m 壓碴厚度在單耗相對穩(wěn)定的條件下能夠獲取更低的大塊率。