陳旭,唐啓斌,石福元,嚴(yán)立德,唐鳴東,謝學(xué)儒

(1.西部礦業(yè)西藏玉龍銅礦股份有限公司,西藏自治區(qū) 昌都市 854000;2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司,湖南 長沙 410012)

0 引言

小規(guī)模、多次數(shù)的爆破是礦山產(chǎn)量難以提升、環(huán)保壓力增加的重要原因之一,多次的爆破安全警戒也增加了礦山安全管理的相關(guān)風(fēng)險。為了滿足綠色礦山理念對露天礦生產(chǎn)的要求,必須減少年爆破次數(shù)、設(shè)備避炮時間對生產(chǎn)的影響。針對上述問題,相關(guān)學(xué)者及從業(yè)人員提出多排孔微差爆破技術(shù),以提高單次爆破規(guī)模,減少爆破次數(shù)。余良[1]在李樓鐵礦應(yīng)用中深孔多排爆破工藝,縮短了回采時間,取得了預(yù)期效果;陳亞軍等[2]對大區(qū)毫秒微差爆破起爆網(wǎng)路進(jìn)行優(yōu)化,大大提高了礦山爆破效果;劉亞飛[3]采用多排孔微差爆破有效降低了南泥湖露天鉬礦的爆破大塊率,提高了采場回采的生產(chǎn)效率;張超[4]根據(jù)渣堆厚度以及松散系數(shù),確定了多排孔微差擠壓爆破的各項(xiàng)參數(shù);楊琳等[5]采用大規(guī)模深孔控制爆破起爆網(wǎng)路技術(shù),解決了深圳安托山大規(guī)模深孔爆破存在的大塊率高、爆破振動大等問題。

參考相關(guān)學(xué)者的研究,在玉龍銅礦進(jìn)行了多排孔大區(qū)域微差爆破試驗(yàn),提升了玉龍銅礦的爆破破碎效果,降低了爆破次數(shù),節(jié)省施工時間,提高了采場生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本,加快了施工進(jìn)度。

1 多排孔大區(qū)域微差爆破

大區(qū)域微差爆破巖石就是利用微差爆破優(yōu)點(diǎn),增加單次爆破排數(shù),一次爆破巖石方量較大,有利于加強(qiáng)巖石破碎程度,減少放炮警戒次數(shù),避免由于多次放炮造成大塊率增高的問題,減少場地平整、鑿巖、爆破、挖裝、運(yùn)輸、調(diào)度等工序的停頓次數(shù),減少穿孔設(shè)備、采裝設(shè)備的移動、等待時間,提高設(shè)備的利用率,降低施工時間和生產(chǎn)成本,加快施工進(jìn)度等,顯著提高生產(chǎn)效率[6-7]。

玉龍銅礦在生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)成本,降低爆破作業(yè)成本的核心是降低炸藥單耗。玉龍銅礦目前進(jìn)行的臺階爆破一般控制在3～4排,當(dāng)炮孔排數(shù)較少時存在大塊率高,塊度不均勻,爆破前沖現(xiàn)象嚴(yán)重,爆堆堆積形態(tài)較差,爆區(qū)一次爆破量小等問題,并且當(dāng)排數(shù)較少時,一次穿孔數(shù)量少,爆破方量小,穿孔設(shè)備、采裝設(shè)備頻繁移動,減少了有效工作時間,影響了設(shè)備的效率,增大了油耗,提高了成本。

針對目前玉龍銅礦臺階爆破生產(chǎn)現(xiàn)狀,擬將單次爆破生產(chǎn)排數(shù)提升至6排,相比于原先的3～4排孔爆破,在相同的爆破面積下,總爆破次數(shù)可減少1/3～1/2,整體效率最少提升25%。

2 試驗(yàn)方案

針對玉龍銅礦的實(shí)際,設(shè)計了3組多排孔大區(qū)域微差爆破工業(yè)試驗(yàn),并以1組常規(guī)爆破作為對照組。試驗(yàn)場地分別位于西山4635、西山4650以及西山4710平臺。試驗(yàn)參數(shù)見表1,此前,玉龍銅礦已針對斑巖型銅礦開展爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn),并確定其孔網(wǎng)參數(shù)為孔距6.5 m、排距4.5 m,大區(qū)域微差爆破試驗(yàn)采用優(yōu)化的孔網(wǎng)參數(shù),且方案一、方案二、方案三每個爆區(qū)均布設(shè)6排炮孔。為了增強(qiáng)爆破過程中巖塊之間的推墻效果,采用逐孔起爆方式,單孔單響,既減少單響最大藥量,又能提高礦石爆破效果。為了有效控制爆破后沖作用,方案一與方案二最后排延期時間增加至65 ms,方案三保持不變。此外,為了有效控制爆破根底,在孔底先裝藥1.5 m,再下放起爆彈。方案四布置4排孔,采用常規(guī)爆破作為對照組,以驗(yàn)證多排孔微差爆破的效果。

表1 玉龍銅礦臺階爆破工業(yè)試驗(yàn)方案

3 大區(qū)域微差爆破效果評價

3.1 爆破塊度

根據(jù)玉龍銅礦大區(qū)域微差爆破工業(yè)試驗(yàn)效果,通過對爆堆進(jìn)行拍照識別,獲取不同方案的爆破塊度篩分?jǐn)?shù)據(jù),由于方案一與方案三僅最后排延期時間存在差異,其塊度差異不大,整理方案一、方案二和方案四的爆破塊度分布如圖1所示。將試驗(yàn)的巖石塊度大于600 mm 的巖塊定義為大塊,小于100 mm 的巖塊定義為小塊,100～600 mm 為合格塊度。

圖1 不同方案的塊度過篩百分率

由圖1和表2可知,3種方案的最大粒徑分別為78.66 cm,50.33 cm,105.38 cm,其中,采用4排孔爆破的塊度最大,且其合格塊占比最小,為81.07%,而6排孔常規(guī)逐孔起爆的最大塊度遠(yuǎn)小于4排孔逐孔起爆的最大塊度,其合格塊占比也明顯高于4排孔逐孔起爆,達(dá)到87.09%。這說明6排孔逐孔起爆提高了玉龍銅礦斑巖礦爆破破碎程度,爆破塊度也更均勻,這是由于采用多排孔微差爆破,礦石拋擲的碰撞破碎作用進(jìn)一步增強(qiáng),從而大幅度改善了爆破破碎質(zhì)量,爆破塊度均勻性增強(qiáng),方案二采用6排孔“V”形擠壓爆破技術(shù),最大爆破塊度僅為50.33 cm,爆破塊度進(jìn)一步降低,但其塊度低于10 cm 的小塊占比增加,達(dá)到了18.93%,這是由于采用“V”形擠壓逐孔爆破,礦塊之間的擠壓破碎作用進(jìn)一步增強(qiáng),導(dǎo)致其塊度進(jìn)一步減小,小巖塊占比有所上升。盡管采用6排孔常規(guī)逐孔起爆有部分大于60 cm 的大塊,但占比較少,僅為4.46%,其合格塊占比較“V”形擠壓爆破多6.02個百分點(diǎn),因此,可以認(rèn)為常規(guī)逐孔起爆即可滿足玉龍銅礦大區(qū)域微差爆破的生產(chǎn)需求,但針對硬度相對較大或者冬季凍土情況,可考慮采用“V”形擠壓逐孔起爆,以獲得理想的爆破塊度。

表2 不同方案的爆破塊度占比

3.2 爆破后沖作用

由于推墻作用,前排巖石在先起爆炮孔作用下沿自由面方向拋擲形成主動位移區(qū),從而為后排孔提供了爆破自由面,爆破作用力沿自由面方向?qū)ΦV巖產(chǎn)生更大的破碎作用,使得爆破后沖作用相應(yīng)減小,邊坡面更加平整。在露天臺階爆破中,為了控制巖石后翻,減弱后沖作用,通常會適當(dāng)增加最后一排炮孔的延期時間,改變后排孔礦巖的移動距離,從而使最后一排礦巖在前排孔形成的自由面作用下有足夠的位移,并在爆區(qū)后邊界形成的爆堆上有一條明顯的溝槽。

方案一與方案三均采6排孔常規(guī)逐孔起爆,除了最后一排炮孔的延期時間不同,其他參數(shù)均保持一致,對兩組臺階坡面進(jìn)行測量,方案一邊坡平整度約為260 mm,爆后坡面角為73°,方案三邊坡平整度約為335 mm,爆后坡面角為67°,根據(jù)玉龍銅礦對臺階坡面角要求,需控制臺階坡面角在65°～75°,兩種方案均能滿足玉龍銅礦對臺階坡面角的要求,但方案一的最后排延期時間為65 ms,邊坡面更為平整,說明其后沖作用明顯較低,因此可適當(dāng)增加最后排炮孔的起爆延期時間,以減小爆破后沖,降低爆破沖擊對邊坡的影響。

3.3 臺階平整度

根據(jù)玉龍銅礦對臺階平整度要求,爆破作業(yè)后,臺階平整度需要控制在±500 mm 以內(nèi)。圖2為玉龍銅礦大區(qū)域微差爆破臺階平整情況,由圖2可以看出,爆破的臺階較為平整,基本無根底存在,也不存在明顯超挖。4種方案的臺階起伏差分別為330 mm、415 mm、355 mm 和430 mm,4種方案均能滿足玉龍銅礦對臺階平整度的要求。

圖2 區(qū)域微差爆破臺階平整情況

3.4 爆破規(guī)模與消耗

4種方案的爆破規(guī)模以及炸藥消耗量見表3,6排孔大區(qū)微差爆破3次工業(yè)試驗(yàn)的平均爆破方量為59 500 m3,而采用4 排孔的平均爆破方量約為27 000 m3。因此,常規(guī)條件下采用6排孔大區(qū)域微差爆破的爆破方量,至少需要兩次以上的正常四排孔爆破,由此可以看出,采用多排孔大區(qū)域微差爆破,可以極大地減少爆破次數(shù),從而減少了鑿巖、鏟裝設(shè)備在不同爆區(qū)之間的轉(zhuǎn)移次數(shù),減小了設(shè)備在爆區(qū)之間轉(zhuǎn)移所消耗的時間,并降低了由于設(shè)備轉(zhuǎn)移所需的油耗。3種6排孔大區(qū)域微差爆破的炸藥單耗相比于4 排孔微差爆破分別降低了8.28%,8.48%,2.37%,6排孔大區(qū)域微差爆破的炸藥單耗比4排孔常規(guī)爆破有明顯降低,炸藥消耗降低,在一定程度上控制了炸藥成本。因此,采用6排孔大區(qū)域微差爆破可極大地提高玉龍銅礦生產(chǎn)效率,降低施工時間和生產(chǎn)成本,加快施工進(jìn)度。

表3 不同方案的爆破規(guī)模與炸藥消耗

4 結(jié)論

(1) 玉龍銅礦采用6 排孔大區(qū)域微差爆破技術(shù),可以增加礦石破碎程度,有效降低礦塊大塊率,并提高鏟裝效率;同時可以有效降低爆破次數(shù),節(jié)省設(shè)備轉(zhuǎn)移所需時間,提高玉龍銅礦的生產(chǎn)作業(yè)效率。

(2) 根據(jù)玉龍銅礦6排孔大區(qū)域微差爆破工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果,推薦玉龍銅礦斑巖型銅礦大區(qū)域微差中深孔臺階爆破參數(shù)為:炮孔孔間距為6.5 m,炮孔排間距為4.5 m,底盤抵抗線為4.5 m,起爆方式采用常規(guī)逐孔起爆,孔間延期時間為17 ms,排間延期時間為42 ms,最后排延期時間為65 ms,針對相對較硬或冬季凍土情況,可考慮采用“V”形逐孔擠壓爆破,以實(shí)現(xiàn)較好的爆破效果。

(3) 本次試驗(yàn)只對斑巖銅礦礦體區(qū)域開展了6排孔大區(qū)域微差爆破技術(shù)試驗(yàn),除此之外,對廢石也可采用多排孔大區(qū)域微差爆破技術(shù),通過對爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,有效提高廢石剝離鏟裝效率,從而降低生產(chǎn)成本。