回采炮孔布置形式規(guī)范化研究

王文波，薛思讀，王建國

（托里縣招金北疆礦業(yè)有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

回采炮孔布置形式規(guī)范化研究

王文波，薛思讀，王建國

（托里縣招金北疆礦業(yè)有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

回采炮孔的布置形式包括炮排的布孔原則以及相鄰炮排之間的協(xié)調關系。根據(jù)拜神塔姆銅礦無底柱分段崩落法扇形孔爆破的實驗研究成果，對回采炮孔的布置形式進行了改進與研究，以獲得良好的爆破效果，提高生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效益。

回采炮孔；布孔方式；無底柱分段崩落法；扇形孔爆破；爆破參數(shù)

爆破的效果在很大程度上取決于爆破參數(shù)的選擇。爆破參數(shù)包括：炸藥單耗、炮孔的深度、炮孔直徑、裝藥直徑、炮孔數(shù)目、底盤抵抗線、孔距與排距、堵塞長度等。合理的炮孔形式應保證：炮孔利用率要高；爆破塊度比較均勻，大塊率較少；爆堆集中，飛石現(xiàn)象少；斷面輪廓符合設計要求，壁面平整并且保證圍巖本身的強度與穩(wěn)定性。一般情況下，布孔方式分為平行布孔與傾斜布孔2種。充分考慮以上的爆破參數(shù)和各種約束條件，結合一定的工程要求，保證炮孔利用率和良好的爆破效果，確定合理的炮孔布置形式。本文結合拜神塔姆銅礦扇形孔爆破的實驗研究成果，對炮孔布置形式進行改進與研究，形成了炮孔布置的標準形式。

1 邊孔角的確定

在無底柱分段崩落法炮孔布置中，炮孔邊孔角是一個非常重要的參數(shù)。當邊孔角過大時（一般為70°以上），下分段進路炮孔深度大，裝藥方便，能得到較好的回收率，但是形成的“V”形槽過窄，爆破后的礦石在未爆破礦石面上流動；邊孔角過?。?°～15°）時，下分段進路炮孔深度最小，很有可能產(chǎn)生過度擠壓及邊孔拒爆等現(xiàn)象，并且無法提供碎脹空間，從而不能有效地崩落礦巖，影響下分段礦石的回收，另外存在爆破前清理工作量大、下分段的回采炮孔無法布置到位等缺點。

拜神塔姆銅礦采用無底柱分段崩落法，分段高度為16m，進路間距20m，初步確定的邊孔角為57°。確定邊孔角有3條主要原則為：根據(jù)最小抵抗線原則，提供爆破所必需的碎脹空間，使邊孔能夠完全爆破而不受外界的限制，避免產(chǎn)生拒爆或者能量在內(nèi)部流失，以便達到好的爆破效果；該礦的鑿巖設備比較落后，功率不足，為了減小下分段炮孔的深度，所以邊孔角盡可能取相對小點；保證一定散體流動性的大小，因為流動性對落礦有很大的影響，所以必須保證較小的大塊率。分段邊孔角的爆破條件，由崩落礦石在放出時所形成的坡面角來決定。由于拜神塔姆銅礦的采空區(qū)接近頂板時礦石形態(tài)比較破碎，為保證周邊礦石能自由放出，確定合理的邊孔角大小為40°～50°，結合減少炮孔的深度以及扇形孔爆破原理的分析，本文確定第一分段進路的邊孔角為45°。

2 爆破邊界條件分析

拜神塔姆銅礦采用了無底柱分段崩落采礦法，扇形中深孔爆破方式，其邊界約束條件如圖1所示。

圖1 爆破邊界示意

2.1 回采爆破形成的邊界

該邊界如圖1中ab、BC與CD線段所示。其中，因為孔底受到夾制作用，所以往往不可能形成直線型邊界，斜交柱狀藥包爆破所形成的邊界（ab）只是一種簡化的結果。由工程爆破理論可知，當巖石越軟時，爆破沖擊波強度衰減速度越快，粉碎帶厚度也就越小。結合拜神塔姆銅礦礦石硬度較軟的特性，在柱狀藥包的爆破沖擊作用下，爆破形成的邊界（BC與CD）處，往往形成厚度一般為3～6倍的炮孔半徑，并且形成較為規(guī)整的破碎帶。按4.5倍的炮孔半徑估算，粉碎帶范圍為160mm?？芍鬯閹Х秶浅Ｐ?，僅僅集中在炮孔周圍較小的范圍內(nèi)，不會擴散到整個被爆礦塊。該邊界上的崩落礦石利于放礦；當上分段放礦結束以后，卻承擔上覆蓋層礦體的散體壓力，不利于孔底的爆破?？傊?，在保證炮孔不被打透的前提下，布孔時要保證孔深到位，結合抵抗線方向等原則，達到最佳的爆破效果。

2.2 回采進路形成的邊界

回采進路形成的邊界如圖1中AB與DE折線所示，回采進路開挖之前，礦巖處于天然平衡狀態(tài)，開掘過程中，開挖破壞了原有的應力平衡，引起應力的重新分布，出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，很有可能導致巷道周邊變形，巷道的變形可以消耗部分應力能量，達到新的應力平衡，同時，巷道周圍一定范圍內(nèi)的巖體應力狀態(tài)的改變，會產(chǎn)生開挖空間的位移甚至破裂，形成巷道散體松動圈。由工程爆破理論可知，巖石越破碎松動，爆破阻力會大大減小，所以回采進路形成的邊界對爆破力度的要求大大降低。結合圖1可知，巷道上部邊界（ef與FG）上一定范圍內(nèi)，由于巖石破碎松動，對爆破力度要求小，故可適當減少炮孔裝藥量，不僅可以節(jié)省炸藥用量，還可以避免炮孔底部過早擊穿。至于孔底部的其余巷道邊界，按照抵抗線方向，可適當加大孔底與自由面的距離，保證爆破阻力的協(xié)調。

影響爆破阻力的因素很多，其中散體的松散程度就是一個重要的因素。一般說來，隨著松散系數(shù)的增加，爆堆的密度就會降低，對爆破的阻力就會越小。大體說來，由于靠近原出礦口軸線也就是炮排中部部位的松散礦體，松散程度較高，爆堆密度比較小，對爆破的阻力就會越小。相反，越靠近兩側的炮孔的礦堆，松散程度較低，爆堆密度比較大，對爆破的阻力就會越大，也就是說邊孔的爆破阻力最大。另外，為了避免造成“爆破藥壺”現(xiàn)象，邊孔角不能過小，過小會造成邊部炮孔處的礦石進入壓實區(qū)域，導致放礦不流通，沿最小抵抗線的方向沒有必要的碎脹空間。因此，邊孔的位置不應低于放礦形成的松動范圍，本文按散體移動范圍來確定合適的炮孔邊孔角。

2.3 實體壁邊界

實體壁邊界如圖中bc、cd、de、af與EF、AG線段所示，與其他兩種邊界相比，對爆破作用的約束力最大，但是不同線段約束程度不相同，這是因為約束程度與炮孔的形成方式有關。由工程爆破理論可知，當沿最小抵抗線有適當?shù)乃槊浛臻g時候，容易實現(xiàn)礦石沿邊界崩開。圖1中af、de與EF、AG 4條線段與柱狀藥包的位置相重合，沿最小抵抗線有適當?shù)乃槊浛臻g，所以這4條線段所示邊界對爆破的約束力相對較小，爆破效果相對更好；由于另外2條線段與柱狀藥包斜交，沿最小抵抗線的適當碎脹空間有限，該線段所示邊界對爆破約束力最大，經(jīng)常無法實現(xiàn)預期的爆破效果，爆破邊界控制不理想，并且在孔底留下一定數(shù)量的殘孔，所以該類炮孔在保證相鄰炮孔間不打透的前提下，應盡量實現(xiàn)超深。

拜神塔姆銅礦經(jīng)過初步試驗，綜合考慮上述因素所選定的孔底到邊界的距離見表1。

表1 孔底到邊界的距離 m

3 炮孔布置形式

炮孔布置形式基本上有扇形布置和垂直平行布置2種，炮孔布置時遵循3條原則。

（1）最小抵抗線下結合邊界約束條件確定孔底深度的原則。由于三類邊界的爆破阻力各不相同，沿最小抵抗線方向上，每類邊界約束條件下孔底至自由面距離，應根據(jù)孔底方向的爆破阻力的大小分別確定。

（2）各炮孔相互平行，孔底落在同一水平上的原則。兩排炮孔之間采用交錯布置，同一排炮孔選擇用相同的邊孔角，保證每排邊孔崩落面整齊，在巷道底板上不留“根底”，保證后分段的布孔，為下分段的炮孔設計提供好的依據(jù)，從而取得好的爆破崩礦效果。

（3）炮孔布置采用“抓兩頭，帶中間”原則。無底柱分段崩落法中，碎脹空間的獲得非常重要，邊孔炮眼的位置會影響巖石的碎塊度以及拋擲距離。所以設計邊孔時，將邊孔設計在松動帶以內(nèi)，以便獲得良好的碎脹松動空間。

扇形孔布置具有炮孔布置靈活、掘進工程量小、總孔深小、鉆機移動次數(shù)少等優(yōu)點，因此拜神塔姆銅礦采用較大的邊孔角的垂直上向扇形孔布置。

無底柱分段崩落法是在覆巖下放礦，因此第一分段進路回采工作的首要目的是形成1個覆蓋層為下分段進路提供前提條件，同時為以下分段的回采進路卸掉一部分礦巖應力，甚至可以采用物理手段誘導頂部礦巖自然冒落。試驗研究得出，拜神塔姆銅礦第一分段進路炮孔布置形式為：設置3排炮孔，抵抗線可取1.8m，邊孔角取45°。

第二分段是在覆巖下放礦。試驗研究得出該分段進路炮孔布置形式為：設置2排炮孔，邊孔角取57°。第三分段開始進入正?；夭呻A段，該階段炮孔布置形式有9孔、8孔及7孔3種布置形式及其相應的裝藥結構。

通過體積公式簡化公式：

式中，q——炸藥單耗，kg／m3；

W——最小抵抗線，m；

S——一排扇形孔的崩礦面積，m2。

計算崩礦分間礦量以及炸藥單耗量，得到3種裝藥炮孔的總長度，列于表2。推薦采用9孔方案與8孔方案。

表2 爆破分間礦量

4 實施效果

（1）拜神塔姆銅礦采用無底柱分段崩落法，按礦石散體流動特性確定的邊孔角為：第一分段出礦時采用45°，覆巖下放礦時采用57°。實際結果證明，采用這一邊孔角可以取得良好的爆破效果。

（2）為了克服最小抵抗線的阻力，增大孔底距（2.5m增到3.5m）后，孔口能量充足，巖石破碎比較均勻，降低了大塊率（由8.0%降到5.6%）和根底率，取得了較好的爆破效果，經(jīng)濟效果得到改善。

（3）二、三分段進路采用增加密集系數(shù)的寬孔距、減少最小抵抗線技術。將每排炮孔多增加1～2個炮孔，增大爆破漏斗角，減少炮孔排數(shù)，每排之間形成1個弧形自由面，為巖石的拉伸破壞創(chuàng)造了條件。同時結合礦石散體流動特性以及柱狀藥包的爆破特性，增大了爆破的可靠性。

（4）孔底邊界等于巷道邊界、爆破形成的邊界以及實體邊界三者之和，其對扇形炮孔爆破效果影響重大。拜神塔姆銅礦第一分段進路采用最大值為3.5m的孔底距后，結合實際結果證明，與原先的2.5m孔底距相比，效果得到明顯改善。

5 結 論

在爆破系統(tǒng)中，炮孔的布置形式是一個重要組成部分，且需不斷優(yōu)化與改進。目前，雖然拜神塔姆銅礦山采用的炮孔布置形式取得了很好的爆破效果，但是還是存在許多不足，比較偏于傳統(tǒng)，也受到機械過于陳舊、工人素質偏低等限制，有待于通過實驗研究進一步優(yōu)化和改進。無底柱分段崩落法扇形孔爆破的發(fā)展可以從以下幾個方面加以改進：

（1）采用不耦合裝藥結構，選擇更加合適的邊孔角、崩礦間距以及孔口堵塞長度；

（2）采用新的鑿巖設備，提高機械程度與鉆孔效率，減少工人勞動強度，采用大直徑中深孔，減少炮孔數(shù)量，且采用威力較大的炸藥，減少總用藥量；

（3）采用增加密集系數(shù)的寬孔距、減少最小抵抗線技術，選擇更合適的孔距與排距；

（4）減少大塊率，降低爆破作業(yè)所產(chǎn)生的貧化。

［1］王玉杰.爆破工程［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2007：228－229.

［2］解世俊.金屬礦床地下開采［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008：142－144.

［3］于亞倫.工程爆破理論與技術［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2004：61－64.

［4］廖成孟，馬建軍，蔡路軍，等.無底柱分段崩落法回采爆破參數(shù)計算機輔助設計［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2007，27（4）：61－63.

［5］劉 亮，穆永慶，來永恒.三道莊礦爆破參數(shù)的優(yōu)化研究［J］.采礦技術，2011，11（2）：81－82.

2011－12－01）

王文波（1976－），河北魏縣人，工程師，國家注冊安全工程師，高級項目管理師，主要研究方向為礦山安全生產(chǎn)技術管理，Email：wangwb0428＠sohu.com。