香爐山鎢礦中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化研究

李 春

（贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000）

0 前言

香爐山鎢礦床以1W礦體為主礦體，屬夕卡巖型白鎢礦床，原東部所用的采礦方法基本上為留點(diǎn)柱、條柱的全面法，也類似于淺孔房柱法。采場(chǎng)靜空跨度10～20m不等，采空區(qū)不處理。而淺孔房柱法通常存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，通風(fēng)條件差等缺點(diǎn)，在空?qǐng)鰲l件下作業(yè)，頂板又未護(hù)頂，易發(fā)生巖石冒落現(xiàn)象，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡事故。根據(jù)礦體產(chǎn)狀，在西部礦區(qū)進(jìn)行了預(yù)切頂中深孔崩礦房柱法工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)獲得圓滿成功并取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在礦山順利推廣。在工業(yè)試驗(yàn)中進(jìn)行了切割槽及礦房崩礦的中深孔參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)工作，取得了理想的效果。

1 開采技術(shù)條件

礦體賦存于燕山晚期細(xì)粒黑云母花崗巖體與楊柳崗組含炭硅泥質(zhì)灰?guī)r的接觸帶上，呈似層狀產(chǎn)出，并隨接觸帶產(chǎn)狀的變化而變化。礦體在走向和傾向方向，均呈緩坡狀，沿走向北東端較厚，往南西變薄，沿傾斜方向，軸部最厚，向翼部逐漸變薄，軸部厚度23.15～45.59m，平均25.83m，厚度變化系數(shù)83％，屬局部膨大的似層狀礦體。礦石自然類型主要為原生礦。礦體中裂隙斷層一般不發(fā)育，礦石穩(wěn)固性好，f＞12，不結(jié)塊，不自燃，平均松散系數(shù)1.6。礦體中絕大部分儲(chǔ)量賦存于高于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面，礦區(qū)內(nèi)無湖泊、河流等地表水體，礦床主要充水來源為大氣降水。礦體及圍巖的含水性弱，巖溶不發(fā)育。礦床水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

礦床頂板為寒武系中統(tǒng)楊柳崗組，呈薄層夾中厚層構(gòu)造、條帶條紋構(gòu)造，是礦區(qū)的主要巖層，已蝕變?yōu)殁}硅角巖，巖石致密，巖芯大部分呈柱狀，屬堅(jiān)固巖層。東區(qū)生產(chǎn)過程中巷道施工未出現(xiàn)坍塌掉塊等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。

礦體底板為細(xì)粒黑云母花崗巖，具有較強(qiáng)云英巖化和硅化，屬新鮮堅(jiān)硬塊狀巖石，巖芯呈長(zhǎng)柱狀、柱狀，屬堅(jiān)硬巖石，圍巖與礦體界面清楚。

開采范圍地表有村落、民舍及廟宇，需保護(hù)，因此，地表不允許崩落。采空區(qū)采用膠結(jié)或水沙充填。

試驗(yàn)采場(chǎng)選擇在16～18線，即一盤區(qū)中部未破壞的原生礦段內(nèi)W2、W4、W6，礦房崩礦試驗(yàn)重點(diǎn)在W2和W4采場(chǎng)。礦塊采取垂直于盤區(qū)長(zhǎng)軸方向布置，分礦房與礦柱，回采時(shí)先采礦房，后采礦柱的隔一采一方式，稱之為一步回采和二步回采［1］，預(yù)切頂中深孔崩礦房柱法是應(yīng)用于礦塊的一步回采中。試驗(yàn)采場(chǎng)長(zhǎng)100m（含兩端的隔離礦柱），寬15m，高10～15m（礦體厚度），16線南西側(cè)和18線兩側(cè)均留10m的隔離礦柱。采場(chǎng)設(shè)計(jì)切頂層平均厚2.2m，不留底柱，鑿巖出礦巷道斷面規(guī)格為3.7m×3.7m，斷面形狀為拱形，由于該采場(chǎng)的礦體最大厚度為15m，傾向西，傾角13°，因此采場(chǎng)只設(shè)計(jì)一個(gè)分層。采場(chǎng)頂板采用錨網(wǎng)護(hù)頂。

2 中深孔崩礦參數(shù)優(yōu)化

中深孔爆破中的影響因素有許多，但主要因素有3個(gè)，即巖石特性、炸藥性能和爆破參數(shù)［2］。在巖石、炸藥已確定的情況下，爆破參數(shù)選擇是中深孔崩礦設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。當(dāng)孔網(wǎng)參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)、起爆順序等爆破參數(shù)亦已確定后，合理地確定孔徑、孔深、最小抵抗線、排距、孔底距、堵塞長(zhǎng)度、炸藥單耗等爆破參數(shù)顯得尤為重要。優(yōu)良的參數(shù)搭配能降低崩礦大塊率，降低二次破碎炸藥消耗量，加大出礦能力，降低礦石成本。試驗(yàn)采場(chǎng)采用多孔粒狀黏性銨油炸藥，BQ-100型風(fēng)動(dòng)裝藥器裝藥，采用孔底復(fù)式起爆方式，非電系統(tǒng)爆破。試驗(yàn)采場(chǎng)的切割槽采取三種方式進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化試驗(yàn)，在W2、W4、W6三個(gè)采場(chǎng)分別進(jìn)行上向垂直扇形中深孔拉槽、上向垂直平行中深孔拉槽、淺眼拉槽試驗(yàn)，通過試驗(yàn)選擇最優(yōu)的一種作為以后推廣采場(chǎng)的切槽方式。

2.1 采場(chǎng)拉槽

2.1.1 W2采場(chǎng)上向扇形中深孔拉槽法

鑿巖參數(shù)：在中深孔拉槽及礦房崩礦中均使用YGZ—90鉆機(jī)鑿巖，鉆孔直徑60mm，排距0.8～0.9m，孔底距0.7～1.2m，孔深3～10m。

起爆方法：采用孔底敷設(shè)雙導(dǎo)爆管網(wǎng)路起爆，起爆順序?yàn)殚L(zhǎng)延時(shí)非電導(dǎo)爆管雷管引爆，導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管傳爆，導(dǎo)爆管雷管起爆，段別為2～9段。以切割天井和切割橫巷為補(bǔ)償空間逐排微差起爆，一次性爆破成槽，為采場(chǎng)房采爆破提供初始補(bǔ)償空間。

爆破條件：切割槽寬2.5m，共15排，75個(gè)炮孔，孔深442.2m，崩礦體積292.5m3，崩礦量924.3t。爆破補(bǔ)償空間是切割天井和切割橫巷空間，爆破補(bǔ)償系數(shù)43.1％，屬自由空間爆破。

2.1.2 W4上向垂直平行中深孔拉槽法

鑿巖參數(shù)：孔徑60mm，排距0.8～0.9m，孔（底）距1m，孔深10m。

起爆方法：與W2切采相同，雷管段別為2～10段。

爆破條件：切割槽寬2.5m，W4采場(chǎng)切割槽爆破共17排，50個(gè)炮孔，孔深500m，崩礦體積430m3，崩礦量1 363t。爆破補(bǔ)償空間是切割井空間和切割橫巷，爆破補(bǔ)償系數(shù)為31.1％。

2.1.3 W6采場(chǎng)淺眼拉槽法

用YSP-45鑿巖機(jī)鑿巖，孔徑38mm，排距為0.8～1.0m，孔間距為1.0m，孔深2.0m。用挑頂方法逐層回采切割槽礦石，以中央天井為自由面進(jìn)行爆破，采用2號(hào)巖石卷狀炸藥，3種拉槽方式見圖1。

圖1 3種拉槽方式示意圖

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得如下技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（表1），并對(duì)3種方法進(jìn)行了優(yōu)劣對(duì)比，見表2。

表1 W2、W4、W6采場(chǎng)切割槽崩礦主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

表2 3種拉槽方式優(yōu)劣對(duì)比表

由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)表明：

（1）平行中深孔拉槽的大塊率盡管比扇形中深孔拉槽高3個(gè)百分點(diǎn)，但8％的大塊率還是＜10％，符合礦山要求的。

（2）平行中深孔拉槽的各項(xiàng)指標(biāo)均明顯優(yōu)于扇形中深孔拉槽。

（3）平行中深孔拉槽具有鑿巖工程量小，成槽邊幫規(guī)整，崩礦成本低的優(yōu)點(diǎn)，但也有鑿巖施工麻煩，每個(gè)孔均要移動(dòng)鉆機(jī)，而且還要考慮鉆機(jī)邊緣尺寸空間對(duì)巷道的要求，巷道邊幫平整度要求相對(duì)較高的缺點(diǎn)。

從上述3種拉槽方式進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果認(rèn)為上向垂直平行孔拉槽方式相對(duì)較優(yōu)。但現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，采場(chǎng)拉槽采用中深孔爆破對(duì)頂板有一定的影響，尤其是對(duì)護(hù)頂鋼筋網(wǎng)破壞較大，因此，在條件許可的情況下，從保護(hù)頂板鋼網(wǎng)方面考慮也可選擇淺孔拉槽方式。

2.2 采場(chǎng)礦房崩礦

2.2.1 炮孔直徑及深度

在試驗(yàn)采場(chǎng)礦房崩礦中鉆孔使用YGZ—90鉆機(jī)鑿巖，采用垂直扇形上向炮孔布置，鉆孔直徑60mm，因試驗(yàn)采場(chǎng)礦體厚在15m以內(nèi)，所以沒必要再劃分分層回采，只按一個(gè)分層回采，孔深5～13m。孔深在10～13m內(nèi)鉆機(jī)效率高，爆破效果好。

2.2.2 鄰近系數(shù)及最小抵抗線

炮孔的鄰近系數(shù)m又稱炮孔密集系數(shù)，是孔底距a與最小抵抗線W的比值，即：m=a/W，a、m、W這3個(gè)參數(shù)直接決定了中深孔的孔網(wǎng)密度，其中，最小抵抗線反應(yīng)了排與排之間的孔網(wǎng)密度，孔底距反應(yīng)了排內(nèi)孔的密度，鄰近系數(shù)則反應(yīng)了它們之間的相互關(guān)系。它們的選取好壞關(guān)系到爆破效果、材料單耗、礦石成本等。根據(jù)同類礦山的經(jīng)驗(yàn)，扇形炮孔m=1.0～2.0，取1.7。

當(dāng)炸藥單耗q和鄰近系數(shù)m為一定值時(shí)，最小抵抗線W與孔徑d成正比，在堅(jiān)硬的礦石中：W=（20～23）d［3］，本次試驗(yàn)系數(shù)取20，則W=20×0.06=1.2m。

2.2.3 排距與孔底距

排距b=W=1.2m，孔底距a=mW［4］，a=1.7×1.2=2.04m，a取2.0m。

2.2.4 炸藥單耗及填塞長(zhǎng)度

炸藥單耗的大小影響礦石的爆破效果，合理的單耗應(yīng)鑿巖工作量少和崩落礦石的塊度均勻，大塊率低，損失貧化減少。由于這次爆破采用新型多孔粒狀黏性銨油炸藥，參照類似礦山，取q=0.43kg/t。

扇形中深孔填塞長(zhǎng)度一般按（0.4～0.8）W范圍內(nèi)取，可選0.6m，相鄰孔采用交錯(cuò)不同的填塞長(zhǎng)度。

2.2.5 單孔裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

單孔裝藥量可按下式計(jì)算：QK=LΨπd2Δ/4×10-3（kg）式中：QK為單孔裝藥量，kg；L炮孔長(zhǎng)度，m；Ψ裝藥系數(shù)，0.85；d孔徑，60mm；Δ裝藥密度，0.99kg/dm3。

裝藥結(jié)構(gòu)采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，孔底復(fù)式起爆方式，非電系統(tǒng)爆破，起爆彈放入孔底。

2.2.6 起爆網(wǎng)絡(luò)

微差間隔時(shí)間（Δt）：Δt≥4W/C0+K1W/Cp+S/V［5］，式中W為最小抵抗線，m；C0礦石中彈性縱波速度，m/s；K1為系數(shù)，Cp為裂縫擴(kuò)展速度，m/s；S為破裂體移動(dòng)距離，m；V為破裂體移動(dòng)的平均速度，m/s。經(jīng)計(jì)算和根據(jù)國(guó)內(nèi)礦山的經(jīng)驗(yàn)，中深孔爆破多排孔時(shí)其間隔時(shí)間Δt為25～50ms。

起爆網(wǎng)絡(luò)：起爆彈在現(xiàn)場(chǎng)人工制作，用2#巖石膨化硝銨炸藥（?32mm卷藥）拆開裝填。起爆順序?yàn)檠訒r(shí)非電起爆雷管引爆，導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管傳爆，導(dǎo)爆管雷管（毫秒管）起爆，按每排孔設(shè)不同段別，每次崩礦一般按4排孔一起崩，導(dǎo)爆管雷管段別設(shè)為2、4、6、8段或3、5、7、9段。

在鑿巖巷道一端用DBG—2型導(dǎo)爆管擊發(fā)器擊發(fā)引爆2發(fā)延時(shí)時(shí)間為20min的8段長(zhǎng)延時(shí)導(dǎo)爆管雷管，長(zhǎng)延時(shí)導(dǎo)爆管雷管激發(fā)沿鑿巖出礦巷道布置的12～15m長(zhǎng)導(dǎo)爆索，通過導(dǎo)爆索再傳爆到每個(gè)孔的導(dǎo)爆管，最后引爆孔內(nèi)的雷管。每個(gè)孔的導(dǎo)爆管按排均勻捆扎于導(dǎo)爆索主線周圍，為了可靠傳爆，每排分二組均勻布置于導(dǎo)爆索主線周圍。導(dǎo)爆管和導(dǎo)爆索的聯(lián)結(jié)方向一致，用膠布膠結(jié)的長(zhǎng)度在15cm以上，導(dǎo)爆管和導(dǎo)爆索的聯(lián)結(jié)角度在70～90°之間。如圖2。

圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

3 礦房爆破參數(shù)的優(yōu)化研究

3.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在采礦方法及采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)已確定的情況下，許多參數(shù)如孔徑、孔長(zhǎng)、裝藥結(jié)構(gòu)及方法也已經(jīng)確定［6］。在中深孔爆破中，還有許多參數(shù)是相互影響，如排距、孔底距、裝藥系數(shù)、布排方式等參數(shù)組合將直接影響到爆破效果。為了探索適合香爐山西部礦段中深孔鑿巖的最優(yōu)技術(shù)參數(shù)，我們對(duì)礦房中深孔崩礦效果的影響因素進(jìn)行敏感性正交極差分析。用正交極差分析的方法來評(píng)價(jià)各因素對(duì)爆破效果的影響程度（敏感度），即按照敏感性分析方法的思路，把各因素參數(shù)值看成可在一定范圍內(nèi)，按一定步長(zhǎng)變動(dòng)，采用正交極差分析方法［7］，安排所有影響因素在不同水平下的取值來試驗(yàn)中深孔的爆破效果。通過分析結(jié)果，不僅可明確各影響因素的影響主次關(guān)系，而且可繪出每一影響因素與爆破效果的關(guān)系曲線。由此，可以確定到底哪個(gè)因素對(duì)爆破效果更重要，哪個(gè)參數(shù)又不重要，各因素依什么樣的水平搭配起來爆破效果會(huì)更好，從而為炮孔參數(shù)優(yōu)化提供充分的依據(jù)。

將各因素的極差進(jìn)行比較，由極差大小順序便可判別各因子的影響主次，再由各因子在不同水平的Kr值作因子水平與爆破效果的關(guān)系曲線，可得出因子水平的影響趨勢(shì)。

對(duì)爆破效果有影響的因素有：排距、孔底距、裝藥系數(shù)、布排方式。

表3 中深孔爆破大塊率影響因素方案表

其中布排方式有：P1為加強(qiáng)排形式，P2為4排等排距形式，P3為4排以上形式。表3中有4個(gè)因素，每個(gè)因素有3個(gè)水平值，選用L9（34）正交表。

試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果：

試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果分析如表4所示。

表4 大塊率影響試驗(yàn)方案與結(jié)果分析表

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過表4中的極差R的大小可確定如下因素主次。

因素主次：排距b＞孔底距a＞布排方式p＞裝藥系數(shù)Ψ。排距對(duì)大塊率影響最大，孔底距次之，其他因素影響更小。

以因素水平為橫坐標(biāo)，爆破大塊率K1、K2、K3為縱坐標(biāo)，作關(guān)系曲線圖3。

從曲線中可以看出，大塊率與排距、孔底距成近似正比關(guān)系，說明排距和孔底距越小，大塊率就越低，但兩者過低明顯會(huì)造成炸藥單耗、礦石粉礦率和貧化損失偏高。

圖3 爆破大塊率與各影響因素關(guān)系曲線

通過正交試驗(yàn)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)爆破后實(shí)地勘察結(jié)果等各方面情況進(jìn)行綜合考慮，大塊率要控制在8～10％左右，生產(chǎn)中中深孔爆破較合理的參數(shù)可選擇為：排距1.2m、孔底距2.0m，炮孔密集系數(shù)1.7，裝藥系數(shù)0.85，采用加強(qiáng)排形式布孔。為了保護(hù)礦體頂板不至于被沖擊波或地震波所損壞，礦房每次崩礦只崩4排，即崩礦步距4.8m。

3.3 爆破地震波及沖擊波危害范圍

地震波危害半徑（R地）按公式R地=KQ1/3計(jì)算，式中Q為同段雷管最大藥量，kg；K為與爆破作用指數(shù)n和建筑物允許破壞程度有關(guān)的系數(shù)，如藥量Q：270.48kg，K取5，則R地=5×270.481/3≈32.3m，取40m。

空氣沖擊波危害半徑（R沖）按經(jīng)驗(yàn)公式R沖=KQ1/2計(jì)算，符號(hào)同上。K取5，Q：270.48kg，代入公式計(jì)算R沖=5×270.481/2≈82.2m，取90m。

4 結(jié)語

（1）通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為在切割槽的拉槽方式上，上向垂直平行孔拉槽方式相對(duì)較優(yōu)。其參數(shù)為孔徑60mm，排距0.8～0.9m，孔距1m。

（2）通過礦房中深孔爆破參數(shù)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究，大塊率要控制在8～10％左右，認(rèn)為優(yōu)化的參數(shù)為排距（最小抵抗線）1.2m、孔底距2.0m，炮孔密集系數(shù)1.7，裝藥系數(shù)0.85，采用加強(qiáng)排形式布孔。

（3）預(yù)切頂中深孔崩礦房柱法具有生產(chǎn)能力大、資源利用率高和生產(chǎn)施工安全等主要優(yōu)點(diǎn)，特別是采用了新型的多孔粒狀黏性銨油炸藥，返粉率低，裝藥效率高，爆破效果好，深受礦山歡迎。

通過優(yōu)化的中深孔爆破參數(shù)，使得采場(chǎng)的爆破大塊率低，鏟裝運(yùn)效率高，生產(chǎn)能力大大提高，與原來的普通淺孔房柱法相比，新采礦方法及中深孔爆破的使用，降低了礦石成本，提高了礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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