金屬露天礦臺階爆破技術(shù)優(yōu)化研究

鄭 洲

【摘 要】金屬露天礦臺階爆破是一項危險性極大的工程，其爆破質(zhì)量直接影響到金屬礦山的整體效益。為此，本文結(jié)合某礦山的實際情況，著重圍繞爆破器材、爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式等方面探討了爆破設(shè)計方案的研究工作，并總結(jié)了爆破優(yōu)化效果，以供實踐借鑒。

【關(guān)鍵詞】金屬礦山；爆破技術(shù)；裝藥結(jié)構(gòu)；效果分析

金屬露天礦開采是我國礦業(yè)建設(shè)的重要組成部分，對推動城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有巨大的作用。臺階爆破作為金屬露天礦開采的首要工序，具有較大的危險性，其爆破效果不僅影響到開采作業(yè)各項工序的效率及生產(chǎn)成本，而且容易引起爆破事故的發(fā)生，導(dǎo)致礦區(qū)人員的傷亡及財產(chǎn)的損失。目前，我國許多金屬露天礦普遍存在爆破經(jīng)驗欠缺、施工單位爆破技術(shù)落后、施工人員綜合素質(zhì)低等問題，造成爆堆大塊率偏高、爆破效果不明顯、采礦場臺階作業(yè)面工作線不平整和局部根底、巖墻等現(xiàn)象的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響到金屬露天礦的正常作業(yè)及經(jīng)濟(jì)效益，這些問題的存在也迫使了礦區(qū)管理人員急需加強(qiáng)爆破技術(shù)優(yōu)化工作的研究力度。本文通過探討金屬露天礦臺階爆破設(shè)計方案，提出一些個人見解，希望對進(jìn)一步完善露天礦爆破技術(shù)有所幫助。

1.地質(zhì)概況

根據(jù)礦山的地質(zhì)條件和幾年來的爆破經(jīng)驗總結(jié)，將該礦分為難爆區(qū)域和中等區(qū)域。難爆區(qū)域巖性主要為黑云母花崗巖，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖石完整，蝕變類型為石英—絹云母—水白云母化，巖石硬度系數(shù)在8～10，堅硬；中等區(qū)域巖性主要為次斜長花崗斑巖、次英安質(zhì)角礫熔巖及流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石較完整，巖石硬度系數(shù)6～8，較堅硬。爆區(qū)臺階高度15m，工作臺階坡面角65°～70°，爆區(qū)長度60～100m，爆區(qū)寬度20～40m。

2.爆破設(shè)計方案

2.1 爆破器材

雷管采用奧瑞凱高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，誤差小于延期時間的2%，可與起爆彈配合使用。炸藥主要采用易普力混裝乳化炸藥，在現(xiàn)場直接混制，泵送入孔，利用空氣間隔器來進(jìn)行間隔裝藥，間隔器可以承受0.4MPa的壓力。

2.2 爆破參數(shù)

1）鉆機(jī)及鉆孔直徑。依據(jù)礦山初步設(shè)計，采用礦山現(xiàn)有的鉆孔設(shè)備：KQ150潛孔鉆機(jī)，鉆孔直徑為165mm；YZ-35C牙輪鉆機(jī)，鉆孔直徑為250mm；CM351潛孔鉆機(jī)，鉆孔直徑為140mm。

2）炸藥單耗。炸藥單耗的確定是深孔臺階爆破的主要參數(shù)之一。Langefors公式指出，巖石臺階爆破所需裝藥量可視為爆破結(jié)果的各種變量的一個函數(shù)，寫成最小抵抗線的冪函數(shù)為：Q=k2W2+k3W3+k4W4。

3）超深Δh。超深Δh值主要由巖層情況與抵抗線W值而定，一般取Δh=（0.1～0.25）W，難爆根底取：Δh=（0.25～0.3）W，在使用多排微差爆破時，最后幾排的Δh值要稍加大。

4）堵塞長度。良好的堵塞可以減少飛石，延長孔內(nèi)爆炸氣體作用時間，提高炸藥能量利用率，加強(qiáng)破碎效果。目前對于炮孔填塞長度LS一般是用孔徑、孔深和最小抵抗線或巖性來表達(dá)的，可采用經(jīng)驗式LS=（20～25）D或LS=（0.8～1.0）W進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計計算。

5）底盤抵抗線Wd。采用過大的底盤抵抗線會造成根底多，大塊率高，后沖作用大；過小不僅浪費(fèi)炸藥還易產(chǎn)生飛石危害。根據(jù)爆破時間經(jīng)驗，底盤抵抗線與臺階高度H之間存在如下關(guān)系：Wd=（0.6～0.9）H。

6）孔排距。孔排距由公式a=mb和b=（0.6～1.0）Wd計算可得，其中，a為孔距；b為排距；m為炮孔密集系數(shù)，結(jié)合我國露天礦山經(jīng)驗數(shù)據(jù)，m一般取0.9～1.2。

7）間隔裝藥參數(shù)。按空氣柱所在位置，空氣間隔裝藥可分為：中間間隔、底部間隔、頂部間隔、徑向間隔。

8）逐孔起爆間隔時間確定。逐孔起爆技術(shù)是國外興起的一種新型爆破技術(shù)，在國外礦山深孔臺階爆破中已被廣泛采用，而我國除幾個大型露天礦外幾乎還未涉及該領(lǐng)域。其炮孔的起爆不是傳統(tǒng)意義上的逐排，而是相鄰炮孔按照一定的時間間隔依次起爆，同時相鄰排之間也以另一時間間隔依次起爆。

在延期時間確定方法上，經(jīng)實踐驗證，澳大利亞礦山的經(jīng)驗較為適合我國的實際情況。統(tǒng)計結(jié)果表明，地表延期時間分布與爆破效果的關(guān)系大致服從正態(tài)分布，理論給出的不是一個絕對的數(shù)值，而是一個傾向于最佳爆破效果的時間區(qū)間，經(jīng)驗表明，孔間延期時間為3～8ms/m，排間延期時間為8～15ms/m，其爆破效果較為理想。

通過爆破參數(shù)優(yōu)化試驗，最終得出了難爆區(qū)域和中等區(qū)域的臺階爆破參數(shù)。其中，難爆區(qū)域臺階爆破參數(shù)見表1，中等區(qū)域適當(dāng)增加了孔網(wǎng)參數(shù)（排距增加0.5m）。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)

為使空氣間隔不耦合裝藥，保證間隔段的爆破效果，裝藥結(jié)構(gòu)采用奇、偶排空氣間隔段交錯布置。

乳化炸藥密度按1.15g/cm3計算，并考慮到擴(kuò)孔因素得出：KQ150潛孔鉆機(jī)Φ165mm孔徑，線裝藥密度取QL=27kg/m；CM351潛孔鉆機(jī)Φ140mm孔徑，取QL=20kg/m；對于牙輪鉆機(jī)Φ250mm孔徑，取QL=63kg/m。

孔內(nèi)采用空氣間隔器，奇偶排落差裝藥技術(shù)節(jié)省了炸藥單耗，降低了中部塊度?？諝忾g隔器可以承受0.4MPa的能量沖擊，增加了應(yīng)力波的傳播時間，加強(qiáng)了巖石破碎，杜絕了根底的出現(xiàn)。

2.4起爆方式

采用奧瑞凱高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管實現(xiàn)了逐孔起爆技術(shù)，先爆孔為后爆孔多創(chuàng)造一個自由面，爆破后相鄰孔之間碰撞擠壓，加強(qiáng)了巖石的二次破碎；同段起爆藥量為單孔藥量，很好地控制了爆破震動。

針對爆破后沖過大造成后排工作線不齊及臺階面裂隙率高的問題，爆破組采用Φ140mmCM351潛孔鉆機(jī)鉆孔試驗了緩沖孔爆破，裝藥采取雙空氣間隔裝藥，有效解決了這一問題。增加緩沖孔的方法解決了后沖過大的問題，但是成本卻很高。

為了解決后沖過大的問題但同時又不增加爆破費(fèi)用，爆破組經(jīng)過研究決定最后一排孔用100ms延期雷管來代替以往的65ms延期雷管，通過增加延期時間來減小后沖。通過長時間的爆破實踐證明，這種方法基本上解決了后沖過大的問題。100ms延期雷管和65ms延期雷管價格是一樣的，零投入但達(dá)到了預(yù)期的效果，大大節(jié)省了爆破成本。常用的起爆方式為斜線型起爆和V型起爆，其起爆方式網(wǎng)絡(luò)聯(lián)線圖如圖1所示，主控排與延行列傳爆方向大于90°，很好地保證了松散度，易鏟裝，提高了鏟裝效率。

3.效果分析

1）通過爆破參數(shù)優(yōu)化和新材料、新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，日均減少供礦時間4h，預(yù)計每年減少供礦時間1320h。大塊率降低，電鏟效率提高20%，在相同時間內(nèi)可以增加20%的產(chǎn)量。三臺挖掘機(jī)提前4h停止供礦用來剝離，預(yù)計每年為公司多創(chuàng)造效益5929萬元。

2）通過爆破參數(shù)優(yōu)化，徹底解決了礦石爆破的大塊問題，提高了選礦廠粗碎站的供礦效率，減少了粗碎站故障率。預(yù)計每年節(jié)省費(fèi)用為2611萬元。按照礦山服務(wù)年限33a來計算創(chuàng)造的效益為19.6億元，節(jié)省的費(fèi)用為8.61億元。

4.結(jié)語

通過探討金屬露天礦臺階爆破技術(shù)優(yōu)化研究工作，可以得出以下幾點結(jié)論：①使用奧瑞凱高精度毫秒延期雷管，能夠?qū)崿F(xiàn)逐孔起爆；②間隔器的使用可以節(jié)省炸藥單耗，減少成本；③采用最后一排孔增加延期時間的方法，可以解決好后沖過大的問題，實踐證明，這些新材料、新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，有效降低了爆破成本，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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