露天爆破大塊控制試驗(yàn)

尚慶森，程志勇

(洛陽礦業(yè)集團(tuán)力泰礦業(yè)有限公司，河南洛陽 471000)

0 前言

露天采礦臺階爆破作業(yè)是露天開采的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其成本約占礦山生產(chǎn)成本的15% ～20%。在深孔爆破中大塊率偏高是各露天礦普遍存在的問題。一些礦山大塊率曾高達(dá)40%，這不僅影響了采裝作業(yè)，而且增加了二次爆破或機(jī)械破碎的工作量，也帶來了二次爆破的礦山安全隱患。因此，控制好露天臺階爆破的大塊率是整個(gè)露天采礦工作的關(guān)鍵。

研究表明，引起露天爆破大塊率高的主要因素有炮孔間距與排距、爆破方式、裝藥方式和孔口充填方式［1-3］。本文在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，借助爆破漏斗試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)，比較了分段裝藥、空間和孔內(nèi)微差的爆破效果。

1 爆破參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)

某露天鉬礦應(yīng)用直徑115 mm的潛孔鉆，孔深一般按臺階超深1.2～1.5 m。其中，大連凱森爆破公司的爆破參數(shù)為:剝離3 m×5 m、采礦2.6～2.7 m ×4.5 m、孔口充填4 m 左右、炸藥單耗0.45 ～0.5 kg/m3，中海爆破公司的爆破參數(shù)為:剝離3 m×5～7 m、采礦3 m×5 m、孔口充填4 m左右、炸藥單耗0.40～0.45 kg/m3。一般都是一次性爆破3～4排，排間用4段毫秒管間隔延時(shí)。爆破大塊率一般都達(dá)到20%。

根據(jù)上述調(diào)查，按如下公式設(shè)計(jì)爆破漏斗試驗(yàn)的參數(shù):

式中:W為抵抗線，m;d為炮孔直徑，mm;▽為炸藥密度，礦山用胺油炸藥，其爆速較好的范圍值為800～900 kg/m3，其中800 kg/m3為裝藥松散后的最小密度值，900 kg/m3為出廠密度值;τ取值范圍為0.7 ～0.8 kg/m3;m 取值范圍為1.2 ～1.5;q為炸藥單耗，按調(diào)查取值0.40～0.5 kg/m3;a為孔間距，m;n取值1～3;b為排間距，m。

按照公式(1)，計(jì)算出 W 為3.3～4.4 m;n取1 ～1.5，a 約為3.5 ～6.0 m;b約為3.0 ～3.5 m。

臺階坡面角取700，對12～14 m高的臺階，取第一排鉆孔到坡頂線的距離為1.5～2.0 m時(shí)，在臺階高度中部抵抗線W可達(dá)到3.5～4.5 m。第一排炮孔間距取3.5～4.0 m，最好不超過4.5 m。排間距取2.5～2.8 m，最好不超過3.2 m。第一排之后的各排孔間距取4.5 ～5.0 m，最好不超過5.5 m。

2 爆破漏斗試驗(yàn)

2.1 現(xiàn)場施工

按圖1布置爆孔。根據(jù)設(shè)計(jì)，孔間距取5 m;1#孔抵抗線達(dá)3.2 m。因有圖中虛線所示的貫通裂紋，2#孔處裂紋離坡面距離約為0.5 m，因此抵抗線取3.7 m;3#孔處裂紋離坡面距離約為1.5 m，因此抵抗線取4.4 m。因臺階坡角基本近似90°，布置抵抗線時(shí)，從臺階坡頂線開始量抵抗線的長度。1#～3#鉆孔施工深度分別達(dá) 15.6 m、15.5 m、15.4 m，其對應(yīng)的臺階高度分別為12 m、12 m、13 m。

1#～3#鉆孔分別采用孔內(nèi)不分段裝藥、分段裝藥不微差、分段裝藥微差。微差時(shí)，下段先起爆，間隔時(shí)間為25 ms。設(shè)計(jì)分段裝藥時(shí)，一般上部藥包為下部藥包的1/3;間隔巖粉一般不超過上部藥柱的0.6 ～0.7 m，按經(jīng)驗(yàn)一般取1.5 ～2.0 m。

為了確保爆破后下部臺階平整及超深不大于1.5 m，裝藥時(shí)下部堵塞巖粉高度為1 m。實(shí)際裝藥時(shí)，因施工不慎，1#孔堵塞巖粉高度為1.5 m，裝藥高度為10 m，裝藥重量為86 kg，孔口堵塞巖粉高度為4.1 m;2#孔堵塞巖粉高度為1.0 m，下段裝藥高度為7.9m、裝藥重量為67 kg，間隔巖粉2.4 m，上段裝藥高度為1.4 m、裝藥重量約為13 kg，孔口堵塞巖粉高度為2.8 m;3#孔，因孔底有約1 m高的水柱，孔底不堵塞巖粉，下段裝藥高度為8.1 m、裝藥重量為69 kg，間隔巖粉2.0 m，上段裝藥高度為2.5 m、裝藥重量約為 24 kg，孔口堵塞巖粉高度為2.8 m。

圖1 炮孔布置示意圖

2.2 效果觀測

應(yīng)用間隔裝藥或孔內(nèi)微差后，達(dá)到如下爆破效果:

(1)應(yīng)用2.8 m的孔口堵塞高度，未見爆破飛石和沖孔現(xiàn)象。

(2)產(chǎn)生大塊16塊，其中超過1 m×1 m×1 m的大塊數(shù)目為6塊。產(chǎn)生大塊的原因是，布孔爆破前，地表有垂直抵抗線的環(huán)狀裂紋(見圖1中虛線)和臺階坡面有爆破裂紋展布。

(3)1#孔爆破漏斗南北直徑為5.6 m，其中后震的環(huán)狀裂紋半徑達(dá)2.4 m，抵抗線有1.6 m未推開，沿1#～3#孔連線向1#孔西邊破裂范圍達(dá)4.5 m，沿臺階坡面向1#孔西邊爆破裂紋擴(kuò)展范圍達(dá)7.0 m。產(chǎn)生炮孔未推開的原因，可能是抵抗線過大，加上坡面有臺階夾制，另外，炮孔孔底和孔口都填塞巖粉過多從而導(dǎo)致裝藥量偏少。

(4)2#孔爆破漏斗南北直徑為9.4 m，其中后震的環(huán)狀裂紋半徑達(dá)5.7 m，炮孔及其后1.5 m都被推出，推出的最凹點(diǎn)到環(huán)狀裂紋的最大距離為4.2 m?？傊麄€(gè)爆破效果較好。

(5)3#孔爆破漏斗南北直徑為11 m，其中后震的環(huán)狀裂紋半徑達(dá)6.6 m，沿3孔連線向3#孔東邊破裂范圍達(dá)7.2 m。

6)沿邊坡臺階坡面爆破共推巖長達(dá)17.7 m。從最凹陷點(diǎn)到爆破推巖西邊界線長達(dá)13.7 m，到爆破推巖東邊界線長達(dá)6.4 m。

觀察表明:孔內(nèi)微差會增大后震對邊坡臺階坡面的損傷。

2.3 炸藥單耗驗(yàn)算

按單孔爆破漏斗錐體計(jì)算出炸藥單耗為0.215～0.587 kg/m3，按單孔爆破棱柱體計(jì)算出炸藥單耗為0.298 ～0.382 kg/m3，按實(shí)際爆破棱柱體計(jì)算炸藥單耗為 0.467 kg/m3。

可見，凝灰?guī)r的炸藥單耗為0.382 kg/m3～0.467 kg/m3，常規(guī)爆破時(shí)取值為 0.4 ～ 0.45 kg/m3，運(yùn)用孔內(nèi)分段微差可以將炸藥單耗降低到0.298 kg/m3，節(jié)省約20% ～30%。

結(jié)合兩爆破公司的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，斑巖的炸藥單耗要適當(dāng)增加，尤其花崗斑巖更難爆，因此，斑巖的炸藥單耗取0.5 ～0.55 kg/m3。上述試驗(yàn)證明，運(yùn)用孔內(nèi)分段微差可以將炸藥單耗降低20%～30%。

從試驗(yàn)效果觀察與抵抗線、孔間距布置中分析認(rèn)為:抵抗線取3.0 m為宜，最好不超過3.5 m;如果臺階坡角為70°，布置抵抗線時(shí)，第一排孔離坡頂線的距離取1.5～2.0 m為宜;建議第一排的孔間距取小值，即取3.5 ～4.0 m，最好不超過4.5 m。

3 工業(yè)試驗(yàn)

3.1 石英斑巖工業(yè)試驗(yàn)

3.1.1 爆孔布置及裝藥

試驗(yàn)的爆破炮孔在漏斗試驗(yàn)之前已經(jīng)打好，因此未按爆破漏斗試驗(yàn)的建議值布置，即不符合如下布孔參數(shù)“第1排孔離坡頂線的距離取1.5～2.0 m、孔間距 3.5 ～4.0 m(最大不超過4.5 m)，以后各排排間距取 2.5 ～2.8 m(最大不超過 3.2 m)、孔間距4.5 ～5.0 m(最大不超過5.5 m)”。第1 排孔從西向東，抵抗線分別為 2.9 m、2.5 m、2.3 m、2.1 m、3.3 m，第2排排間距為2.8 m，第3排排間距為3.0 m，第4排排間距為3.0 m。第1排孔從西向東，孔間距分別為6.6 m、4.5 m、5.8 m、6.0 m，第 2 排孔從西向東，孔間距分別為 5.4 m、6.2 m、5.1 m，第 3排孔從西向東，孔間距分別為4.0 m、5.8 m、5.7 m、5.0 m，第4排孔從西向東，孔間距分別為4.1 m、5.3 m、5.2 m。

由于抵抗線普遍偏大，第3排和第4排的排間距略微偏大，第1排的孔間距普遍偏大，加上購置的雷管段數(shù)不夠，因此，全部采用分段裝藥孔內(nèi)不微差，不考慮孔內(nèi)微差而降低炸藥單耗的問題;僅采用孔間和排間微差而增加爆破的自由面?？组g微差時(shí)間為25 ms，排間微差時(shí)間為50 ms。

孔口堵塞長度全部為2.5～2.8 m，孔內(nèi)間隔的巖粉高度為1.5 ～2.0 m，上段裝藥長 2.0 ～3.0 m?？咨畛^14 m時(shí)，間隔巖粉高度取2.0 m;孔深小于11 m時(shí)，間隔巖粉高度取1.0 m;其他取1.5 m。上段裝藥長度約為下段裝藥長度的1/3。如此裝藥，較常規(guī)爆破中“孔口堵塞長度為4 m、不裝間隔巖粉”約減少裝藥量5% ～8%。

3.1.2 爆破效果觀察與評價(jià)

本次半工業(yè)試驗(yàn)，除了凝灰?guī)r與石英斑巖分界的根底因布孔較少(僅4個(gè)鉆孔，且第4個(gè)鉆孔離開根底的距離達(dá)1 m)，爆破塊度較大外，石英斑巖部分均因應(yīng)用孔間和排間微差，爆破塊度基本合適，在爆堆上未見到塊度超過1 m×1 m×1 m的大塊。

在石英斑巖東側(cè)的凝灰?guī)r界面，因布孔前臺階邊界裂隙發(fā)育，有垂直臺階坡面的厚約1 m的土質(zhì)夾層漏氣，產(chǎn)生了4個(gè)超過1 m×1 m×1 m的大塊，并在該處產(chǎn)生了寬約40 cm的垂直臺階坡面、貫通臺階頂面和坡面的裂縫。

從該試驗(yàn)看，簡單比較巖粉的堵塞總長度，發(fā)現(xiàn)比中海爆破公司在石英斑巖中的常規(guī)爆破節(jié)損炸藥約5% ～8%;石英斑巖抵抗線可達(dá)3.2 m，第一排孔間距可取到4.5 m，其他各排孔間距可取到5.5 m。

部分鉆孔，因孔底打透采空區(qū)而漏氣，未推開巖體。

3.2 花崗斑巖工業(yè)試驗(yàn)

3.2.1 爆孔布置及裝藥

試驗(yàn)的爆破炮孔在第2次試驗(yàn)前后打好，也未按爆破漏斗試驗(yàn)的建議值布置，即不符合如下布孔參數(shù)“第1排孔離坡頂線的距離取1.5～2.0 m、孔間距3.5～4.0 m，以后各排排間距取 2.5 ～2.8 m、孔間距4.5～5.0 m”，而是繼續(xù)按以前常規(guī)布孔的參數(shù)布孔。

第1排孔從左向右到坡頂線的距離分別為2.6 m、2.0 m、2.3 m、2.1 m、2.4 m、2.2 m、3 m、2.5 m，第2 排排距從左向右分別為 3.1 m、2.3 m、3.2 m、2.8 m、2.5 m、2.5 m，第 3 排排距從左向右分別為2.7 m、2.7 m、3.1 m、3.2 m、3.9 m、3.7 m、3.7 m，第4 排排距從左向右分別為 2.7 m、2.6 m、2.8 m、2.9 m、2.5 m、2.8 m。

第1排孔從左向右孔間距分別為5.5 m、5.1 m、3.1 m、5.0 m、5.0 m、4.7 m、5.3 m，第 2 排孔從左向右孔間距分別為6.0 m、5.0 m、4.0 m、4.6 m、5.0 m，第3排孔從左向右孔間距分別為5.4 m、5.0 m、5.5 m、5.0 m、4.4 m、4.8 m，第4 排孔從左向右孔間距分別為 5.1 m、5.0 m、4.5 m、5.7 m、4.9 m。

由于抵抗線普遍偏大，第3排右側(cè)4個(gè)孔的排距偏大，第1排的孔間距大多偏大，加上花崗斑巖最難爆，而且購置的雷管段數(shù)有限，因此，也全部采用分段裝藥孔內(nèi)不微差，不考慮孔內(nèi)微差而降低炸藥單耗等問題;僅采用孔間和排間微差而增加爆破的自由面?？组g微差時(shí)間為25 ms，排間微差時(shí)間為75 ms。

孔口堵塞長度全部為2.5～2.8 m，孔內(nèi)間隔的巖粉高度為1.0 ～1.5 m，上段裝藥長 2.0 ～3.0 m?？咨畛^13 m時(shí)，間隔巖粉高度取1.5 m，其他取1.0 m。上段裝藥長度約為下段裝藥長度的1/3。如此裝藥，裝藥量基本與常規(guī)爆破中“孔口堵塞長度為4 m、不裝間隔巖粉”持平。

3.2.2 爆破效果觀察與評價(jià)

由于管路連接中，出現(xiàn)從第2排向后連的導(dǎo)爆管炸斷，導(dǎo)致第3排與第4排未起爆。即使如此，發(fā)現(xiàn)第1、第2排爆破后，僅出現(xiàn)10個(gè)塊度超過1 m×1 m×1 m的大塊，單塊最大不超過1.5 m3。炮孔離臺階坡頂線的距離為1.5～2.0 m時(shí)，考慮臺階坡面角為70°～80°后，抵抗線約為3.0 ～3.2 m。第一排抵抗線值超過規(guī)定值0.4～1.0 m的鉆孔占50%，其中27.5%的超過0.5～1 m;孔間距超過規(guī)定值0.2 ～1.0 m 的占 85.7%，其中 70%的超過 0.5 ～1 m;第2排排間距基本合理，僅兩孔超過2.5～2.8 m，最大超過值小于0.4 m;第2排孔間距僅一個(gè)超過4.5 ～5.0 m，超過值達(dá)1.0 m。因此，抵抗線和第1排孔間距過大，是產(chǎn)生過多大塊的主要原因。

再次聯(lián)網(wǎng)起爆第3、第4排，出現(xiàn)15個(gè)塊度超過1 m×1 m×1 m的大塊，單塊有2塊達(dá)到2.0 m3，其他不超過1.2 m3。因前2排起爆的后震，再次起爆時(shí)，第三排抵抗線過小，炮孔基本處在坡頂線上，加上孔間距全部超過3.5～4.0 m，66.7%的孔間距超過規(guī)定值0.5～1 m;第4排排間距基本合理，孔間距僅一個(gè)偏大，達(dá)5.7 m。因此，再次證明抵抗線過小和第1排孔間距過大，是產(chǎn)生過多大塊的主要原因。

因第1、第2排的爆破松動，第3排堵塞偏小，因而產(chǎn)生爆破飛石，飛石飛高達(dá)到5 m，飛遠(yuǎn)達(dá)到100多米。

本次半工業(yè)試驗(yàn)的大塊總數(shù)達(dá)到25塊。

對比兩次半工業(yè)試驗(yàn)，說明抵抗線過小或過大，第1排孔間距過大，是產(chǎn)生爆破大塊的根源;堵塞不緊或偏小，是產(chǎn)生爆破飛石的根源;實(shí)施孔間和排間微差，可增加爆破的自由面，改善爆破擠壓效果，從而有效降低爆破大塊。

分析幾次爆破試驗(yàn)，尤其從花崗斑巖半工業(yè)爆破試驗(yàn)的兩次起爆中發(fā)現(xiàn)，最后一排孔間或孔內(nèi)微差，都會增大后震對邊坡臺階坡面的損傷。為了維護(hù)好最終邊坡的穩(wěn)定性，建議取消小臺階成坡的施工工藝，改用預(yù)裂爆破一次性成坡，并在預(yù)裂面前的最后一排炮孔的起爆中避免孔間和孔內(nèi)微差。

4 結(jié)論與建議

(1)流紋巖、凝灰?guī)r的炸藥單耗為0.40～0.45 kg/m3，花崗斑巖和石英斑巖的炸藥單耗為0.50～0.55 kg/m3;孔口堵塞最好為2.5 ～3.0 m;抵抗線最好不要超過3.0 m;流紋巖、凝灰?guī)r、石英斑巖的排間距離最好不要超過3.2 m，第1排孔間距最好不超過4.5 m，其他各排的孔間距最好不超過5.5 m;花崗斑巖排間距最好不要超過2.8 m，第1排孔間距最好不要超過4.0 m，其他各排的孔間距最好不要超過5.0 m。

(2)孔內(nèi)分段裝藥和微差爆破，使爆力均勻分布，可以降低炸藥單耗10% ～20%。建議采用孔內(nèi)、孔間和排間分段微差爆破。

孔內(nèi)分段裝藥時(shí)，間隔的巖粉高度不小于1.0 m，不大于2.0 m;上段裝藥長度約為下段的1/3?？變?nèi)最好應(yīng)用微差爆破，下段較上段提前25 ms起爆。后排較前排，裝藥量對應(yīng)增加5%。后排較前排延時(shí)50～75 ms起爆。

(3)為了減小后震，維護(hù)臺階坡面的穩(wěn)定性，最后一排起爆時(shí)只搞排間微差，不采納孔間和孔內(nèi)微差。

(4)為了消除根底，孔深均按實(shí)測臺階的平均高度值超深1 m。

(5)為了節(jié)約爆破網(wǎng)絡(luò)連接中的雷管消耗，便于同時(shí)實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)、孔間和排間微差，建議采購2～8段的各段毫秒微差雷管;為了減少網(wǎng)絡(luò)連接的雷管消耗，建議加長4段雷管的導(dǎo)爆管7～8 m，以便應(yīng)用4、5段雷管實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)微差后，引出孔口的導(dǎo)爆管等長。

(6)建議采購膠布實(shí)現(xiàn)爆破網(wǎng)路的快速、方便和可靠連接。

［1］鄭華森.降低露天采礦臺階爆破大塊率的幾種方法［J］.新疆有色金屬，2010，(增2):46-47.

［2］雷華南，張建平.降低露天礦臺階爆破不合理大塊率及根底率的有效辦法［J］.金屬礦山，1992，(7):31-34.

［3］沈興玉，崔光峰，任昌勝，等.露天爆破大塊率高及根底產(chǎn)生的原因及降低措施［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010，(7):96-97.