青海德爾尼銅礦爆破效果評估及優(yōu)化

周 馭 周文海 樓曉明

(1. 青海威斯特銅業(yè)股份責任有限公司，青海 果洛814000;2. 福州大學紫金礦業(yè)學院，福建 福州350108)

爆破對于整個礦山而言是一項系統(tǒng)工程，僅爆破環(huán)節(jié)費用占到整個露天礦開采總費用的15% ～20%，所以對于礦山爆破效果評估及優(yōu)化受到了礦山企業(yè)的重視。青海德爾尼露天銅礦山長期以來爆破效果一直不理想，工作面凹凸不平，礦石塊度不均勻，大塊率高且一直保持在45%左右，根底也較多。在處理底根和大塊時增加了大量的爆破成本和機械成本，同時對鏟裝運輸造成極大影響。一方面使露天礦的生產(chǎn)效率受到極大影響，另一方面對于礦山生產(chǎn)計劃造成嚴重的阻礙。為了改善德爾尼銅礦爆破效果以及加快礦山生產(chǎn)計劃，特對德爾尼銅礦爆破效果做出綜合評估，找出主要影響因素，最終提出優(yōu)化方案，以期達到提高礦山經(jīng)濟效益的目的。

1 德爾尼銅礦爆破效果評估綜合模型［1-4］

依據(jù)統(tǒng)籌全局、由主及次、由粗及細原則，把爆破效果影響因素按指標分配劃為三級。以施工地質條件、爆破工藝設計和爆破現(xiàn)場管理為爆破效果評估體系的一級指標，其中一級指標應全局考慮爆破效果的所有主要影響因素。再根據(jù)指標間的隸屬關系以及細分原則，將一級指標細分為劃分二級指標，依次類推，劃分三級指標。

1.1 評估指標權重的確定

指標權重賦值需反映2 方面內容:一是具有客觀性，反映指標的相對重要性;二是反映專家、決策者、評估者對指標的主觀性。前者是根據(jù)指標間的相互聯(lián)系來確定權數(shù)，如灰色關聯(lián)度法、主成分分析法等;后者是定性方法，由專家根據(jù)經(jīng)驗進行主觀判斷，然后與決策者進行協(xié)商后的決策得到權重。本研究采取定性方法對指標權重予以賦值，具體步驟如下。

(1)判斷矩陣的建立。指標的重要性通過數(shù)量尺度來判斷。如表1。

表1 判斷矩陣定義Table 1 Definition of judgment matrix

由上表得出標度Mij，確定其重要性。其矩陣為

M = ［mij］n×n，

其中，n 為判斷矩陣維數(shù)，矩陣中的元素應為mij=1/mji，mii=1。

(2)計算權重向量。權重向量是指下級因素對上級因素的影響程度。把判斷矩陣的每一元素除以其相應列的總和，再計算每一行的平均值。根據(jù)線性規(guī)劃算法，對判斷矩陣的特征根求解得到特征向量。最后，通過歸一化處理得到影響值。

(3)一致性檢驗。權數(shù)的分配初始值由專家及相關領導配得，其需要判斷是否合理，必須要進行一致性檢驗。引入衡量判斷矩陣一致性指標CI，如公式

CI = (λmax－ n)/(n －1).

其中，λ 為矩陣M 的特征值。

1.2 評估模型的方法——模糊綜合后評估法

運用模糊綜合評估是對德爾尼銅礦爆破效果受多種因素影響做出全面評估的一種十分有效的決策方法，它的特點是評估結果不是絕對地肯定或否定，而是以一個模糊集合來表示，具體步驟如下。

(1)先確定一個指標集

U = (x1，x2，…，xn)

和一個評估集

V = (v1，v2，…，vn).

(2)其次，對單個指標評估，通過建立模糊關系矩陣R，構造等級模糊子集，逐個對評估指標ui量化。從一個指標來看被評估等級子集的隸屬度，從而得出模糊關系矩陣:

其中，矩陣R 中rij指被評估事物從指標ui來看對vj等級模糊子集的隸屬度。

(3)最后進行綜合評估。對模糊權向量

M = [m1，m2，…，mn]，

運用模糊矩陣合成的運算方法來計算，得

B = M·R ∈F(V).

2 模糊綜合評估模型的應用

2.1 運用層次分析法確定指標權重

層次分析法確定權重如表2 所示。

2.2 指標的隸屬度確定

爆破效果后評估指標的評估等級分為優(yōu)、良、中、差、較差。根據(jù)模糊統(tǒng)計原理，各評估指標的等級隸屬度如表3 所示。

2.3 模糊綜合評估模型

施工地質條件模糊評估結果為(0.024，0.267，0.334，0.399，0)，說明其評估效果差;爆破工藝設計模糊評估結果為(0.291，0.317，0.370，0.022，0)，說明其評估效果中;爆破現(xiàn)場管理模糊評估結果為(0.216，0.292，0.364，0.128，0)，說明其評估效果中。由評估模型計算得出德爾尼銅礦爆破效果模糊綜合評估結果為(0.198，0.296，0.373，0.138，0)，說明德爾尼銅礦爆破效果評估結果為中。具體建模計算過程為

表2 層次分析法確定權重Table 2 Weight determination by analytic hierarchy process

表3 指標隸屬度確定Table 3 Determination of index membership degree

3 爆破效果優(yōu)化

德爾尼銅礦區(qū)由于地質施工環(huán)境較不理想，巖層結構較為復雜，巖石風化、節(jié)理及斷裂嚴重，結構面較多，對爆破施工造成嚴重影響。針對此種現(xiàn)狀，施工單位沒有針對具體環(huán)境處理好爆破工藝以及現(xiàn)場管理，最終導致整體爆破效果不佳。通過對德爾尼銅礦爆破效果模糊綜合評估，最終數(shù)據(jù)顯示對于爆破效果影響因素主要是爆破工藝的穿孔、裝藥、充填和網(wǎng)絡設計以及現(xiàn)場管理的根底率、大塊率和鏟裝效率。本礦區(qū)爆破現(xiàn)場常常存在穿孔的孔向和孔位的把握不當，經(jīng)常超鉆，欠鉆，造成爆后下個臺階的不平整或留有大量根底，給下一臺階的爆破施工制造困難;并且由于裝藥結構和堵塞不合理性，對爆破的塊度均勻率、根底、爆破振動以及飛石控制都有極大的影響;爆破網(wǎng)絡的不合理設計不僅對于爆破效果造成嚴重影響，而且造成爆破成本的浪費以及爆破安全危機的可視性。因此，為了改善爆破效果，提高礦山生產(chǎn)能力、增加經(jīng)濟效益，給出如下優(yōu)化方案［5-6］。

(1)穿孔優(yōu)化，見表4。

表4 穿孔作業(yè)優(yōu)化Table 4 Drilling operation optimization

(2)裝藥及充填優(yōu)化，見表5。

表5 裝藥及充填優(yōu)化Table 5 Charging and filling optimization

(3)爆破網(wǎng)絡及連接優(yōu)化。對不同的爆破部位，選取不同的爆破參數(shù)和裝藥結構，將爆破破碎分為松、散2 個標準，對不同位置的炮孔的爆破參數(shù)按其爆破破碎標準試爆后調整，優(yōu)化前后的參數(shù)見表6、表7 所示?？讖綖?02 mm 的深孔，取最小抵抗線W1=2.5 ～4 m;孔徑為150 mm 的深孔，取最小抵抗線W1=3.5 ～5 m，為減小爆破振動，一律采用逐孔起爆。

表6 優(yōu)化前爆破網(wǎng)絡Table 6 Blasting network before optimization

表7 優(yōu)化后爆破網(wǎng)絡Table 7 Blasting network after optimization

起爆網(wǎng)絡改為奧瑞凱高精度微差導爆管雷管逐孔起爆，網(wǎng)絡圖如圖1，爆破效果良好。

圖1 優(yōu)化后爆破網(wǎng)絡Fig.1 Blasting network graph after optimization

4 總 結

(1)通過對德爾尼銅礦爆破項目評估優(yōu)化，礦山爆破效果取得穩(wěn)步提升，較以前整體爆堆外形有很大改善，爆堆規(guī)整，拋擲合理，后沖龜裂較輕，邊界清晰。切實提高爆破效果，大大提高了礦山經(jīng)濟利益，實踐證明，此次評估優(yōu)化在安全、經(jīng)濟、技術上都是切實可行的。

(2)通過此次的爆破評估以及優(yōu)化研究，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，大塊率減少了20%左右，鏟裝效率也提高了10%～15%左右，盲炮率從原來的5.3%下降到2.7%，爆破安全現(xiàn)狀較以前有所改觀，根底狀況也有了明顯的改善，為下個臺階作業(yè)創(chuàng)造了較好的條件，提高了礦山生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益。

(3)礦區(qū)爆破效果評估優(yōu)化后，不僅大大減少了爆區(qū)臨近巖塊振動效應，而且對于最終邊坡的穩(wěn)定性起到了前期輔助作用。觀察發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后爆區(qū)巖體裂紋裂隙、巖塊間振動孔隙、飛石控制以及臺階塌陷較以前有明顯改善，這樣不僅對于后期鑿巖鉆孔提供了更好的作業(yè)環(huán)境，而且對于臺階成型以及最終邊坡的處理創(chuàng)造了優(yōu)越條件。

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