露天礦臨近高陡邊坡控制爆破技術(shù)選擇與評(píng)價(jià)

樓曉明，周文海，陳鵬輝

（1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福州350116；2.福州大學(xué)爆炸技術(shù)研究所，福州350116）

露天礦臨近高陡邊坡控制爆破技術(shù)選擇與評(píng)價(jià)

樓曉明1，2，周文海1，陳鵬輝1

（1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院，福州350116；2.福州大學(xué)爆炸技術(shù)研究所，福州350116）

將德爾尼露天礦4 728m平臺(tái)臨近高陡邊坡某一爆場一分為二，一側(cè)采用傳統(tǒng)的普通雷管逐排起爆技術(shù)，另一側(cè)采用ORICA（澳瑞凱）高精度雷管逐孔起爆技術(shù)，對(duì)兩側(cè)不同的控制爆破方案進(jìn)行試驗(yàn)。通過監(jiān)測(cè)分析兩爆區(qū)技術(shù)指標(biāo)和爆后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以期確定最佳爆破方案。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過主成分分析法（PCA）對(duì)爆破方案和爆破技術(shù)效益建立相關(guān)的數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，確定不同的爆破方案對(duì)爆破技術(shù)指標(biāo)的影響，整個(gè)評(píng)價(jià)過程運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行分析，最終以數(shù)學(xué)理論的形式說明不同方案與技術(shù)指標(biāo)間的影響程度，為最佳爆破方案的選擇提供理論支持。

露天礦開采；高陡邊坡；爆破技術(shù)；評(píng)價(jià)研究

德爾尼露天采場邊坡屬于高陡邊坡，巖層較為破碎，由于前期爆破振動(dòng)影響，使得臺(tái)階穩(wěn)定性較差。從爆破角度來看，一方面，為了最大限度地減少巖石的剝離量，降低開采成本，不影響已有邊坡的穩(wěn)定，必須使爆破引起的最大振動(dòng)不超過德爾尼銅礦高陡邊坡振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)，以防邊坡基巖因振動(dòng)過大而造成損傷，從而使穩(wěn)定性變差甚至引起邊坡不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)。另一方面，應(yīng)減小露天采場爆破后產(chǎn)生的大塊和根底率偏高問題，使日常爆破不影響生產(chǎn)并盡量降低爆破成本［1］。4 278m露天平臺(tái)緊接最終邊幫的交接位置，為了保證安全生產(chǎn)、確保最終邊幫的穩(wěn)固，故將4 278m平臺(tái)作為試驗(yàn)爆區(qū)，采用不同的爆破方案進(jìn)行試驗(yàn)，以期確定最終實(shí)施方案。

1 控制爆破方案

將德爾尼銅礦4 278m平臺(tái)某一爆區(qū)一分為二，采用肩并肩對(duì)比，一側(cè)為澳瑞凱爆區(qū)，一側(cè)為普通雷管爆區(qū)。澳瑞凱爆區(qū)地表管為17、25、42、65 ms，孔內(nèi)管采用14m腳線16段400ms延期時(shí)間雷管和7m腳線17段425ms延期時(shí)間雷管。普通雷管爆區(qū)孔內(nèi)采用10段（380ms）延期雷管，排間采用3段（50ms）延期雷管［2－4］。起爆藥包為海西東諾產(chǎn)Φ32mm乳化炸藥，干孔炸藥為海西東諾產(chǎn)巖石膨化硝銨炸藥，水孔采用Φ90mm水膠炸藥。爆破試驗(yàn)具體情況如下：

圖1 爆破試驗(yàn)連線圖Fig.1 The chart of blasting test

圖2 澳瑞凱爆區(qū)與普通爆區(qū)爆破環(huán)境相近Fig.2 Similar blasting environment between ORICA blasting area and ordinary blasting area

通過對(duì)兩爆區(qū)經(jīng)濟(jì)成本分析，數(shù)據(jù)顯示澳瑞凱雷管爆區(qū)雖然雷管成本為普通雷管爆區(qū)4倍左右，但平均單孔裝藥量和每立方米穿爆成本較后者提高16%和9%左右，假設(shè)每米鉆孔成本按25元計(jì)算，每立方米節(jié)約成本約0.315元。這樣，整個(gè)試驗(yàn)爆區(qū)澳瑞凱逐孔起爆方案經(jīng)濟(jì)成本較普通雷管逐排起爆方案提高約5%左右，具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

試爆期間，馬鞍山礦山設(shè)計(jì)研究院的專家對(duì)爆破振動(dòng)進(jìn)行了觀測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，普通雷管爆區(qū)振動(dòng)速度遠(yuǎn)大于澳瑞凱爆區(qū)，爆后臺(tái)階無明顯沉降，只出現(xiàn)幾條明顯的寬裂隙，爆區(qū)垮裂和前移也不明顯。而澳瑞凱爆區(qū)爆后沉降溝明顯，炮區(qū)整體前移，爆堆松散度良好。這樣，采用澳瑞凱逐孔起爆方案不光對(duì)于后期鑿巖鉆孔提供了更好的作業(yè)環(huán)境，而且對(duì)于臺(tái)階成型以及最終邊幫的處理創(chuàng)造了優(yōu)越條件［5－7］，測(cè)試結(jié)果見表2。

表1 4 278m平臺(tái)爆破分析表Table 1 The table of 4 278mplatform blasting analysis

爆后在挖掘過程中，澳瑞凱爆區(qū)沒有出現(xiàn)未爆藥包，而普通雷管爆區(qū)出現(xiàn)個(gè)別因連線炸斷的未爆藥包。挖掘完畢后，普通雷管出現(xiàn)大量的大塊、根底，而澳瑞凱爆區(qū)的大塊、根底、爆堆松散度較普通雷管逐孔起爆有明顯改善，具體情況如圖5、6。

2 德爾尼露天礦爆破方案評(píng)價(jià)模型的建立［8－10］

2.1 評(píng)價(jià)模型和假設(shè)

1）評(píng)價(jià)模型

本研究模型分為兩個(gè)部分，高陡邊坡爆破方案和爆破技術(shù)效益。其中高陡邊坡爆破方案由兩個(gè)部分組成：普通雷管逐排起爆和澳瑞凱雷管逐孔起爆。而爆破技術(shù)效益由五個(gè)部分組成：爆堆松散度、大塊和根底率、炸藥單耗、鏟裝效率和未爆藥包率。本文主要分析不同的高陡邊坡爆破方案對(duì)爆破技術(shù)效益的影響，以此確定最佳的高陡邊坡爆破方案，結(jié)構(gòu)模型如圖7所示。

表2 測(cè)試爆破減振結(jié)果對(duì)比Table 2 Comparison result of blasting shock absorption

圖3 澳瑞凱爆區(qū)Fig.3 ORICA blasting area

圖4 普通雷管爆區(qū)Fig.4 Common detonator blasting area

圖5 澳瑞凱爆區(qū)爆后效果Fig.5 Effect picture after the explosion in ORICA blasting area

2）研究假設(shè)

本文假設(shè)不同的爆破方案對(duì)爆破技術(shù)效益產(chǎn)生不同程度的影響。

1.普通雷管逐排起爆對(duì)爆破技術(shù)效益的影響

H1a：普通雷管逐排起爆對(duì)爆堆松散度產(chǎn)生的影響。

H1b：普通雷管逐排起爆對(duì)爆后大塊和根底率產(chǎn)生的影響。

H1c：普通雷管逐排起爆對(duì)炸藥單耗產(chǎn)生的影響。

H1d：普通雷管逐排起爆對(duì)鏟裝效率產(chǎn)生的影響。

H1e：普通雷管逐排起爆對(duì)未爆藥包率產(chǎn)生的影響。

圖6 普通雷管爆區(qū)爆后效果Fig.6 Effect picture after the explosion in common detonator blasting area

圖7 結(jié)構(gòu)模型Fig.7 Structural model

2.澳瑞凱雷管逐孔起爆對(duì)爆破技術(shù)效益的影響

H2a：澳瑞凱雷管逐孔起爆對(duì)爆堆松散度產(chǎn)生的影響。

H2b：澳瑞凱雷管逐孔起爆對(duì)爆后大塊和根底率產(chǎn)生的影響。

H2c：澳瑞凱雷管逐孔起爆對(duì)炸藥單耗產(chǎn)生的影響。

H2d：澳瑞凱雷管逐孔起爆對(duì)鏟裝效率產(chǎn)生的影響。

H2e：澳瑞凱雷管逐孔起爆對(duì)未爆藥包率產(chǎn)生的影響。

2.2 基于PCA的高陡邊坡控制爆破對(duì)爆破技術(shù)效益的影響分析

1）影響因子的效度與信度的檢驗(yàn)

效度和信度分析是保證影響因子質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，信度是可靠性檢驗(yàn)的一項(xiàng)重要衡量指標(biāo)，著重顯示研究結(jié)果的一貫性、一致性、穩(wěn)定性和再現(xiàn)性。通常用Cronbach’sa系數(shù)表示一致性。系數(shù)若大于0.7，說明有較高的信度；介于0.5～0.7尚可接受。

效度是有效性檢驗(yàn)的主要指標(biāo)，體現(xiàn)在檢驗(yàn)指標(biāo)對(duì)于研究對(duì)象的影響程度，通常用內(nèi)容效度和結(jié)構(gòu)效度表示。內(nèi)容效度指對(duì)研究內(nèi)容的涵蓋程度，尚無具體數(shù)據(jù)衡量，只能通過主觀判斷；結(jié)構(gòu)效度是一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，檢驗(yàn)過程采用因子分析的方法，關(guān)鍵在于說明各研究因素與檢測(cè)值的對(duì)應(yīng)程度。本研究采用探索性因子分析方法（EFA）對(duì)具體測(cè)量項(xiàng)進(jìn)行檢驗(yàn)，按照因素負(fù)荷量大于0.6的原則，刪掉相關(guān)的測(cè)項(xiàng)，再對(duì)精簡后測(cè)項(xiàng)進(jìn)行EFA分析。過程采用李克特五分量表法，其中每個(gè)變量設(shè)置了五個(gè)問題，并且從正反兩面來測(cè)度，通過對(duì)五個(gè)問題進(jìn)行平均值求解獲得這個(gè)變量的態(tài)度意向。

表3 因子效度與信度分析Table 3 Factor of validity and reliability analysis

通過對(duì)表3的觀察分析，上述變量的Cronbach’sa值大于0.7這一可接受水平，且因素負(fù)荷量也大于0.6，這表明以上變量間具有顯著的關(guān)系，可以進(jìn)一步展開研究，以進(jìn)行后面的因子分析和相關(guān)性分析。

2）因子分析

主成分分析法（Principal Component Analysis）的核心思想在于維度的降低，通過降維的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的簡化，能夠使得數(shù)據(jù)的分析更加簡明，而且能夠通過綜合的數(shù)據(jù)信息對(duì)評(píng)價(jià)主體有更為準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。本研究將采取主成分分析法來展開因子分析。為了對(duì)變量因子進(jìn)行相應(yīng)的濃縮以展開下一步的研究，首先將對(duì)爆破技術(shù)效益變量的因子進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

表4 變量因子分析結(jié)果Table 4 Result of variable factor analysis table

由表4可見，該研究變量因子分析過程中，巴特利特球度檢驗(yàn)的觀測(cè)值為694.372，KMO值為0.863，與之相對(duì)應(yīng)的概率P接近0。心中相伴概率顯著性水平為0.9，此次觀測(cè)值較大，且相伴概率值小于心中的顯著性水平，因此就拒絕零假設(shè)。通過分析排除相關(guān)系數(shù)為單位陣的可能，也就是給出的變量存在相關(guān)性，可以作為該研究的因子分析。表4顯示，RICA雷管逐孔起爆的5個(gè)指標(biāo)的測(cè)度在第一、二、四3個(gè)因子上有較高的載荷；而需要普通雷管逐排起爆在第3個(gè)因子上有較高的載荷；通過因子分析發(fā)現(xiàn)，炸藥單耗變量在受訪樣本中有高度一致性，說明爆堆松散度、大塊和根底率、鏟裝效率是受訪樣本中爆破方案選擇的主要變量，未爆藥包率在兩者方案選擇中占次要因素。

3）變量間的相關(guān)性分析

上述因子分析已經(jīng)確立了研究變量及不同的爆破方案對(duì)爆破技術(shù)效益產(chǎn)生不同程度的影響。但為了明確最終研究目的，還需找出變量之間的內(nèi)在聯(lián)系（影響程度），及通過解釋與被解釋變量相關(guān)性來檢驗(yàn)相關(guān)程度，故采用典型相關(guān)分析法來確定兩者之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。

選擇爆破方案作為被解釋變量，收集不同影響因素信息，主要通過爆破成本以及經(jīng)濟(jì)效益的信息調(diào)查，在數(shù)據(jù)處理階段進(jìn)行五分量化法，以此便于進(jìn)一步研究，分析結(jié)果具體見表5。

表5 被解釋變量與解釋變量相關(guān)性分析Table 5 Correlation between be explained and explained variables analysis

通過表5的相關(guān)性檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)，普通雷管逐排起爆的爆破方案中被解釋變量與鏟裝效率的相關(guān)系數(shù)為0.243（＊），在1%水平上顯著，因此支持H1d，拒絕H1a、H1b、H1c、H1e；澳瑞凱雷管逐孔起爆爆破方案中被解釋變量與爆堆松散度、大塊和根底率、鏟裝效率的相關(guān)系數(shù)為0.312（＊＊）、0.332（＊＊）、0.343（＊＊），在5%水平上顯著，因此支持H2a、H2b、H2c，拒絕H2d、H2e；具體結(jié)果匯總見表6。

表6 研究假設(shè)驗(yàn)證匯總Table 6 The summary of research hypothesis testing

通過SPSS統(tǒng)計(jì)分析檢驗(yàn)露天礦臨近高陡邊坡控制爆破方案對(duì)爆破技術(shù)效益產(chǎn)生的影響，整個(gè)研究過程不僅為雙向檢驗(yàn)過程，及控制爆破方案和爆破技術(shù)效益之間是否存在交叉影響，而且通過具體數(shù)據(jù)給出了影響程度。由因子分析顯示，普通雷管逐排起爆對(duì)于炸藥單耗、未爆藥包率的影響大致等同于澳瑞凱雷管逐孔起爆，處于一般水平，無明顯改善；而澳瑞凱雷管逐孔起爆對(duì)于改善爆后爆堆松散度、提高大塊和根底率存在明顯優(yōu)勢(shì)。但指標(biāo)顯示，對(duì)于本次試驗(yàn)樣本有可能存在普通雷管逐排起爆對(duì)于提高鏟裝效率和澳瑞凱雷管逐孔起爆存在同樣優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

1）露天礦臨近高陡邊坡控制爆破采用澳瑞凱高精度雷管逐孔起爆技術(shù)，雖然支出較多的起爆器材費(fèi)用以及炸藥單耗不變或略高于普通雷管逐排起爆方式，但該技術(shù)可使平均單孔裝藥量和每立方米穿爆成本提高16%和9%左右，鉆機(jī)延米爆量提高10%～20%；由于該爆破技術(shù)降低其它輔助費(fèi)用，使得經(jīng)濟(jì)總成本較普通雷管逐排起爆方案提高約5%。

2）據(jù)后期試驗(yàn)檢測(cè)顯示，采用澳瑞凱雷管逐孔起爆技術(shù)在爆區(qū)規(guī)模2～5倍于普通雷管逐排起爆技術(shù)爆區(qū)的情況下，實(shí)測(cè)豎向振動(dòng)降低17%～47%，徑向振動(dòng)降低15%～42%，將為后期鑿巖鉆孔提供更好的作業(yè)環(huán)境，而且對(duì)于臺(tái)階成型以及最終邊幫的處理創(chuàng)造優(yōu)越條件，提高了邊坡的穩(wěn)定性以及大幅度節(jié)約邊坡治理費(fèi)用。

3）澳瑞凱雷管逐孔爆破技術(shù)對(duì)于臨近高陡邊坡控制爆破的應(yīng)用，能夠改善爆破質(zhì)量，降低大塊率，在大塊難爆部位能有效減少二次爆破量，爆堆移動(dòng)方向能夠人為控制，且塌落線明顯，爆堆規(guī)整、連續(xù)、松散性較佳，達(dá)到控制爆破前拋和后沖的目的，有利于陡幫開采。

4）通過建立數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型和SPSS統(tǒng)計(jì)分析，澳瑞凱雷管逐孔爆破方案多項(xiàng)爆破技術(shù)效益指標(biāo)優(yōu)于普通雷管逐排起爆方案，但對(duì)于炸藥單耗和未爆藥包率兩項(xiàng)指標(biāo)不存在優(yōu)越性，而對(duì)于改善爆堆松散度以及降低大塊和根底率效果明顯。另外數(shù)據(jù)顯示，鏟裝效率指標(biāo)波動(dòng)性較大，兩者都有可能存在優(yōu)勢(shì)。

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Selection and evaluation of controlled blasting technology in nearly high－steep slope in open pit mine

LOU Xiaoming1，2，ZHOU Wenhai1，CHEN Penghui1
（1.College of Zijin Mining，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350116，China；2.Research Institute of Explosive Technology，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350116，China）

The 4 728mplatform in DEERNI open pit mine，a nearly steep slope blasting site，has been divided into two parts.This paper has done two different controlled blasting experiments toward these two parts.One is common detonator blasting by row，another is ORICA detonator blasting by holes.And，the paper makes a comparison of technical and economical indexes between these two areas to find out the optimal blasting method.Then，the major mathematical models have been established toward the blasting method and blasting benefit，based on the principal component analysis（PCA）.By the means of SPSS analysis，these two methods show different influential degree toward technical index，which offers theoretical guidance to the selection of controlled blasting method for nearly high－steep slope in open pit mine.

open pit mining；high－steep slope；blasting technology；evaluation study

TD235.37

Α

1671－4172（2015）02－0091－06

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.021

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2011J01310）；青海威斯特露天礦臨近高陡邊坡控制爆破技術(shù)研究項(xiàng)目（01051402）。

樓曉明（1972－），男，博士，副教授，采礦工程專業(yè)，主要從事爆破工程方向研究。