和尚橋鐵礦改善爆破效果的技術(shù)實(shí)踐

袁英杰

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

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和尚橋鐵礦改善爆破效果的技術(shù)實(shí)踐

袁英杰

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

摘要爆破作為露天鐵礦開(kāi)采中的重要工序，直接影響鏟裝、運(yùn)輸、破碎等工序的生產(chǎn)效率和成本。以和尚橋鐵礦為例，介紹了小抵抗線爆破技術(shù)、水力增壓爆破技術(shù)、段微差逐孔起爆技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐。通過(guò)以上應(yīng)用技術(shù)的比較，為大幅降低爆破大塊率和根底，改善爆破效果，提高鏟裝和粗破碎效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞露天鐵礦爆破技術(shù)開(kāi)采成本

近年來(lái)，受中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、增速下滑的影響，我國(guó)鐵礦資源需求增速逐步趨緩[1-2]，而國(guó)際鐵礦石產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，全球鐵礦石的供應(yīng)仍處于增長(zhǎng)階段，從而導(dǎo)致鐵礦石價(jià)格迅速下跌，一度跌至50美元/t以下。由于我國(guó)鐵礦石生產(chǎn)成本較高，鐵礦石價(jià)格的急劇下跌給我國(guó)鐵礦開(kāi)采企業(yè)帶來(lái)了極大的打擊。有效降低采礦成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力已成為我國(guó)鐵礦開(kāi)采企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。爆破作業(yè)作為露天鐵礦開(kāi)采的重要工序，對(duì)采礦成本具有較大的影響，提高爆破效果是降低露天鐵礦采礦成本的有效途徑。

1　爆破與采礦成本的關(guān)系

我國(guó)露天鐵礦開(kāi)采成本中與爆破參數(shù)相關(guān)的工序主要包括穿孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸、破碎。根據(jù)相關(guān)資料分析，各工序成本所占的比例為：穿孔及爆破約占20%、鏟裝約占15%、運(yùn)輸約占30%，破碎約占25%、其他約占10%[3]。

露天爆破作業(yè)一般采用松動(dòng)爆破，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的能量將礦巖松動(dòng)和破碎，并將礦巖向臺(tái)階坡面方向拋擲，形成一定形狀的爆堆，為后續(xù)的鏟裝工序提供條件。爆破作為露天開(kāi)采的重要工序，爆破效果的好壞直接影響后續(xù)鏟裝、運(yùn)輸、粗破碎等工序的效率和成本。礦巖爆破破碎塊度均勻、無(wú)根底，能提高鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備的生產(chǎn)效率，同時(shí)又能夠避免二次破碎大塊、處理根底的費(fèi)用，降低成本。

露天鐵礦采礦成本與爆破質(zhì)量的好壞存在相關(guān)性，而爆破質(zhì)量可以通過(guò)爆破大塊率反映。爆破大塊率過(guò)大，破碎、鏟裝、運(yùn)輸成本高，采礦總成本也相應(yīng)較高；而隨著大塊率減小，破碎、鏟裝、運(yùn)輸成本以及總成本會(huì)降低；大塊率繼續(xù)減小，雖然破碎、鏟裝、運(yùn)輸成本會(huì)降低，但由于爆破成本的顯著增加會(huì)導(dǎo)致總成本的增加。因此，露天鐵礦開(kāi)采中存在合理的爆破參數(shù)，使采礦開(kāi)采成本最低。

中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院提出的爆破優(yōu)化，是指在保證穿孔、爆破、裝運(yùn)及粗破碎等工序總成本最小的前提下，在滿足礦山某些特殊要求的條件下，尋找最優(yōu)爆破參數(shù)。如果片面地追求爆破成本最低，可能會(huì)導(dǎo)致鏟裝成本、破碎成本甚至選礦成本的增加。因此，降低露天鐵礦開(kāi)采成本不僅要降低爆破成本，還應(yīng)考慮其它各項(xiàng)工序成本，通過(guò)獲得良好的爆破質(zhì)量，使各工序成本之和最低。

2　爆破質(zhì)量影響因素

影響露天礦爆破質(zhì)量的因素主要包括爆區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、礦巖力學(xué)特性、炸藥性能、爆破技術(shù)以及工藝參數(shù)、爆破施工管理等方面。

(1)爆區(qū)地質(zhì)構(gòu)造。礦巖中結(jié)構(gòu)面會(huì)對(duì)爆炸能量的分布產(chǎn)生影響，從而影響礦巖破碎塊度。礦巖內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，炸藥爆炸能量會(huì)先使節(jié)理裂隙斷裂，爆炸能量過(guò)早通過(guò)節(jié)理裂隙逸出，易產(chǎn)生大塊和根底。

(2)礦巖力學(xué)特性。礦巖的抗拉、抗壓強(qiáng)度特性直接影響爆破效果。礦巖抗拉、抗壓強(qiáng)度越大，礦巖破碎所需的能量也就越大，同時(shí)爆破大塊也就越多，也易出現(xiàn)根底。此外爆破時(shí)，硬巖、軟巖分界面容易形成大塊。

(3)炸藥性能。炸藥的爆速、猛度、作功能力、殉爆距離、密度以及抗水性能性能直接影響爆破效果。炸藥的爆速、爆熱、密度等影響爆炸沖擊波及應(yīng)力波的峰值壓力、作用時(shí)間等，進(jìn)而影響炸藥爆炸能量利用率[4]。

(4)爆破工藝以及技術(shù)參數(shù)。爆破參數(shù)主要包括前排底盤(pán)抵抗線、孔距、排距、單耗、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序等?？拙W(wǎng)參數(shù)(孔距、排距等)過(guò)大而炮孔直徑較小，將導(dǎo)致炸藥單耗過(guò)小，容易產(chǎn)生大塊和根底；連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)裝藥重心低，爆破時(shí)在臺(tái)階上部容易產(chǎn)生大塊；露天臺(tái)階爆破中自由面越多爆破質(zhì)量越高，起爆順序能夠通過(guò)影響爆破自由面的數(shù)目影響爆破質(zhì)量。

(5)爆破施工質(zhì)量。鉆孔、裝藥、炮孔填塞等施工質(zhì)量的好壞也會(huì)影響爆破質(zhì)量。鉆孔精度不足，如鉆孔位置、傾角不合理，孔深不夠等容易導(dǎo)致大塊、根底的產(chǎn)生；炮孔填塞質(zhì)量差則容易造成“沖炮”，導(dǎo)致炸藥爆炸能量利用率低，大塊率高等問(wèn)題。

3　和尚橋鐵礦改善爆破質(zhì)量的技術(shù)措施

和尚橋鐵礦為凹陷開(kāi)采，年采剝總量1 500萬(wàn)t，采用潛孔鉆機(jī)穿孔，孔徑200mm。目前已開(kāi)采至-60m水平。礦體主要為磁鐵礦，礦石普氏系數(shù)為10～15，裂隙較發(fā)育，圍巖主要為閃長(zhǎng)玢巖，普氏系數(shù)8～10，裂隙較發(fā)育。礦山淺部礦體及圍巖較破碎，深部礦體和圍巖堅(jiān)硬，且節(jié)理裂隙較發(fā)育。采用袋裝乳化炸藥和奧瑞凱高精度雷管爆破。為改善該礦深部含水礦體和圍巖的爆破效果，進(jìn)行了以下爆破技術(shù)試驗(yàn)。

3.1小抵抗線爆破技術(shù)

通過(guò)中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院在馬鋼南山鐵礦進(jìn)行的水泥砂漿模型正向爆破漏斗試驗(yàn)(砂漿模型為80cm×80cm×80cm，試驗(yàn)藥量1g)發(fā)現(xiàn)，隨著炸藥埋深由淺到深，直到最佳藥深5.5cm時(shí)，破碎度K50(指篩下粒級(jí)重量達(dá)到50%時(shí)篩網(wǎng)的尺寸，cm)也隨著爆破體積增加逐漸增大，并在最佳藥深時(shí)達(dá)到最大值4.9。爆破體積最大時(shí)，K50也是最大，這說(shuō)明爆破體積雖然最大，但其破碎效果差，大塊率高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破漏斗試驗(yàn)，確定礦山合理的破碎抵抗線應(yīng)為最大體積時(shí)抵抗線的0.6～0.8倍。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定該礦排距5.5m，孔距8.0m，排距約為前排抵抗線的0.7～0.75倍，與現(xiàn)場(chǎng)爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果一致。該技術(shù)應(yīng)用后，大幅改善了礦山的爆破效果，降低了大塊率，增加了鏟裝效率。

3.2水力增壓爆破技術(shù)

礦山臺(tái)階高度12m，一般填塞長(zhǎng)度6m，臺(tái)階上半部炮孔沒(méi)有裝填炸藥，炸藥全部集中到下半部臺(tái)階，造成臺(tái)階下半部分盡管爆堆較緊密，但粉礦率較高，而臺(tái)階上半部大塊較多的現(xiàn)象。水力增壓爆破技術(shù)，在炮孔炸藥上部設(shè)置一定高度的水柱傳遞并增加傳入巖體炸藥爆轟能量，水柱和上部填塞巖屑之間設(shè)置約3kg藥量的超前壓塞藥包[5]。爆破時(shí)，超前壓塞藥包提前25ms起爆，將填塞巖屑預(yù)壓實(shí)以增加填塞強(qiáng)度，然后主藥柱開(kāi)始起爆，這時(shí)炸藥能量通過(guò)上部水柱傳遞給臺(tái)階上部巖石，達(dá)到提高爆炸能量利用率、改善臺(tái)階上部塊度組成分布的效果。爆破結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1　爆破裝藥結(jié)構(gòu)示意

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定水力增壓爆破水柱高度1.5～2.0m，填塞高度5.5～6.5m(含水柱高)，上部填塞巖屑2.5～4.5m。炮孔內(nèi)含水時(shí)，可充分利用炮孔內(nèi)的水，在預(yù)留水柱高度設(shè)置定位擋板(定位擋板上設(shè)置超前壓塞藥包)，并用定位繩在孔口固定。

該技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：①延米爆破量提高了10.86%，爆破破碎塊度均勻；②通過(guò)加強(qiáng)填塞藥包，提高了填塞強(qiáng)度，有效保證了填塞效果，未出現(xiàn)沖孔現(xiàn)象；③水力增壓爆破比常規(guī)爆破的大塊率降低45%，大幅提高了炸藥能量利用率。

3.3短微差逐孔起爆技術(shù)

該技術(shù)利用先爆孔給鄰孔產(chǎn)生新的自由面及發(fā)育的短裂隙，降低臺(tái)階底部的夾制作用，避免根底的產(chǎn)生，能較好地控制爆堆形狀，使爆破質(zhì)量得以改善，同時(shí)，由于減小了最大段藥量(即單孔藥量)，可有效降低爆破振動(dòng)危害[6]。根據(jù)中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院在馬鋼南山鐵礦對(duì)順序爆破振動(dòng)和微差時(shí)間的關(guān)系對(duì)比測(cè)試，并結(jié)合波形分析，得出合理微差時(shí)間為20～30ms。礦山生產(chǎn)爆破器材雷管采用奧瑞凱25，42ms延期高精度導(dǎo)爆管雷管，相鄰兩孔微差時(shí)間為25～17ms。短微差逐孔起爆技術(shù)應(yīng)用后，改善了爆破效果，大幅降低了爆破振動(dòng)對(duì)邊坡及周?chē)用竦挠绊憽?/p>

3.4含水炮孔炸藥穩(wěn)定傳爆改進(jìn)措施

炮孔內(nèi)含水，加之礦體及圍巖較為風(fēng)化，在裝藥過(guò)程中易出現(xiàn)裝藥不連續(xù)，導(dǎo)致根底。為此，在孔內(nèi)設(shè)置一根導(dǎo)爆索，其中1發(fā)雷管與導(dǎo)爆索連接，解決了水孔裝藥不連續(xù)、出現(xiàn)殘藥的問(wèn)題。

4　結(jié)　論

針對(duì)和尚橋鐵礦現(xiàn)狀，提出了采用小抵抗線爆破技術(shù)、水力增壓爆破技術(shù)、短微差逐孔起爆技術(shù)和含水炮孔炸藥穩(wěn)定傳爆改進(jìn)措施等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，大幅降低了大塊率和根底，改善爆破效果，提高了鏟裝和粗破碎效率，大幅降低了爆破振動(dòng)，降低了礦山生產(chǎn)成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張艷飛，陳其慎，王高尚．中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)合理產(chǎn)能分析[J].中國(guó)礦業(yè)，2014，23(6)：54-58．

[2]張艷飛．中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)區(qū)域布局調(diào)整研究[D]．北京：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，2014.

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[4]賴(lài)應(yīng)得．論炸藥和巖石的能量匹配[J]．工程爆破，1995(2)：22-26．

[5]劉為洲，袁英杰，張西良，等．水力增壓爆破試驗(yàn)[J]．工程爆破，2014(2)：10-13．

[6]劉為洲．南山礦凹山采場(chǎng)減震爆破試驗(yàn)研究[J]．金屬礦山，2004(6)：22-23．

(收稿日期2016-04-26)

袁英杰(1979—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市向山鎮(zhèn)。