露天爆破大塊產(chǎn)生的原因分析及解決措施

麥宗華　郎啟富

(玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

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露天爆破大塊產(chǎn)生的原因分析及解決措施

麥宗華郎啟富

(玉溪大紅山礦業(yè)有限公司)

摘要爆破作業(yè)是露天采礦的重要組成部分，爆破效果的好壞直接影響挖掘運(yùn)輸作業(yè)，爆破效果不好，產(chǎn)生根底和大塊，增加二次爆破與機(jī)械破碎工作量，導(dǎo)致采礦生產(chǎn)成本增高。因此，控制露天爆破大塊率與避免根底的產(chǎn)生，對提高生產(chǎn)效率，節(jié)約采礦成本，保證生產(chǎn)安全意義重大。

關(guān)鍵詞露天爆破大塊率對策

露天采場爆破大塊率是衡量爆破效果好壞的重要指標(biāo)。2011年，玉溪大紅山礦業(yè)公司380萬t/a的露天采場出現(xiàn)了爆破大塊超標(biāo)的問題，為此，對該露天采場910～895m平臺(tái)的A33～A34線爆破進(jìn)行了深入研究。通過收集相關(guān)回采、爆破參數(shù)，并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析，制定相關(guān)措施，以解決大塊率過高的問題。

1　地質(zhì)概況

該采礦爆破巖石為白云石大理巖、變質(zhì)鈉熔巖、凝灰?guī)r、綠泥輝長輝綠巖、角礫石，礦石為低品位熔巖鐵礦。該區(qū)域礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育程度一般，f=8～10，屬中等穩(wěn)固和穩(wěn)固礦巖，具有良好的可爆性。但由于該區(qū)域有民采空區(qū)和前次爆破后沖破壞，下部是空洞和裂隙發(fā)育，且臺(tái)階表層1～2m較破碎，不利于穿孔和裝藥爆破，可爆性不好。

2　爆　破

爆破范圍:910～895m臺(tái)階，A33～A34剖面線，頂板實(shí)際標(biāo)高908～910m，底板實(shí)際標(biāo)高895m。設(shè)計(jì)爆破排數(shù)5排，爆破孔數(shù)48個(gè)，爆破方量18 240m3，總孔深808.5m，總裝藥量8 206kg。經(jīng)實(shí)測爆區(qū)長54.5m，寬23.1m，臺(tái)階高14m,計(jì)算爆破實(shí)際方量為17 625.3m3，與設(shè)計(jì)爆破方量相差638.7m3，爆落礦巖總量與設(shè)計(jì)爆破總方量基本吻合。

2.1爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

本次爆破共有5排炮孔，炮孔成三角形布置，爆破孔數(shù)總共48個(gè)，孔徑165mm,單孔深16.5m，設(shè)計(jì)總孔深808.5m，堵塞長度第一排7.4m，第2～第5排為7.2，7.6，5.3m，堵塞總長320.7m,裝藥長度約487.8m,炮孔利用率約60.3%,設(shè)計(jì)總裝藥量約8 206kg，炸藥單耗0.45m3。其中:①第一排10個(gè)孔，底盤抵抗線W=5m，孔距a=4.5m，炮孔密集系數(shù)M=0.9;②第二排～前四孔，第四排前6孔、第五排前5個(gè)孔排距b=4m,孔距a=5.5m，M=1.38；③其余孔排距b=5，孔距a=6，M=1.2。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算，以上炮孔堵塞長度、底盤抵抗線、排距、孔距等各參數(shù)設(shè)計(jì)合理[1]。

2.2炮孔施工實(shí)測分析

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測，爆破參數(shù)發(fā)生了較大變化，爆破排數(shù)仍為5排，受反沖裂隙和采空區(qū)的影響，各排炮孔數(shù)都有所變化,分別為10，12，6，10，11個(gè)，局部排距和孔距與設(shè)計(jì)有一定出入,孔網(wǎng)參數(shù)較設(shè)計(jì)小，炮孔基本呈三角形布置；爆破總孔數(shù)為49個(gè)(含一個(gè)廢孔)，30個(gè)孔底受采空區(qū)的影響，20個(gè)不合格(孔深與設(shè)計(jì)出入2m以上，包含8個(gè)孔底受采空舊巷影響)，合格孔數(shù)7個(gè)，炮孔合格率14.5%；炮孔孔徑165mm,孔深平均13.8m,總施工孔深676.1m,較設(shè)計(jì)808.5m減少132.4m。由于大部份炮孔孔底為采空區(qū)，炮孔裝藥深度較設(shè)計(jì)大幅縮短，實(shí)裝炸藥5 040kg,設(shè)計(jì)裝藥量8 068kg,經(jīng)換算，裝藥孔深約305.5m，炮孔利用率約45.2%。炸藥單耗0.29kg/m3，較設(shè)計(jì)低0.16kg/m3[2-3]。

(1)第一排共10個(gè)孔，4個(gè)孔深不合格，與設(shè)計(jì)出入2m以上，7個(gè)孔底存有空區(qū)(含2個(gè)孔深不合格)，合格孔數(shù)為1個(gè)，炮孔合格率為10%；孔深為9～17m,平均孔深14.4m，較設(shè)計(jì)17m少2.6m；底盤抵抗線約4.7m,較設(shè)計(jì)5m少0.3m;孔距平均a=4.8m,較設(shè)計(jì)4.5m大0.3m；炮孔密集系數(shù)M=1.02，比設(shè)計(jì)0.9大0.12;實(shí)裝炸藥1 125kg,較設(shè)計(jì)1 590kg少465kg?？自龆幧?，其原因?yàn)槭芸椎撞煽諈^(qū)影響，部份炮孔裝藥長度縮短；排距和裝藥量較設(shè)計(jì)減少，炸藥單耗減小。

(2)第二排12個(gè)孔，較設(shè)計(jì)增加3個(gè)孔，6個(gè)孔深不合格，與設(shè)計(jì)出入2m以上，其中6個(gè)孔底有空區(qū)(含兩個(gè)孔深不合格)，合格孔數(shù)為2個(gè)，炮孔合格率為16.7%;孔深在5.5～17m,平均孔深12.2m，較設(shè)計(jì)16.9m少4.7m；排距平均4.4m,較設(shè)計(jì)4.6m少0.2m;孔距平均5.6m,較設(shè)計(jì)5.8m少0.2m;炮孔密集系數(shù)M=1.27,較設(shè)計(jì)大0.01;實(shí)裝炸藥945kg,較設(shè)計(jì)2 123kg少1 178kg。分析原因是受孔底采空區(qū)及裂隙影響,炮孔裝藥長度縮短；排距雖較設(shè)計(jì)增加，但裝藥量較設(shè)計(jì)減少量大，炸藥單耗總體減小。

(3)第三排6個(gè)孔，較設(shè)計(jì)減少3個(gè)孔，1個(gè)不合格孔。孔深欠設(shè)計(jì)孔深2m以上，5個(gè)孔底存有采空區(qū)，合格孔數(shù)為0個(gè)，炮孔合格率為0?？咨钤?6～17.3m,平均孔深16.1m，較設(shè)計(jì)16.8m少0.7m；排距平均5m,較設(shè)計(jì)4.5m多0.5m;孔距平均a=6m,較設(shè)計(jì)5.8m多0.2m，炮孔密集系數(shù)M=1.20,較設(shè)計(jì)1.29小0.09。實(shí)裝炸藥840kg,較設(shè)計(jì)959kg少裝119kg。原因是受孔底采空區(qū)和裂隙影響,炮孔裝藥長度縮短，排距雖較設(shè)計(jì)增加，但裝藥量較設(shè)計(jì)減少量大，炸藥單耗總體減小。

(4)第四排10個(gè)孔與設(shè)計(jì)相符，4個(gè)不合格孔，孔深與設(shè)計(jì)出入2m以上，7個(gè)孔底存有空區(qū)(含兩個(gè)孔深不合格孔)，合格孔數(shù)為1個(gè)，炮孔合格率為10%?？咨钤?.6～18m，平均孔深14.1m，較設(shè)計(jì)16.7m少3.6m；排距平均4.5m,較設(shè)計(jì)4.3m多0.2m;孔距平均a=5.7m,與設(shè)計(jì)相符，炮孔密集系數(shù)M=1.26,較設(shè)計(jì)1.31少0.5。實(shí)裝炸藥1 170kg,較設(shè)計(jì)1 676kg少裝506kg。分析原因是受孔底采空區(qū)及裂隙影響,部分炮孔裝藥長度縮短；排距雖較設(shè)計(jì)增加，但裝藥量較設(shè)計(jì)減少較多，炸藥單耗總體減小。

(5)第五排11個(gè)孔，5個(gè)不合格孔(孔深欠設(shè)計(jì)2m以上)，5個(gè)孔底存有空區(qū)(含兩個(gè)孔深不合格)，合格孔數(shù)3個(gè)，炮孔合格率27%。孔深在6～17.4m，平均孔深13.5m，較設(shè)計(jì)16.8m少3.3m；排距平均4.55m,較設(shè)計(jì)4.5m多0.05m;孔距平均a=5.75m,較設(shè)計(jì)5.45m少0.3m，炮孔密集系數(shù)M=1.20,較設(shè)計(jì)1.27小0.07；實(shí)裝炸藥960kg,較設(shè)計(jì)1 914kg少裝954kg。分析原因是受孔底采空區(qū)及裂隙影響,部分炮孔裝藥長度縮短；排距雖較設(shè)計(jì)增加，但裝藥量較設(shè)計(jì)減少量大，炸藥單耗總體減小。

總觀本次爆破，炮孔排距、孔距已基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但爆破區(qū)域穿孔及裝藥爆破受采空區(qū)和爆破反沖破壞形成的裂隙影響較大，大部分中深孔不能穿到設(shè)計(jì)位置，不能按設(shè)計(jì)布置方式布孔，裝藥長度達(dá)不到設(shè)計(jì)長度，炮孔合格率低，裝藥量及炸藥單耗少于設(shè)計(jì)量，爆破效果難以控制。

2.3裝藥及起爆方式

采用連續(xù)裝藥與間隔裝藥的方式，孔深達(dá)到設(shè)計(jì)值且不受空區(qū)、舊巷道與裂隙影響，炮孔裝藥段長的采用間隔裝藥；炮孔受空區(qū)、舊巷道與裂隙影響，炮孔裝藥段不足的采用連續(xù)裝藥[4]。

圖1　炮孔裝藥結(jié)構(gòu)

2.4起爆方式

采用排間微差起爆方式，炮孔連線見圖2。

圖2　炮孔連線

3　爆破效果

本次爆破礦巖總量約17 625.3m3，爆破前臺(tái)階邊緣參差不齊，底盤抵抗線為3～10m；臺(tái)階平面高低起伏3m左右，主要由于上次爆破松動(dòng)后過度出礦所致。本次爆破由于前排排面不規(guī)整，臺(tái)階平面凸凹不平，又受空區(qū)和裝藥的影響，爆破能量釋放不均勻，爆破效果較差，大塊較多，塌落邊界不規(guī)整，空區(qū)處塌落量大[5]。

爆破前的臺(tái)階情況如圖3所示。爆破后效果見圖4。

圖3　爆破前臺(tái)階情況 (臺(tái)階坡頂線不規(guī)整，超挖嚴(yán)重)

圖4　爆破后爆堆 (大塊新鮮斷面較少，多為黃褐色原生面)

4　爆破大塊產(chǎn)生原因

(1)穿孔參數(shù)及施工質(zhì)量。根據(jù)炮孔直徑、臺(tái)階高度和礦巖性質(zhì)布置炮孔，炮孔孔、排距過大，礦巖不能充分破碎，產(chǎn)生大塊。

(2)礦巖性質(zhì)。破碎地質(zhì)裂隙發(fā)育、夾層巖石較多的地段，爆轟氣體從礦巖裂隙中泄露，體積較大的塊狀巖得不到有效破碎而形成大塊，在爆堆大塊中?？煽匆婞S褐色的原生面(如圖4)，而不是礦巖爆破后產(chǎn)生的新鮮斷面；硬軟巖分界面相當(dāng)于自由面，對應(yīng)力波起到卸載作用，加上巖石軟硬程度的變化，使其碰撞破碎效應(yīng)減弱，因而產(chǎn)生較多大塊。

(3)炸藥單耗。不合理的炸藥單耗也是大塊產(chǎn)生的原因之一，特別是在炸藥單耗過低的情況下，大塊率明顯提升。

(4)生產(chǎn)過程中各個(gè)工序的相互影響。生產(chǎn)過程中穿孔、裝藥、爆破、鏟裝、運(yùn)輸各個(gè)工序都需要密切的配合，超深過多、鏟裝不及時(shí)或超挖，都會(huì)導(dǎo)致臺(tái)階坡頂線、坡底線不規(guī)則，導(dǎo)致大塊產(chǎn)生。

(5)采空舊巷和空區(qū)。采空舊巷和空區(qū)的存在增加了穿孔作業(yè)的難度，使得炮孔質(zhì)量低，欠深、超深問題嚴(yán)重，導(dǎo)致爆破效果差；采空舊巷和空區(qū)范圍、形狀的不確定性也給爆破炸藥量的確定帶來了難度，給設(shè)計(jì)和施工帶來困難[6]。

5　對　策

(1)確定合理的爆破參數(shù)。結(jié)合礦巖性質(zhì)及現(xiàn)場實(shí)際情況，確定合理的炮孔直徑、孔距、排距、裝藥量、炸藥單耗、填塞方式、裝藥方式、起爆方式等，才能有效降低大塊率。

(2)加強(qiáng)生產(chǎn)過程中各個(gè)工序的配合，為下一生產(chǎn)工序創(chuàng)造有利條件。在最后一排孔實(shí)行預(yù)裂爆破，保護(hù)下一爆破區(qū)域臺(tái)階坡面的完整性；嚴(yán)格控制超深過多、超挖現(xiàn)象，保護(hù)好下一臺(tái)階坡面及頂部礦巖不被破壞。

(3)盡量采用孔內(nèi)間隔裝藥方式。連續(xù)裝藥的方式炸藥能量多集中于臺(tái)階中下部，臺(tái)階上部受爆破作用小。間隔裝藥可以使炸藥能量均勻作用于巖體上，有效地提高炸藥利用率，減少大塊產(chǎn)生。

(4)采用大孔距，小排距方式布孔。增大孔距可以防止炮孔過早被撕裂，延長爆破能量在巖體中的作用時(shí)間，增加破碎效果。

(5)加強(qiáng)采空舊巷和空區(qū)探查工作。采空區(qū)及民采舊巷道是影響穿孔質(zhì)量的最大因素，從技術(shù)上很難克服，但可通過摸清采空舊巷和空區(qū)的形狀、位置，為穿孔爆破設(shè)計(jì)及作業(yè)提供可靠依據(jù)，降低施工難度，提高作業(yè)效率及爆破效果。

參考文獻(xiàn)

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[2]中國力學(xué)學(xué)會(huì)工程爆破專業(yè)委員會(huì).爆破工程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

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[5]裴峰.降低爆破大塊及根底的技術(shù)措拖[J].礦業(yè)快報(bào),2000(16):18-21.

[6]稅承慧.露天爆破生產(chǎn)大塊和根底的原因及對策[J].礦業(yè)快報(bào),2003(3):11-13.

(收稿日期2016-05-06)

麥宗華(1988—)，男，工程師，653405 云南省玉溪市新平縣嘎灑鎮(zhèn)。