盤龍鉛鋅礦中深孔爆破參數(shù)試驗(yàn)研究

支 偉，羅 佳，王麗紅

(1.廣西中金嶺南盤龍鉛鋅礦有限公司， 廣西來(lái)賓市 546100；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410012；3.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長(zhǎng)沙 410012)

盤龍鉛鋅礦中深孔爆破參數(shù)試驗(yàn)研究

支 偉1，羅 佳2，3，王麗紅2

(1.廣西中金嶺南盤龍鉛鋅礦有限公司， 廣西來(lái)賓市 546100；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410012；3.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南長(zhǎng)沙 410012)

盤龍鉛鋅礦計(jì)劃采用中深孔落礦回采間柱采場(chǎng)，為了得到中深孔落礦合理鑿巖爆破參數(shù)，進(jìn)行了爆破漏斗試驗(yàn)。通過(guò)單孔爆破漏斗試驗(yàn)、多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)和斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)，并且參考礦山生產(chǎn)現(xiàn)有的爆破參數(shù)，推薦中深孔落礦合理的鑿巖爆破參數(shù)為孔徑60 mm，最小抵抗線1.36 m，孔底距1.72～2.05 m。

中深孔落礦；爆破參數(shù)；爆破漏斗

0 引 言

與淺孔落礦相比，中深孔落礦[1-3]作業(yè)人員固定在鑿巖巷道和出礦進(jìn)路作業(yè)，人員不用進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)，作業(yè)相對(duì)安全；隨著中深孔鑿巖設(shè)備的發(fā)展，扇形中深孔鑿巖效率極大的提高，中深孔采場(chǎng)落礦準(zhǔn)備時(shí)間越來(lái)越短；同時(shí)，中深孔一次爆破量大，采場(chǎng)生產(chǎn)能力大，生產(chǎn)成本低。因此，中深孔落礦越來(lái)越受到各大礦山的青睞。然而，中深孔落礦炮孔直徑大，孔網(wǎng)參數(shù)復(fù)雜，對(duì)鑿巖爆破參數(shù)要求較高，合理的鑿巖爆破參數(shù)對(duì)發(fā)揮工藝優(yōu)勢(shì)作用顯著，尋求中深孔落礦合理最優(yōu)的參數(shù)，一直是各大礦山追求的目標(biāo)。獲得合理鑿巖爆破參數(shù)的主要方法如下[4-8]:

(1)爆破漏斗試驗(yàn)推導(dǎo)，利用利文斯頓爆破理論，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果，推導(dǎo)得出不同炮孔直徑下的爆破參數(shù)；

(2)經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)，根據(jù)礦山情況，利用經(jīng)驗(yàn)公式直接求得爆破參數(shù)；

(3)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，劃定參數(shù)合理區(qū)間值，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，得出合理參數(shù)。

盤龍鉛鋅礦采用分段鑿巖中深孔落礦回采間柱，并在-170中段514采場(chǎng)進(jìn)行采礦方法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。由于礦山?jīng)]做過(guò)針對(duì)地下開(kāi)采的爆破漏斗試驗(yàn)，并且一步驟采場(chǎng)采用淺孔回采，現(xiàn)有的鑿巖爆破參數(shù)是在多年的實(shí)踐中積累下來(lái)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。分段鑿巖階段礦房法為礦山新引進(jìn)的采礦方法，該方法對(duì)鑿巖爆破參數(shù)要求極高，礦山?jīng)]有鑿巖爆破現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)積累，并且只有合理的爆破參數(shù)才能發(fā)揮該方法的最大優(yōu)勢(shì)，鑒于此，通過(guò)充分調(diào)研探討，決定進(jìn)行爆破漏斗試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)降低大塊率、降低采礦成本的目的，為礦山中深孔爆破推薦合理的鑿巖爆破參數(shù)。

1 爆破漏斗理論

根據(jù)C.W.Livingston爆破理論，實(shí)際爆破時(shí)，只要藥包的長(zhǎng)徑比不大于7，即可看作是球狀藥包爆破。隨著爆破理論的不斷研究發(fā)展，近幾年來(lái)，國(guó)外一些研究人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究表明:當(dāng)藥包的長(zhǎng)徑比不大于8～10時(shí)，均可視為球形藥包。

根據(jù)爆破理論，在礦山現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)柱狀裝藥時(shí)，將裝藥參數(shù)改用單位長(zhǎng)度裝藥量q，爆破相似原理依然成立，即爆破相似關(guān)系可用量綱L-q1/2表示:

式中，Lx、Lb分別為相對(duì)應(yīng)的炮孔線性參數(shù)，如抵抗線或孔底距等，m；qx、qb分別為柱狀藥包爆破原型與爆破模型的單位炮孔裝藥量，kg/m。

2 爆破漏斗試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)步驟

根據(jù)爆破漏斗理論和礦山試驗(yàn)的目的，確定盤龍鉛鋅礦中深孔爆破參數(shù)試驗(yàn)研究的步驟為:

(1)在井下選擇合適位置，進(jìn)行單孔爆破漏斗試驗(yàn)，以尋求裝藥量為Q時(shí)的最佳埋置深度Lj，最佳爆破漏斗半徑R等參數(shù)；

(2)以單孔爆破漏斗試驗(yàn)得到的裝藥深度Lj，進(jìn)行多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)，尋求最佳孔間距a，計(jì)算試驗(yàn)研究條件下的單位炸藥單耗q；

(3)選擇井下合適位置，進(jìn)行單孔斜面臺(tái)階爆破，測(cè)量炮孔爆開(kāi)位置與自由面的最大距離，即為爆破的最佳抵抗線W；

(4)將上述試驗(yàn)得到的參數(shù)，依據(jù)爆破理論，推導(dǎo)得出礦山中深孔爆破合理參數(shù)。

2.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)的選擇以與采場(chǎng)礦巖條件相似為原則，盡量選擇在靠近采場(chǎng)的礦體中。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)綜合比較，確定在-170 m中段520礦塊和522礦塊采場(chǎng)出礦巷內(nèi)。試驗(yàn)巷道及試驗(yàn)炮孔布置見(jiàn)圖1。

圖1 爆破漏斗試驗(yàn)地點(diǎn)

2.3 鑿 巖

分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法孔距為Φ60 mm，考慮試驗(yàn)的可操作性，爆破漏斗試驗(yàn)孔徑采用Φ40 mm，即7655鉆機(jī)配Φ38 mm釬頭鑿巖。

單孔爆破漏斗試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保證相鄰爆破漏斗的形成不受影響，根據(jù)類似礦山爆破漏斗試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)相鄰炮孔間距大于1.5 m，兩組炮孔，每組9個(gè)炮孔，深度分別為:0.40，0.45，0.50，0.55，0.60，0.65，0.70，0.80，0.90 m。

單孔爆破漏斗試驗(yàn)做完，即進(jìn)行多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)。鉆孔深度為單孔爆破漏斗試驗(yàn)所得到的最佳藥包埋深，布置兩組炮孔，每組炮孔7個(gè)，設(shè)計(jì)以1.5R、1.75R、2.0R、2.25R、2.5R和2.75R的孔間距進(jìn)行多孔同段爆破。

在巷道合適位置進(jìn)行斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)，炮孔深1.8 m，角度在40°～50°左右，確保斜面抵抗線在0.3～1.1 m范圍內(nèi)變化，炮孔角度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鑿巖條件適當(dāng)變化，布置兩個(gè)炮孔。

2.4 裝藥、爆破

爆破漏斗試驗(yàn)采用礦山現(xiàn)用2＃巖石乳化炸藥，試驗(yàn)前，對(duì)試驗(yàn)用的藥卷進(jìn)行了實(shí)測(cè)，藥卷直徑為32 mm，藥卷長(zhǎng)度220 mm，藥卷重量200 g/卷。

單漏斗爆破試驗(yàn)和多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)每孔2卷，現(xiàn)場(chǎng)裝藥實(shí)測(cè)，實(shí)際藥包長(zhǎng)徑比約8.33～9.7，可以視為球形藥包。

爆破采用導(dǎo)爆管孔底反向雷管起爆，單孔爆破漏斗試驗(yàn)時(shí)，可以一次爆破多個(gè)炮孔，確保爆破炮孔之間無(wú)影響即可；多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)時(shí)，采用同段別導(dǎo)爆管雷管孔底一次起爆。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析及參數(shù)推薦

3.1 單孔爆破漏斗試驗(yàn)

單孔爆破漏斗試驗(yàn)炮孔編號(hào)分別為11?！?9＃和21?！?9＃，其中26?？滓?yàn)橹苓吪诳妆频挠绊?，炮孔周邊巖石破碎，炮孔堵塞，未進(jìn)行裝藥。其余炮孔試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 盤龍鉛鋅礦單孔爆破漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用最小二乘法原理，對(duì)試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三次項(xiàng)回歸，得到試驗(yàn)數(shù)結(jié)果爆破漏斗體積V-藥包中心埋深l和爆破漏斗半徑R-藥包中心埋深l的多項(xiàng)表達(dá)式為:

式中:V——試驗(yàn)條件下的單孔爆破漏斗體積，m3；

R——試驗(yàn)條件下的單孔爆破漏斗半徑，m；l——試驗(yàn)條件下的藥包中心埋深，m。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，作出V-l、R-l之間的特征曲線圖，分別見(jiàn)圖2、圖3。

采用最小二乘法求解三次函數(shù)V-l和R-l的極值，求得試驗(yàn)條件下單孔爆破漏斗的最佳爆破參數(shù)為:

最佳藥包中心埋深lj＝0.45 m；

最佳爆破漏斗體積Vj＝0.05003 m3≈0.050 m3；最佳爆破漏斗半徑Rj＝0.507 m。

圖2 爆破漏斗試驗(yàn)V－l特征曲線

圖3 試驗(yàn)條件下R－l特征曲線

3.2 多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)

多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)在-170 m水平522礦塊東頭采場(chǎng)出礦巷中進(jìn)行，孔深0.60 m，藥包中心埋深為0.45 m，第一組炮孔編號(hào)為31?！?7＃，第二組炮孔編號(hào)為41?！?7＃。

爆破后對(duì)炮孔間的爆破漏斗的形態(tài)、體積進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)對(duì)爆破漏斗進(jìn)行了正面攝影，爆破漏斗輪廓見(jiàn)圖4。

圖4 爆破漏斗試驗(yàn)輪廓

根據(jù)多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)，在垂直炮孔連線方向上，溝槽的發(fā)肓半徑在0.57 m左右，溝槽深度小于藥包中心埋深，與單孔爆破漏斗試驗(yàn)類似。其中1＃～2?？?、2?！?＃孔、3?！??？组g沒(méi)有明顯孔間脊柱。34＃～35?？缀?4?！?5＃孔間留有較明顯的孔間脊柱。多孔同段爆破試驗(yàn)破碎塊度比單孔爆破漏斗試驗(yàn)時(shí)好，爆破漏斗體積也較之增加。

根據(jù)上述爆破結(jié)果，在試驗(yàn)條件下，盤龍礦最佳孔底距為最佳漏斗半徑的2倍左右，即1.0～1.2 m，此時(shí)炸藥單耗為0.456 kg/t。

3.3 斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)

斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)在-170 m水平520礦塊拉底巷道中打傾斜炮孔試驗(yàn)，共爆破2個(gè)炮孔，試驗(yàn)情況及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)結(jié)果

從現(xiàn)場(chǎng)爆破情況可以看出，兩組炮孔爆破均塊度均勻，大塊率較低。取表2中最小抵抗線平均值，在試驗(yàn)條件下，最大抵抗線為0.79 m。

3.4 爆破參數(shù)推薦

將斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)所得的最小抵抗線、每米裝藥量，以及多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)得出的孔底距參數(shù)，代入爆破漏斗理論公式計(jì)算，得到盤龍礦爆破最小抵抗線及孔底距，見(jiàn)表3。

表3 爆破漏斗試驗(yàn)推導(dǎo)參數(shù)

4 結(jié) 論

(1)選擇在礦山-170 m中段礦體內(nèi)分別進(jìn)行了單孔爆破漏斗試驗(yàn)，多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)和斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)，分別求得試驗(yàn)條件下，最佳爆破漏斗體積、最佳埋深、炸藥單耗、最佳孔間距和最小抵抗線。

(2)根據(jù)利文斯頓爆破理論，結(jié)合爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)礦山中深孔爆破參數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo):孔徑60 mm，最小抵抗線1.36 m，孔底距1.72～2.05。

(3)爆破漏斗試驗(yàn)地點(diǎn)與采場(chǎng)情況基本一致，試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)方法科學(xué)，試驗(yàn)結(jié)果合理，可作為礦山中深孔爆破的鑿巖爆破參數(shù)。

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(收稿日期:2016-04-05)

作者簡(jiǎn)介:馬 志(1988-)男，河北三河人，碩士，研究方向智能礦山及機(jī)電一體化，Email:mazhi1110@126.com。

2016-03-18)

支 偉(1987-)，男，廣西中金嶺南盤龍鉛鋅礦生產(chǎn)技術(shù)科科長(zhǎng)，主要從事礦山生產(chǎn)、管理工作，Email: 280595519@qq.com。