河北杏山鐵礦安全高效爆破管理模式構(gòu)建

王凌云 孫建珍 陳國瑞

(首鋼集團(tuán)有限公司礦業(yè)公司)

杏山鐵礦資源稟賦與類似礦山差距明顯，生產(chǎn)規(guī)模、開采強(qiáng)度均較大。由于分段礦量相對較少，該礦每年需要開采1.2～1.4個(gè)分段方可滿足生產(chǎn)規(guī)模需求，開采水平下降速度較快，工序之間存在交叉作業(yè)的現(xiàn)象，尤其是爆破作業(yè)與其他工序在同一采區(qū)內(nèi)進(jìn)行，安全隱患較大[1]。在傳統(tǒng)爆破管理模式中，大多由爆破技術(shù)員記錄相關(guān)施工參數(shù)，并存儲于紙質(zhì)臺賬或計(jì)算機(jī)中，人為影響因素較多，一旦人員變更，特別是出現(xiàn)爆破質(zhì)量問題后，無法有效排查中深孔穿孔、爆破作業(yè)等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，無法實(shí)現(xiàn)對爆破施工的實(shí)時(shí)管控，導(dǎo)致爆破質(zhì)量管控存在較大的松散性[2-5]。杏山鐵礦每年回采爆破1 400炮，掘進(jìn)爆破3 100炮，爆破設(shè)計(jì)工作量大。爆破設(shè)計(jì)借鑒同行業(yè)礦山經(jīng)驗(yàn)，采用CAD軟件進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，需要人工逐炮輸入設(shè)計(jì)參數(shù)并計(jì)算爆破量及裝藥量，該礦從事該項(xiàng)工作的爆破技術(shù)人員有10人，由于人數(shù)眾多，在具體操作中難免存在誤差。該礦配備了爆破工人88名，回采爆破采用裝藥器銨油裝藥方式，需要進(jìn)行人工送管裝藥，勞動強(qiáng)度大且安全性無法得到保障。針對杏山鐵礦在爆破施工中存在的上述問題，為提升爆破施工效率、確保安全生產(chǎn)，本研究對該礦安全高效的爆破管理模式進(jìn)行構(gòu)建。

1 爆破管理模式

1.1 爆破技術(shù)參數(shù)優(yōu)化改進(jìn)

杏山鐵礦從2013年開始構(gòu)建了地采爆破技術(shù)管理專家系統(tǒng)，同時(shí)組建了2個(gè)爆破技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，確立了“選題—立項(xiàng)—評審—表彰”的課題攻關(guān)思路，形成了“發(fā)現(xiàn)問題→研究解決方案→提出完善意見→方案實(shí)施→效果評價(jià)”的工作流程。

1.1.1 增大采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高效開采

為徹底改變該礦采場爆破生產(chǎn)緊張、效率低的狀況，針對礦體賦存條件，通過增大分段高度來增加分段礦量，通過分析測算，在-105～-180 m水平，將段高從15 m增大至18.75 m(表1)，可以使采礦掘采比由28.63 m/萬t降低至19.57 m/萬t。分段開拓起始時(shí)間由以往的提前5 a下降至提前4 a，巷道暴露時(shí)間縮短12個(gè)月，降低了巷道長時(shí)間暴露于空氣中而被風(fēng)化和爆破振動破壞的隱患，為人員和設(shè)備創(chuàng)造了穩(wěn)定安全的作業(yè)環(huán)境。

表1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整前后的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

1.1.2 優(yōu)化布孔方式，調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)

通過將周邊眼間距由350 mm增大至500～600 mm，輔助眼間距由600 mm增加至700～800 mm，實(shí)現(xiàn)炮孔數(shù)量由原設(shè)計(jì)的69孔減少至56孔。2016年掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺平均為2.9 m，較2011年掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺年度指標(biāo)2.64 m高0.26 m，掘進(jìn)炸藥單耗由建礦初期的2.55 kg/m3降低至2015年的2.19 kg/m3。此外，礦山對中深孔布孔參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將排間距由前期的1.6 m逐步提高至1.8，1.9 m；孔底距由前期1.8～2.2 m逐步提高為1.9～2.3 m，2.1～2.5 m；不斷優(yōu)化孔口預(yù)留布置，以達(dá)到保護(hù)眉線和后排孔的目的；裝藥系數(shù)由前期的85%逐步降低至一二類圍巖83%，三類圍巖81%，四五類圍巖79%；中深孔延米爆破量從建礦時(shí)的7.8 t/m逐步提高至9.6 t/m；爆破銨油炸藥單耗由前期的4 900 kg/萬t逐步降低至3 800 kg/萬t；基質(zhì)炸藥單耗由試驗(yàn)期間的5 200 kg/萬t 降低至600 kg/萬t。

1.1.3 固化爆破設(shè)計(jì)模板，確立標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案

杏山鐵礦礦體被F9斷層分隔為大、小杏山2個(gè)部分，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，Ⅰ～Ⅴ類圍巖巖性在杏山鐵礦均有體現(xiàn)。礦區(qū)前期爆破施工中，在節(jié)理發(fā)育的圍巖破碎點(diǎn)位以及巖性整體性好的點(diǎn)位均采用相同的布孔設(shè)計(jì)及裝藥結(jié)構(gòu)，但爆破后前者塊度過于破碎，后者出現(xiàn)大塊甚至掛幫等問題，可見單一的爆破設(shè)計(jì)的通用性不強(qiáng)。2013年以來，通過構(gòu)建礦體巖石分級模型，根據(jù)不同區(qū)域的巖性分級設(shè)計(jì)出了不同的爆破模板，在對不同區(qū)域進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)時(shí)，直接提取相應(yīng)的爆破模板，既實(shí)現(xiàn)了規(guī)范化設(shè)計(jì)，由提高了爆破設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和針對性(表2、表3)。

表2 不同采區(qū)的回采爆破技術(shù)參數(shù)

1.2 實(shí)現(xiàn)爆破管理信息化、設(shè)計(jì)智能化、施工自動化

(1)爆破管理信息化。杏山鐵礦建礦初期采用開放松散式爆破工序管理模式，注重炮后效果查看，過程管控力度不足，注重定性分析，缺少數(shù)據(jù)支撐。針對爆破基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理存在的紙質(zhì)文檔易丟失且無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全面分析的實(shí)際情況，開發(fā)了“杏山鐵礦爆破技術(shù)管理平臺”，實(shí)現(xiàn)了信息化爆破管理和出礦管理，技術(shù)員通過該平臺可以及時(shí)掌控各進(jìn)路的裝藥情況、出礦情況，無需進(jìn)行人工統(tǒng)計(jì)，提高了爆破管理效率。

表3 不同巖性的巷道掘進(jìn)爆破技術(shù)參數(shù)

(2)爆破設(shè)計(jì)智能化。該礦于2015年初引進(jìn)了3DMine軟件[6-7]，并針對礦體特征及實(shí)踐需求，對其進(jìn)行了優(yōu)化。目前，在中深孔設(shè)計(jì)、回采爆破設(shè)計(jì)、掘進(jìn)爆破設(shè)計(jì)等模塊上均實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)自動化。在中深孔設(shè)計(jì)方面，技術(shù)人員僅需根據(jù)爆區(qū)地質(zhì)數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)構(gòu)建巷道模型，而后輸入中深孔設(shè)計(jì)參數(shù)即可以完成一個(gè)進(jìn)路近百排的中深孔設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度得到了大幅提高[8-10]。

(3)爆破施工自動化。由于杏山鐵礦分段高度增大，中深孔孔深由以往的27 m提高至35 m，原人工+裝藥器的回采裝藥作業(yè)方式已無法滿足孔深加大后的作業(yè)要求，是因?yàn)椋喝斯に凸茈y度加大，炸藥返粉多；隨著回采裝藥結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，逐孔藥量有較大變化，人工裝藥方式無法精準(zhǔn)控制炸藥量，為此，礦山開展了自動化裝藥臺車研發(fā)工作。此外，經(jīng)過分析行業(yè)發(fā)展前景以及礦山實(shí)際需求，將原炸藥生產(chǎn)線升級改造為乳化基質(zhì)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)地采回采爆破炸藥自給率100%。

1.3 優(yōu)化生產(chǎn)組織方式，實(shí)現(xiàn)安全高效開采

(1)規(guī)范工序銜接，降低生產(chǎn)組織難度。15 m段高時(shí)，采場工序之間存在掘進(jìn)與巷道支護(hù)、巷道支護(hù)與中深孔鑿巖、中深孔鑿巖與回采爆破在同一采區(qū)，甚至同一進(jìn)路交叉作業(yè)的現(xiàn)象，不同工序間交叉作業(yè)既影響了各工序的作業(yè)效率，又增加了安全管理難度。分段高度增大至18.75 m后，回采爆破效率得到了提升，給掘進(jìn)、支護(hù)等各道工序作業(yè)提供了充裕的時(shí)間，避免了各工序間交叉作業(yè)相互影響，大大降低了安全隱患。

(2)建立定點(diǎn)爆破模式，進(jìn)一步消除安全隱患。分段高度增大，使得掘進(jìn)爆破次數(shù)由3 100炮/a減少至2 100炮/a，回采爆破由1 400炮/a減少至1 000 炮/a。裝藥施工自動化、機(jī)械化程度的提高，使得回采爆破單次裝藥時(shí)間由6～8 h縮減至4 h左右，爆破次數(shù)減少和裝藥時(shí)間縮短為建立定點(diǎn)爆破制度創(chuàng)造了條件。通過制定《杏山鐵礦地采爆破定點(diǎn)爆破管理制度》，并進(jìn)一步推行井下作業(yè)人員井上交接班制度，將掘進(jìn)、回采爆破工作安排于井上交接班時(shí)間進(jìn)行，以最大限度降低爆破施工的危險(xiǎn)性。

(3)大幅降低爆破工作強(qiáng)度，體現(xiàn)本質(zhì)安全。爆破工作量得以大幅度減少，年掘進(jìn)爆破工作量縮減了32.25%，年回采爆破工作量縮減了28.6%，使得爆破工由88名減少至63名，從而大幅縮短了爆破工高危環(huán)境下的作業(yè)時(shí)間，杏山鐵礦爆破工累計(jì)作業(yè)時(shí)間由88 900 h/a減少至38 900 h/a，降低了56.24%，大幅度降低了爆破作業(yè)安全隱患，進(jìn)一步體現(xiàn)了本質(zhì)安全。

(4)完善考核機(jī)制，推行機(jī)臺核算考核制度。在考核機(jī)制上，建立了包含臺車穿孔、爆破測孔透孔、裝藥爆破、爆后出礦等環(huán)節(jié)的管理機(jī)制，逐環(huán)節(jié)管控爆破質(zhì)量。具體來講：嚴(yán)格按照定額管控物料消耗，制定各類消耗材料定額管理辦法，按照作業(yè)量對每個(gè)機(jī)臺實(shí)行定額管理，嚴(yán)禁超限使用，將成本管控與崗位工資掛鉤；深入推進(jìn)機(jī)臺評比和成本考核制度，建立健全職工教育培訓(xùn)制度，嚴(yán)格按照相關(guān)制度對工作進(jìn)行考核，發(fā)揮排頭及排尾的正負(fù)激勵作用。

2 成效分析

分別從設(shè)計(jì)、施工、管控、效益等環(huán)節(jié)創(chuàng)新管理思路，形成了“爆破管理信息化、爆破設(shè)計(jì)智能化、穿孔設(shè)備機(jī)械化、裝藥工藝自動化、采場結(jié)構(gòu)參數(shù)大型化”的地采礦山全新管理模式，全面提升了地采爆破行業(yè)的本質(zhì)安全。上述措施的實(shí)踐，取得了如下成效：

分段高度增加使得采掘比由28.63 m/萬t降低至19.57 m/萬t，累計(jì)節(jié)約成本1 863萬元(表4)。

礦山爆破技術(shù)員由10人減少至8人，爆破工由88人減少至63人，按照人工成本約10萬元/人計(jì)算，2013—2015年分別節(jié)約人工成本50，180，270萬元，累計(jì)節(jié)約成本500萬元(表5)。

該礦自產(chǎn)乳化基質(zhì)的平均成本為4290元/t，炸藥單耗為4600kg/萬t，采用傳統(tǒng)銨油爆破方式(外購銨油與粉狀乳化炸藥按8∶1進(jìn)行配比)成本為5328元/t，炸藥單耗為3800kg/萬t，按照2015年回采爆破量260.82萬t計(jì)算，可節(jié)

表4 掘采比優(yōu)化后的生產(chǎn)成本節(jié)約量

表5 礦山爆破人員數(shù)量逐年減少量

約生產(chǎn)成本約13萬元。

3 結(jié) 語

針對杏山鐵礦爆破施工勞動強(qiáng)高、礦山開采效率低以及生產(chǎn)成本高的現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，對安全高效的爆破管理模式進(jìn)行了構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了爆破管理信息化、爆破設(shè)計(jì)智能化、穿孔設(shè)備機(jī)械化、裝藥工藝自動化、采場結(jié)構(gòu)參數(shù)大型化的目的，對于類似礦山優(yōu)化爆破施工設(shè)計(jì)、降低生產(chǎn)成本有一定的借鑒意義。

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