廣西大新錳礦露天爆破技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用

潘承武，段志偉，歐陽宇珉，韋志興

(中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司，廣西 大新 532315)

0 前 言

廣西大新錳礦是海相沉積型錳礦床，年剝采總量約860萬t，年采礦量110萬t，以露天開采為主。隨著采場(chǎng)開采深度的下降，由山坡轉(zhuǎn)向凹陷露天礦，開采臺(tái)階已進(jìn)入氧化界線以下，礦石由氧化錳轉(zhuǎn)為碳酸錳，礦巖性質(zhì)總體轉(zhuǎn)好。礦石硬度系數(shù)f=10～12,碳酸錳礦石比重3.14 t/m3，巖石為泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖,硬度系數(shù)f=10～12，巖石致密堅(jiān)硬,節(jié)理裂隙發(fā)育[1]。巖石比重為2.7 t/m3，礦巖可爆性變差。目前生產(chǎn)穿孔設(shè)備使用KQ-150型潛孔鉆機(jī)和阿特拉斯760型、765型一體化鉆機(jī)；采裝設(shè)備有ZAXIS200型、ZAXIS330型日立挖掘機(jī)，EC360B型、EC460B型VOLVO挖掘機(jī)，50C型柳工裝載機(jī)；運(yùn)輸設(shè)備主要為CQ3253紅巖載重20 t工程汽車。礦用炸藥為銨油乳化炸藥，采取導(dǎo)爆管多段微差起爆。由于生產(chǎn)設(shè)備類型的多元化，爆區(qū)礦巖性質(zhì)不同，加之潛孔鉆機(jī)和一體化鉆機(jī)穿孔效率與成孔質(zhì)量有差異，各采裝設(shè)備對(duì)爆破礦巖松動(dòng)破碎性不一樣，結(jié)合選礦對(duì)礦石大塊度小于600 mm的要求。為保證生產(chǎn)質(zhì)量，降低采礦綜合成本，改變傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)式爆破作業(yè)，有針對(duì)性地優(yōu)化爆破技術(shù)參數(shù)在大新錳礦露天礦各特性爆區(qū)的應(yīng)用，爆破效果得到了極大改善，為后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)創(chuàng)造良好條件，促進(jìn)各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

1 傳統(tǒng)的爆破技術(shù)

1)固定的孔網(wǎng)參數(shù)，布孔不均勻，穿孔質(zhì)量差

采場(chǎng)爆區(qū)不進(jìn)行測(cè)量繪圖，穿孔作業(yè)未作設(shè)計(jì)定位，由操作工憑直覺經(jīng)驗(yàn)確定孔位，孔網(wǎng)參數(shù)均勻程度差。松軟風(fēng)化表土、粘土、節(jié)理發(fā)育的風(fēng)化石，孔網(wǎng)參數(shù)5 m×5 m；堅(jiān)硬的原生石與碳酸錳礦脈，孔網(wǎng)參數(shù)3 m×3 m；氧化錳礦脈孔網(wǎng)參數(shù) 4 m×4 m。同時(shí)，由于穿孔作業(yè)操作工采用計(jì)件薪酬，當(dāng)遇到卡鉆與難鉆地時(shí)，工人往往會(huì)拉大孔網(wǎng)間距或避開不鉆，增大爆破技術(shù)的難度，造成根底現(xiàn)象與大塊率增多。

2)沒有超深或超深不合理

設(shè)計(jì)臺(tái)階高度為10m，由于穿孔設(shè)備和采裝設(shè)備多元化，施工能力和適應(yīng)工況的不同，造成臺(tái)階面凹凸不平，易產(chǎn)生根底，不符合設(shè)計(jì)要求，并對(duì)后續(xù)的工作造成不利影響。穿孔設(shè)備的鉆孔能力和鉆孔深度不同，導(dǎo)致鉆孔沒有達(dá)到設(shè)計(jì)超深的要求。其中，KQ-150型潛孔鉆機(jī)鉆孔深度只能到8-9 m，阿特拉斯760型鉆機(jī)深度可達(dá)12 m，阿特拉斯765型鉆機(jī)深度可達(dá)10 m。同時(shí)，采裝設(shè)備多元化，適應(yīng)的工況不同，例如：裝載機(jī)適合在7 m高臺(tái)階作業(yè)，小型或舊式挖掘機(jī)挖掘能力較弱容易造成工作面凹凸不平，新型挖掘機(jī)挖掘能力強(qiáng)等。

3)炸藥單耗選取不佳

大新錳礦的炸藥規(guī)格為120 mm×400 mm的銨油乳化炸藥,每箱6節(jié)，一節(jié)5 kg。爆破作業(yè)時(shí)，工人以每節(jié)炸藥為一個(gè)單位，計(jì)算炮孔的裝藥量，一般情況單孔藥量都按平均取值。臺(tái)階高度10 m，粘土、表土、風(fēng)化石、氧化錳礦取值6～8節(jié)，原生石、碳酸錳礦石取值10～12節(jié)。這樣確定炮孔炸藥量，孔深而孔間距大的炮孔，炸藥單耗顯然容易出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象，反之過大，炮孔上部巖土被炸拋散開，爆堆成漏斗狀，既浪費(fèi)炸藥又易產(chǎn)生大塊與根底。

4)炮孔裝藥結(jié)構(gòu)不合理,都集中放于孔底

原生巖石與碳酸錳礦的爆破，炸藥集中裝于孔底，炮孔上部礦巖沒有得到充分破碎，大塊度較多。對(duì)于非均質(zhì)巖體，特別是風(fēng)化巖土內(nèi)的裸石，如果藥包位于松軟巖層，爆破效果往往不理想，堅(jiān)硬的巖體與裸石只被剝離而沒有炸裂與破碎， 需要二次鉆孔，爆破工作量較大。

5)不處理炮孔積水和廢孔問題

隨著開采深度下降，凹陷露天礦鉆孔一般都有2～3 m的裂隙水，雨季炮孔積水更大，使用水泵抽水不現(xiàn)實(shí)，工作量大而且很難抽干。雖然用銨油乳化炸藥防水，但是炸藥密度輕，很難將炸藥裝入孔底，導(dǎo)致底部出現(xiàn)根底。同時(shí)，由于鉆孔存放時(shí)間較久，部分孔內(nèi)壁巖土較松，炮孔被巖土堵塞成廢孔不能裝藥，或孔底巖土充填孔深不足裝藥上移，也易產(chǎn)生根底。這些情況一般在實(shí)施過程中未加處理。

6)炮孔起爆網(wǎng)絡(luò)單一

大新錳礦前些年，采場(chǎng)工作面還處于氧化界線以上，礦巖大多是風(fēng)化巖層，鉤機(jī)采裝作業(yè)對(duì)爆破要求不高，只需松動(dòng)爆破即可，起爆網(wǎng)絡(luò)習(xí)慣用單一的逐排微差起爆，或排數(shù)較少孔數(shù)不多時(shí)采取同段起爆網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在巖性變化，礦巖層可爆性變差，繼續(xù)采用傳統(tǒng)單一起爆網(wǎng)絡(luò)，爆破效果差，且大塊率高。

2 爆破技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用

1)根據(jù)穿孔設(shè)備作業(yè)適應(yīng)性，按礦巖巖性不同分類安排作業(yè)，以提高穿孔效率。礦山向前發(fā)展新增了兩臺(tái)阿特拉斯760型、765型一體化鉆機(jī)，孔徑165 mm，其機(jī)型很適應(yīng)于堅(jiān)硬的巖石，穿孔能力極強(qiáng)，鉆孔效率為KQ-150型潛孔鉆機(jī)5倍以上，且靈活性很好。但是對(duì)風(fēng)化巖及泥巖來說，與KQ-150型相比，工效提高不多。針對(duì)這一情況，阿特拉斯760型、765型一體化鉆機(jī)多用于原生巖和碳酸錳礦的鉆孔作業(yè)，KQ-150型潛孔鉆只安排進(jìn)行泥巖、風(fēng)化石、氧化錳等較軟巖層作業(yè)。按礦巖堅(jiān)硬性分類，進(jìn)行鉆機(jī)優(yōu)化分配作業(yè)，提高了穿孔效率；同時(shí)縮短了爆區(qū)作業(yè)時(shí)間，成孔后炮孔不易受外界損壞，炮孔質(zhì)量得到相應(yīng)的保證。

2)依據(jù)采裝設(shè)備的挖掘力強(qiáng)弱，合理安排于不同硬度的礦巖生產(chǎn)，以提高采裝工效。多種采裝設(shè)備共同生產(chǎn)，對(duì)穿爆作業(yè)要求不一，裝載機(jī)與舊的鉤機(jī)挖掘力較弱，在堅(jiān)硬的巖石工作面采裝作業(yè)，工效較低又易留根底，爆破要求多為松動(dòng)及拋擲爆破，炸藥單耗相應(yīng)較大。對(duì)于大的新鉤機(jī)挖掘力較強(qiáng)，對(duì)付表土泥巖、風(fēng)化巖一般不需要穿爆，如果需穿孔爆破，也只進(jìn)行預(yù)裂爆破。為了提高采裝效率與降低穿爆成本，裝載機(jī)與舊的鉤機(jī)多安排于較軟的巖性工作面，大的新鉤機(jī)偏向安排處理堅(jiān)硬的巖石工作面。

3)強(qiáng)化穿孔作業(yè)管理，確定合理孔網(wǎng)參數(shù)，提高爆破炮孔質(zhì)量。穿孔質(zhì)量的好壞直接影響到爆破效果，加強(qiáng)穿孔作業(yè)管理，是保證爆破成功的前提。穿爆工作由采礦技術(shù)人員專管，根據(jù)爆區(qū)巖性結(jié)合采裝設(shè)備類型，確定合理的孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并監(jiān)督鉆工嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，確?？紫?自由面)、 孔位、孔深達(dá)到要求。采取爆前系統(tǒng)驗(yàn)收制度，對(duì)不合格或廢孔的，不計(jì)產(chǎn)量并要求補(bǔ)鉆。爆破炮孔質(zhì)量得到較大保障。

4)優(yōu)化爆破參數(shù)，降低爆破成本。大新錳礦采場(chǎng)目前礦巖主要是硅質(zhì)巖、泥質(zhì)灰?guī)r、碳酸錳等原生巖，巖性比較堅(jiān)硬，同時(shí)還存在部分風(fēng)化巖，巖性較松軟，所使用的采裝設(shè)備類型多樣化。通過生產(chǎn)實(shí)踐分析，裝載機(jī)與舊的鉤機(jī)不能適應(yīng)于堅(jiān)硬的礦巖采裝，作業(yè)效率較低且對(duì)巖石破碎程度要求很高，增大了穿爆作業(yè)的難度，生產(chǎn)成本太高。新的大型鉤機(jī)采裝作業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)，用于松軟的風(fēng)化巖，不需要穿爆，采裝工效很高。采用孔內(nèi)空氣間隔裝藥并加強(qiáng)全流程的跟蹤管理是其有效地的解決辦法。爆破參數(shù)見表1。

表1 優(yōu)化后的爆破參數(shù)

5)孔內(nèi)空氣間隔裝藥解決非均質(zhì)巖體爆破問題。非均質(zhì)巖體爆破一直以來都是大新錳礦難攻的生產(chǎn)問題，采用孔內(nèi)空氣間隔裝藥并加強(qiáng)全流程的跟蹤管理是其有效地的解決辦法。穿孔作業(yè)時(shí)，必須對(duì)每個(gè)炮孔的形成過程，跟蹤收集所穿過巖層的巖性特征資料，按孔進(jìn)行編號(hào)分析，在實(shí)施爆破時(shí)，有針對(duì)性地采取孔內(nèi)空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，把藥包分散放置于孔內(nèi)比較堅(jiān)硬的巖層位置，讓爆炸瞬間爆轟波極高的初始?jí)毫?，集中能量?duì)堅(jiān)硬的巖體充分破碎。使用空氣間隔裝藥技術(shù)，不僅使非均質(zhì)巖體爆破大塊量減少和松軟巖層的浮石充分破碎，提高了爆破質(zhì)量，而且二次爆破工作量明顯減少，降低了炸藥總體用量。

6)采取加大超深，利用孔底水間隔裝藥解決炮孔積水問題。原生巖層炮孔積水，孔底總有2～3 m 的積水，因孔內(nèi)水浮力與壓力造成炸藥很難放入孔底部，藥包位置上移，同時(shí)藥包裝藥不實(shí)，巖性硬度較大，施爆效果很差，產(chǎn)生根底較多。采取加大超深，利用軸向孔底水間隔裝藥[2]，爆破效果很好。超深由原來 2.5 m增加到4 m，孔底預(yù)留1.5～2 m水間隔高度,水位下降藥包位置隨之下移，裝藥密度也得到了提高。利用孔底水間隔原理，在炸藥爆炸過程中，在極高的壓力作用下，水變?yōu)榭蓧嚎s的，并形成水中沖擊波均勻傳遞到孔壁，而且由于水介質(zhì)的波阻抗比空氣大，應(yīng)變強(qiáng)度衰減慢，對(duì)礦巖作用時(shí)間長(zhǎng)，有利于巖石的均勻破碎。

7)優(yōu)化選擇起爆網(wǎng)絡(luò)。起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)非常重要，炮孔起爆順序的確定更為關(guān)鍵，其合理性對(duì)爆破效果有著直接影響，因此每次爆破都要根據(jù)實(shí)際情況來選擇最優(yōu)的起爆方式。對(duì)松軟的風(fēng)化巖及泥巖，使用逐排孔內(nèi)微差起爆，由于此類巖石爆破不易產(chǎn)生大塊與根底，采裝工作對(duì)爆破要求不高，裝藥及網(wǎng)絡(luò)布設(shè)操作較簡(jiǎn)單，方便工人施工。碳酸錳礦石因?qū)Υ髩K率要求高，原生巖較堅(jiān)硬，采取斜線順序起爆，提高炮孔的臨近系數(shù)，以增大孔距、縮小抵抗線的爆破技術(shù)，增大爆破漏斗角，開創(chuàng)弧形爆破界面，增強(qiáng)了反射拉伸應(yīng)力波作用，加強(qiáng)巖石的破碎程度，改善爆破質(zhì)量，此起爆網(wǎng)絡(luò)爆堆集中且平緩，塊度均勻，破碎較好，不產(chǎn)生根底，便于采裝作業(yè)。對(duì)于露天邊坡的爆破，采取位于邊坡界線處，采用小孔距、多鉆孔、少裝藥，實(shí)行預(yù)裂控制爆破，先起爆預(yù)裂孔，后按自由面方向順序逐排孔內(nèi)微差起爆，減少主爆區(qū)爆轟波與爆震對(duì)邊坡巖層破壞，確保了邊坡的完整穩(wěn)定。

3 結(jié) 語

1)大新錳礦露天爆破技術(shù)優(yōu)化實(shí)踐應(yīng)用，采場(chǎng)穿爆作業(yè)管理得到了提高，穿孔質(zhì)量與爆破效果有了較大改善。大塊率由原來的3%降為1%，特別是入選廠的原礦大塊度小于 600 mm的合格率達(dá)標(biāo)，二次爆破作業(yè)量明顯減少，采場(chǎng)總體炸藥單耗控制在0.3 kg/m3以下，降低了穿爆成本。采場(chǎng)臺(tái)階工作面平整、干凈，凹坑凸臺(tái)現(xiàn)象日漸減少，為下一步穿爆工作創(chuàng)造了優(yōu)質(zhì)條件。

2)實(shí)踐證明，按礦巖巖性硬度不同，選擇適應(yīng)的穿孔設(shè)備作業(yè)，提高穿孔效率；通過加強(qiáng)炮孔質(zhì)量管理，提高爆破質(zhì)量，降低綜合穿孔成本。按采裝設(shè)備對(duì)不同巖土的作業(yè)工效，合理優(yōu)化分配，安排于相適應(yīng)的工作面，結(jié)合采裝設(shè)備有目的地選取爆破類型，確定合理的爆破參數(shù)，提高了采裝效率，有效地降低采礦綜合成本。