破碎復(fù)雜難采礦體分級(jí)控制爆破技術(shù)研究

佘文遠(yuǎn)

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 龍巖 364200）

破碎復(fù)雜難采礦體是指在成礦期或成礦后經(jīng)歷了多期劇烈地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或反復(fù)地質(zhì)作用，在礦體和圍巖內(nèi)部形成大量節(jié)理、斷層等不連續(xù)面，使礦體和圍巖的整體穩(wěn)定性遭到破壞，在開采過程中表現(xiàn)出礦巖松軟破碎，可暴露面積小，易發(fā)生冒頂片幫等特征[1]。對(duì)這類礦體，國(guó)內(nèi)外很多礦山采用進(jìn)路充填采礦法進(jìn)行開采，這類采礦法一般回采斷面較小，采場(chǎng)生產(chǎn)能力較低，如果爆破參數(shù)選取不當(dāng)，不僅循環(huán)進(jìn)尺小，工效低、進(jìn)路輪廓線不平整，超欠挖嚴(yán)重，造成較大的損失貧化，而且會(huì)破壞了進(jìn)路礦巖的穩(wěn)定性，造成進(jìn)路冒頂片幫及充填體大面積垮塌，增加了巷道支護(hù)成本，從而直接影響到礦山生產(chǎn)的安全和效益，因此，如何合理優(yōu)化爆破參數(shù)，提高循環(huán)進(jìn)尺和生產(chǎn)工效、保證礦巖及充填體在作業(yè)中的穩(wěn)定性和完整性，在破碎復(fù)雜難采礦體采礦生產(chǎn)中具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

1 工程背景

奧同克有限責(zé)任公司塔爾德布拉克左岸金礦(下稱“左岸金礦”)是紫金礦業(yè)集團(tuán)在吉爾吉斯斯坦投資開發(fā)的一座大型黃金礦山。該礦山礦體賦存于火山環(huán)形構(gòu)造的中央部分，由于受多期構(gòu)造斷裂影響，礦體比較破碎，穩(wěn)定性很差，極易造成局部垮塌[3]。礦體巖性組合主要包括石英-絹云母交代巖、石英-碳酸鹽交代巖、石英-電氣石交代巖，礦體脈巖主要包括閃長(zhǎng)巖和破碎閃長(zhǎng)二長(zhǎng)巖，大部分礦巖屬不穩(wěn)固類型，f=3～17，礦體呈緩傾斜管狀和層狀（細(xì)脈狀）產(chǎn)出，傾角25°～40°左右，礦體厚度為16m～90m。根據(jù)左岸金礦礦體開采技術(shù)條件，選用上向水平進(jìn)路充填采礦法開采，具體見圖1。開采時(shí)將每個(gè)分段劃分為四個(gè)水平分層按自下而上分層順序進(jìn)行開采，在每個(gè)分層內(nèi)劃分盤區(qū)和進(jìn)路，進(jìn)路規(guī)格均為4.0m×4.0m(采用1/4三心拱)。各進(jìn)路回采完畢后及時(shí)用尾砂膠結(jié)充填料進(jìn)行充填[4]。鑒于巖石穩(wěn)固性較差，分層進(jìn)路按2步驟采用“隔一采一”的方式回采，一步驟回采礦房，二步驟采礦柱，并交替式回采。一步驟采用高灰砂比充填料充填，以保證充填強(qiáng)度，確保二步驟回采工作的安全。進(jìn)路開采時(shí)采用YT-28鑿巖機(jī)配置2.5m鉆桿施工炮孔，現(xiàn)場(chǎng)使用的是膨化硝銨炸藥，炸藥密度ρ=900㎏/m3,爆速D=3200m/s，藥卷規(guī)格為Φ32mm×150g，藥卷長(zhǎng)度l=200mm，炮孔直徑db=42mm，起爆器起爆，分段微差爆破，炮孔布置如圖2示，具體裝藥參數(shù)如表1示。在上向水平進(jìn)路充填采礦法應(yīng)用過程中存在以下問題：

圖1 左岸金礦上向水平進(jìn)路充填采礦法三視圖

（1）由于其中礦巖大部分屬破碎不穩(wěn)固類型，在進(jìn)路采礦時(shí)全部采用短掘短支方式，采用YT-28鑿巖機(jī)配置2.5m鉆桿施工炮孔，由于采用單楔形掏槽方式，孔口間距2.0m、孔底間距約0.2m，炮孔有效深度僅2.3m，造成循環(huán)進(jìn)尺偏小，平均僅有2.0m，導(dǎo)致炮孔利用率僅89%，采場(chǎng)生產(chǎn)能力僅90噸/日，不僅直接影響到礦山整體生產(chǎn)能力和效益，而且因鉆工收入偏低而導(dǎo)致施工隊(duì)伍不穩(wěn)定[5]。

（2）由于礦巖組分復(fù)雜多樣，爆破參數(shù)未能結(jié)合不同礦巖的可爆性進(jìn)行合理調(diào)整，導(dǎo)致周邊眼進(jìn)路周邊產(chǎn)生超欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重、炮眼痕率低、同時(shí)造成因爆破對(duì)進(jìn)路周邊礦巖或充填體所產(chǎn)生的較大擾動(dòng)破壞較大而直接影響到作業(yè)安全。

圖2 上向進(jìn)路采礦2.5m鉆桿炮孔布置圖

（3）由于為節(jié)省火工材料成本，鉆工在進(jìn)路掌子面布孔時(shí)上部輔助孔布置數(shù)量偏少（一般僅有三個(gè)），周邊孔炮孔密集系數(shù)（）遠(yuǎn)小于光面爆破最優(yōu)炮孔密集系數(shù)的數(shù)值要求（），導(dǎo)致進(jìn)路爆破后拱頂部成型差、參差不齊、不平整，因產(chǎn)生較多的應(yīng)力集中而直接影響到后續(xù)進(jìn)路作業(yè)的安全[6]。

（4）在上向水平進(jìn)路充填采礦法一步驟回采時(shí)，由于爆破參數(shù)不合理，對(duì)二步驟待采進(jìn)路因爆破振動(dòng)產(chǎn)生大量的裂隙，破壞了其完整性，直接影響到二步驟的開采安全和爆破參數(shù)的合理布置，使進(jìn)路巷道的穩(wěn)定性遭受破壞，支護(hù)成本增加。

表1 進(jìn)路采礦2.5m鉆桿炮孔裝藥參數(shù)表

（5）在上向水平進(jìn)路充填采礦法二步驟回采時(shí)，進(jìn)路兩側(cè)為充填體，回采爆破時(shí)應(yīng)力波在礦體與充填體界面處發(fā)生透射和反射，由于充填體強(qiáng)度比巖石低很多，如果兩幫周邊孔距充填體距離過大，充填體與巖石交界處的巖石由于應(yīng)力波強(qiáng)度不足不能得到充分的破碎，形成大塊或是掛幫，造成礦石損失且對(duì)出礦的安全性造成威脅[7]。如果兩幫周邊孔距充填體距離過近，在交界處產(chǎn)生的透射應(yīng)力波強(qiáng)度過大，勢(shì)必超過充填體的強(qiáng)度而造成充填體發(fā)生破壞，使充填體產(chǎn)生片幫冒落而引起因充填料混入礦石帶來的二次貧化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)充填體大量垮冒，導(dǎo)致采場(chǎng)發(fā)生安全事故[8]。

（6）由于一步驟回采兩側(cè)都為礦體，其爆破參數(shù)在選取時(shí)對(duì)整個(gè)分層進(jìn)路的回采影響比較小，而在二步驟進(jìn)路回采時(shí)，由于進(jìn)路一側(cè)或兩側(cè)為充填體，爆破參數(shù)選取不當(dāng)，會(huì)造成一側(cè)或兩側(cè)充填體遭受破壞，造成礦石貧化，進(jìn)路巷道的穩(wěn)定性遭受破壞，支護(hù)成本增加[9]。

（7）由于進(jìn)路爆破時(shí)周邊孔尤其是拱部周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)不合理、裝藥系數(shù)較低，不能保證足夠的不耦合系數(shù)，而且由于采用連續(xù)集中裝藥，起爆時(shí)爆破作用主要集中靠近孔底部礦巖，往往會(huì)造成裝藥部位的過度破壞，引起超挖。而在孔口部因爆破作用較弱而出現(xiàn)“掛口”、“戴眼鏡”現(xiàn)象，增加了采場(chǎng)人員作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)和排險(xiǎn)支護(hù)工作量。

（8）由于進(jìn)路布置炮孔時(shí)采用巷道掘進(jìn)的布孔方式，周邊孔均向外傾斜一定角度（5°左右），在進(jìn)行二步聚回采時(shí)，孔底部基本與充填體接觸，而且由于采用連續(xù)集中裝藥及孔底底爆方式，炸藥爆破作用主要集中在孔底部直接對(duì)充填體產(chǎn)生較大的破壞和擾動(dòng)，而在孔口部位爆破作用較弱，不僅產(chǎn)生較大的損失和貧化，而且誘發(fā)較大的安全隱患。

2 礦巖可爆、穩(wěn)定性分級(jí)

在進(jìn)路采礦中，不僅需考慮礦巖的可爆性，還應(yīng)考慮爆破后進(jìn)路周邊礦巖（包括充填體）的穩(wěn)定性，以保證后續(xù)作業(yè)的安全性的盡可能的減少支護(hù)成本.結(jié)合大量類似工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)尺、安全與成本存在圖3所示關(guān)系。因此在選擇進(jìn)路爆破參數(shù)時(shí)，除礦巖可爆性外，也應(yīng)提前考慮如何減少爆破作用對(duì)進(jìn)路周圍礦巖或充填體的擾動(dòng)與破壞，以求最大限度保證后續(xù)作業(yè)安全，減少支護(hù)成本與降低進(jìn)路采礦過程中的損失與貧化，因此，在破碎復(fù)雜礦體上向進(jìn)路回采時(shí)很有必要預(yù)先進(jìn)行礦巖可爆性與穩(wěn)定性分級(jí)，從而為爆破參數(shù)確定提供依據(jù)。國(guó)內(nèi)外一般選用巖石抗壓強(qiáng)度、巖石容重、巖石完整性系數(shù)和炸藥單耗4項(xiàng)指標(biāo)作為礦巖可爆性與穩(wěn)固性級(jí)別判定因子。

圖3 循環(huán)進(jìn)尺度、成本和安全的關(guān)系圖

表2 左岸金礦礦巖物理力學(xué)參數(shù)表

表3 左岸金礦礦巖穩(wěn)固性、可爆性分級(jí)表

由于左岸金礦開采礦體礦巖組合多樣，各礦巖組合物理力學(xué)性質(zhì)差異很大，決定了不同礦巖組成及不同地段礦巖的可爆性與穩(wěn)定性差異很大，從而直接影響到進(jìn)路爆破參數(shù)的合理選取。通過對(duì)左岸金礦多個(gè)有代表性的礦巖試樣類型進(jìn)行測(cè)試，確定了其物理力學(xué)性能，詳見表2。

根據(jù)左岸金礦礦巖物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)合完整性系數(shù)以及在實(shí)際進(jìn)路爆破中的炸藥單耗統(tǒng)計(jì)，對(duì)左岸金礦上向進(jìn)路充填采礦法一步驟進(jìn)路礦巖進(jìn)行相對(duì)可爆性及穩(wěn)固性分級(jí)如表3示。

在上向進(jìn)路充填采礦法二步驟開采時(shí)，由于進(jìn)路待爆礦體左右及下方均受到一步驟開采時(shí)的爆破擾動(dòng)，在礦體中產(chǎn)生大量裂隙，進(jìn)一步降低了進(jìn)路礦體的完整性系數(shù)，因此其可爆性與穩(wěn)固性級(jí)別均降一級(jí)。

3 爆破參數(shù)優(yōu)化

3.1 鉆桿長(zhǎng)度優(yōu)化

在進(jìn)路采礦時(shí)，長(zhǎng)鉆桿較短鉆桿進(jìn)行炮孔施工可以大幅增加進(jìn)路鉆爆作業(yè)循環(huán)進(jìn)尺，降低單位藥量、工序循環(huán)次數(shù)、人力及管理成本、縮減各工序輪換、安排機(jī)械進(jìn)場(chǎng)等耗時(shí)，但同時(shí)一方面又會(huì)因頂板暴露面積增加和爆破擾動(dòng)量加大而降低進(jìn)路的安全性，另一方面大進(jìn)尺產(chǎn)生的超挖欠挖、大塊的處理以及支護(hù)等成為影響成本的主要因素。

鉆桿長(zhǎng)度的選取取決于爆破所需炮眼深度，合理炮眼深度的方面需爆破后的空頂距是否滿足安全需要，同時(shí)又要保證鑿巖時(shí)有較高的鑿巖效率。同等的巖石和施工條件，普通氣腿式鑿巖機(jī)采用同一根鉆桿鉆孔時(shí)每增加1m鉆孔長(zhǎng)度鉆速下降4%～10%。尤其孔深超3m時(shí)，由于摩擦阻力增大，拔釬、排粉困難，人工鑿巖效率大為降低。炸藥單耗攸關(guān)進(jìn)路工程成型、圍巖損傷及材料消耗等，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定炸藥單耗，再通過試驗(yàn)進(jìn)行修正或工程類比確定。根據(jù)礦巖的可爆性的穩(wěn)固性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，左岸金礦礦巖上向進(jìn)路回采鉆桿長(zhǎng)度、支護(hù)方式、施工方式及炸藥單耗選用如表4示。

表4 鉆桿長(zhǎng)度、支護(hù)方式及施工方式選用表

3.2 掏槽孔參數(shù)

掏槽爆破是進(jìn)路爆破工作的關(guān)鍵，掏槽孔爆破是否成功及效果如何與所爆進(jìn)路礦巖地質(zhì)條件、掏槽孔深、形式、炸藥種類、裝藥量及起爆順序有關(guān)。根據(jù)左巖金礦進(jìn)路爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在采用3.0m時(shí)掏槽孔如果還采用原有的單式楔形掏槽，由于掏槽孔傾角加大（由67°增加至71°）和底部礦巖的夾制作用增大，掏槽孔底部呈明顯的駝峰形，不能為后續(xù)輔助眼及周邊眼的爆破提供較好的第二自由面，導(dǎo)致炮孔利用率由87%下降至70%，單循環(huán)進(jìn)尺平均2.05m。由于復(fù)式楔形掏槽多了兩排更深、會(huì)產(chǎn)生更好爆破效果的二級(jí)掏槽眼，較單式楔形掏槽更有利于克服槽腔底部礦巖的夾制作用，因此，在采用3m鉆桿時(shí)更適合選用復(fù)式楔形掏槽形式。根據(jù)礦巖可爆性、斷面大小及施工條件確定：爆破掏槽方式為雙楔形水平斜眼掏槽，掏槽數(shù)目為10個(gè)，分4排平行布置。

（1）掏槽眼眼底間距確定

根據(jù)楔形掏槽理論，為實(shí)現(xiàn)槽腔內(nèi)巖石在炮眼底面與腔外巖石充分分離，應(yīng)使各掏槽孔裝藥爆炸形成的破碎圈在炮眼底相交。國(guó)內(nèi)外計(jì)算炮眼破碎圈半徑的公式很多,此處采用武漢巖土力學(xué)研究所的計(jì)算公式:

式中：β=-4.11×10-8ρmcp+2.92；rP為破碎區(qū)半徑;rb為裝藥半徑；μ為側(cè)壓力系數(shù)；P為爆腔巖壁初始?jí)毫Γ籖t為巖石抗拉強(qiáng)度；ρ為炸藥密度；ρm為巖石初始密度，kg/m3；D為炸藥爆轟速度；cp為巖石縱波速度，m/s；v為巖石材料的泊松比；α為壓縮波衰減指數(shù)。

考慮到相鄰?fù)锡R發(fā)爆破產(chǎn)生的沖擊波的疊加,可確定垂直楔形掏槽炮眼的眼底水平間距為:

式中Rp為炮眼破碎圈半徑，a為應(yīng)力波衰減指數(shù)。

式中g(shù)為巖石泊松比。代入相關(guān)數(shù)值，求得石英-電氣石交代巖掏槽炮眼的眼底水平間距為d≤0.15m；石英-碳酸質(zhì)交代巖掏槽炮眼的眼底水平間距為d≤0.17m；石英-絹云母巖交代巖掏槽炮眼的眼底水平間距為d≤0.19m。

（2）同列炮眼間距的確定

掏槽爆破同列炮眼間距，應(yīng)在爆破后可形成2個(gè)列炮眼之間的貫通破壞面，可按炮眼裝藥爆炸后在炮孔之間形成貫通裂縫的原則確定。即

式中：

a—炮孔間距，m；

Rp——以各炮孔為中心的徑向裂隙半徑，m；其值為

式中：

rb——炮孔半徑，m；

ST——巖石抗拉強(qiáng)度，MPa；

PD—孔壁上的初始沖擊壓力，MPa；

對(duì)于不偶合裝藥，

式中：

PH—爆轟壓力，MPa；；

PK—臨界壓力，可近似取100MPa；

d0、D—炸藥的密度和爆速；

Vc、VB—裝藥體積和炮孔體積；

n—爆生氣體撞擊孔壁時(shí)引起的壓力增大倍數(shù)，取n=8～10；

對(duì)應(yīng)于左岸金礦：

rb=0.021m ；g=0.25（平均），b=0.33，T=1.67；

PH=2.75MPa，Pd=5.3MPa；

藥卷密度d0=0.9g/cm3，D≥3500m/s，

石英-電氣石交代巖ST=12.5MPa、代入數(shù)值，求得Rp≈0.11m，炮孔間距a≤0.22m。

石英-碳酸質(zhì)交代巖ST=7.6MPa、代入數(shù)值，求得Rp≈0.14m，炮孔間距a≤0.28m。

石英-絹云母巖交代巖ST=3.4MPa；代入數(shù)值，求得Rp≈0.18m，即炮孔間距a≤0.36m。

（3）炮眼間距的確定

掏槽孔傾角決定了孔底間距和每級(jí)掏槽孔拋擲的巖石量。合理的掏槽孔傾角應(yīng)使掏槽孔爆破后孔底形成的裂隙圈連通，確保槽腔內(nèi)巖石與周圍巖石分離，且拋出工作面，從而形成楔形槽腔。在保證掏槽效果的前提下和炮眼深度較大時(shí)，楔形掏槽爆破炮眼水平傾角θ一般在65～75°，礦巖較軟時(shí)角度小，硬時(shí)角度大,過小不容易從楔形的底部切斷巖石，過大則難以克服槽腔夾制力而將槽腔內(nèi)巖石完全拋出，從而在槽腔底部呈現(xiàn)駝峰形，即“鼓肚”現(xiàn)象。采用3m鉆桿后確定的炮眼眼口與眼口距見圖4、圖6。

表5 掏槽眼爆破參數(shù)表

表6 進(jìn)路分級(jí)控制爆破周邊孔爆破參數(shù)表

3.3 周邊孔參數(shù)

上向進(jìn)路充填采礦法分為兩步驟采礦，一步驟開采時(shí)進(jìn)路兩側(cè)均為原生礦巖，需要選取合理的爆破參數(shù)及裝藥方式能夠保證進(jìn)路復(fù)雜軟弱礦巖的穩(wěn)定性，以降低對(duì)礦巖的擾動(dòng)和提高礦巖的穩(wěn)定性及自承能力，降低支護(hù)成本和提高進(jìn)路工程的安全性。同時(shí)要控制好周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)形式，保證進(jìn)路兩幫的平整，以便控制二步驟采礦的損失與貧化。其周邊孔布置適合根據(jù)礦巖分級(jí)可爆性選用光面爆破參數(shù)以滿足爆破要求。而二步驟采礦時(shí)由于進(jìn)路兩側(cè)均為充填體，在進(jìn)路等爆礦巖與兩幫充填體間已形成事實(shí)上的“人工斷層”，在采礦時(shí)需降低對(duì)充填體的擾動(dòng)與破壞，控制和減少由于爆破引起充填體垮塌而造成的礦石貧化。對(duì)“預(yù)留”礦壁進(jìn)行控制爆破或采用非爆方法掘進(jìn)是確保充填體穩(wěn)定性的關(guān)鍵，而拱頂以上仍按光面爆破選用爆破參數(shù)。周邊孔均采用徑向非耦合分段裝藥結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)表明，爆炸應(yīng)力波參數(shù)與炮泥材料、堵塞長(zhǎng)度和堵塞質(zhì)量等密切相關(guān)，周邊孔堵塞長(zhǎng)度一般取0.35～0.50倍的裝藥長(zhǎng)度。

（1）一步驟光面爆破

左岸金礦進(jìn)路礦體為大多為不穩(wěn)固礦巖，回采進(jìn)路圍巖松散破碎、裂隙發(fā)育、強(qiáng)度較低，若控制不好掘進(jìn)爆破參數(shù)會(huì)對(duì)進(jìn)路圍巖造成過大的擾動(dòng)，使頂板礦巖的徑向裂隙張開，塊狀巖體脫落導(dǎo)致冒頂，兩幫則產(chǎn)生片幫塌落，造成損失貧化。因此，回采時(shí)必須采取控制爆破盡量減少對(duì)頂板礦巖體的擾動(dòng)，可以減少冒頂、片幫的發(fā)生。采用光面爆破技術(shù)可以有效減少對(duì)進(jìn)路圍巖的擾動(dòng)強(qiáng)度。

光面爆破的重點(diǎn)在于周邊孔之間的互相貫通，達(dá)到巷道壁面平整規(guī)正，對(duì)周邊圍巖擾動(dòng)較小。周邊孔光面爆破時(shí)，先受爆炸沖擊波作用在孔周圍形成初始裂隙，并在準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用下擴(kuò)展成貫通主裂隙，由此，炮孔間距E為:

式中：

K1——為調(diào)整系數(shù)，一般取值10～16，巖石堅(jiān)硬時(shí)取較大值；

f——為圍巖普氏系數(shù)；

rb——為炮孔半徑，取21mm。

由公式（9）可以看出，周邊孔孔距與礦巖f值呈正相關(guān)關(guān)系，礦巖偏堅(jiān)硬取大，礦巖偏松軟取小。由于左岸金礦礦巖可爆性差異及其所具有的相對(duì)性，因此周邊孔的光面爆破參數(shù)采用理論計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)類比和現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)方法具體進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，礦巖節(jié)理發(fā)育、層理結(jié)構(gòu)破碎時(shí)或順層施工時(shí)可適當(dāng)增加空眼，采用空炮眼與裝藥炮眼間隔的裝藥方式或長(zhǎng)短眼裝藥提高進(jìn)路工程成形質(zhì)量和減小爆破擾動(dòng)。

光爆時(shí)炮孔密集系數(shù)的合理選取也直接關(guān)系到爆破成形效果。如果光爆層厚度過小，爆破反射波對(duì)爆破輪廓線以外礦巖進(jìn)行破壞而造成過挖，過大則造成不能很好地將光爆層破碎下來而產(chǎn)生掛幫欠挖、大塊或留底根。光爆層要屏蔽反射應(yīng)力波，必須滿足公式：

式中：CP——為礦巖中縱波波速，m/s；

VC——為爆生裂縫平均擴(kuò)展速度，礦巖f值大時(shí)取大值，f值大時(shí)取小值。

炮孔密集系數(shù)K=E/W，由公式10可以看出，光爆層厚度與礦巖f值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。軟巖和層理、節(jié)理發(fā)育的礦巖K取大值，硬巖則取小值，具體數(shù)結(jié)合礦巖可爆性和爆破試驗(yàn)確定。

圖4 一步驟光面爆破炮眼布置圖

（2）二步驟半光面控制爆破

上向進(jìn)路二步驟回采時(shí)，進(jìn)路礦巖及頂板圍巖受一步驟爆破擾動(dòng)破壞穩(wěn)固性進(jìn)一步降低，受充填接頂不完全影響應(yīng)力集中進(jìn)一步加強(qiáng)。為防止冒頂必須控制好頂板，掘進(jìn)時(shí)采用半光爆技術(shù)，從起拱線以上采用光爆技術(shù)，嚴(yán)格控制好爆破孔網(wǎng)參數(shù)，優(yōu)先發(fā)展相鄰炮眼之間的裂隙，抑制徑向裂隙的發(fā)展，從而在相鄰周邊炮眼之間形成平整切割層，減少對(duì)頂板的擾動(dòng)及破壞，因此拱線以上根據(jù)礦巖可爆性分級(jí)按照一步驟確定的有關(guān)光爆參數(shù)進(jìn)行爆破。

由于進(jìn)路充填體強(qiáng)度相對(duì)較低，在二步驟進(jìn)路回采時(shí)，如果兩幫周邊孔距充填體偏近，進(jìn)路兩側(cè)充填體易受爆破沖擊波影響而失穩(wěn)垮塌而造成礦石貧化，如果距離偏遠(yuǎn)則會(huì)因掛幫礦而造成礦石損失，因此需結(jié)合充填體強(qiáng)度選用合適控制爆破參數(shù)。

在確定充填體強(qiáng)度之前，首先需要確定爆破地震波質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度V，其理論公式為：

式中：V—為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值速度，cm/s；

k、α—均為衰減系數(shù)，由于二步驟周邊孔礦巖受一步驟爆破擾動(dòng)與破壞，節(jié)理發(fā)育，故此處k=250、α=1.8；

Q—為裝藥量，㎏，單孔裝藥量均按0.45㎏，側(cè)幫周邊孔按三孔布置，三孔藥量1.35㎏。

R—為離爆心的距離。

通過一維應(yīng)力波理論計(jì)算出周邊孔炸藥爆破沖擊波在尾砂膠結(jié)充填體與礦體交界面處的入射動(dòng)壓力：

式中：

γ—為礦體的密度，g/㎝3；

C—為礦體中縱波傳播速度，m/s，取平均3500m/s；

V—為質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，cm/s；

g—為重力加速度，一般取值為9.81m/s2。

根據(jù)應(yīng)力波動(dòng)力學(xué)理論，當(dāng)入射應(yīng)力波垂直入射時(shí)，產(chǎn)生的反射應(yīng)力為：

透射應(yīng)力為：

式中：γ1C1為礦體的波阻抗；γ2C2為充填體的波阻抗。

左岸金礦二步驟進(jìn)路兩幫充填體基本為灰砂比1:8的充填料漿膠結(jié)，其28天抗壓強(qiáng)度不低于1.3Mpa。一般在充填后10天左右進(jìn)行二步驟回采，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)：此時(shí)抗壓強(qiáng)度為28天強(qiáng)度的80%，即1Mpa。充填體的動(dòng)載強(qiáng)度一般是靜載強(qiáng)度的2～4倍，則充填體受到爆破振動(dòng)載荷≤2Mpa～4Mpa。通過上述公式計(jì)算，可得周邊孔炸藥爆破對(duì)邊界充填體產(chǎn)生沖擊載荷為2Mpa～4MPa（動(dòng)載強(qiáng)度）時(shí)的臨界距離。代入相關(guān)數(shù)值，不論單孔還是多孔，計(jì)算得周邊孔炸藥爆破對(duì)邊界充填體產(chǎn)生沖擊載荷為2Mpa～4MPa時(shí)炮孔距充填體0.3m～0.5m，即充填體緩沖層/保護(hù)層厚度0.3m以上即可將爆破沖擊破壞控制在安全范圍內(nèi)，由于在待爆礦巖與兩幫充填體間所形成的“人工斷層”可有效反射爆破沖擊波從而對(duì)一步驟采礦已受到擾動(dòng)破壞的礦巖進(jìn)行破碎，部分未爆下的掛幫礦可能過排險(xiǎn)時(shí)所用的小開明挖掘機(jī)進(jìn)行清理以便進(jìn)一步減小采礦損失率。

（3）底眼爆破參數(shù)

為了控制底眼爆破大塊和便于鏟裝，進(jìn)路爆破底眼在下分層接頂良好的情況下炮孔距充填體距離可較二步驟兩幫周邊孔近0.1m左右，即0.2m～0.3m；在下分層接頂空隙超過0.2m的情況孔隙可視作部分壓頂爆破，可不布置中間的底眼。底孔裝藥量介于輔助孔和掏槽孔之間，裝藥長(zhǎng)度一般為0.5～0.7倍孔深。

圖5 各分層進(jìn)路充填體結(jié)構(gòu)圖

圖6 二步驟半光面爆破炮眼布置圖

3.4 輔助孔參數(shù)

在周邊孔和掏槽孔布置完成后，在二者之間均勻布置輔助孔，結(jié)合爆破試驗(yàn)，取抵抗線w=0.7m～0.9m，可爆性差時(shí)取小值，可爆性好時(shí)取大值，一般情況下炮孔密集系數(shù)m=1.0～1.2為最佳。輔助炮眼交錯(cuò)均勻布置在掏槽眼和周邊眼之間,并垂直于開挖面鉆孔,使爆下的石渣塊度大小滿足裝渣要求。開挖掌子面底角兩隅處，適當(dāng)增加裝藥量,消除爆破死角，拱部控制裝藥量,防止出現(xiàn)超挖。輔助孔采用連續(xù)耦合裝藥，輔助孔裝藥系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)，取值可參照表7。

表7 輔助孔裝藥系數(shù)參考表

3.5 裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)毫秒爆破作用理論、礦巖物理力學(xué)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)的施工條件等因素，各進(jìn)路掘進(jìn)爆破均采用全斷面一次起爆，選用膨化硝銨藥，掏槽孔和輔助孔采用連續(xù)耦合裝藥結(jié)構(gòu)，周邊孔采用間隔非耦合裝藥結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)（或一個(gè)）藥卷放在孔孔底，另一藥卷放炮孔前半部，使不耦合系數(shù)保持在1.5～3.5之間，并采用同段導(dǎo)爆索（或兩個(gè)同段導(dǎo)爆管）連接起爆，炮眼堵塞采用炮泥，堵塞長(zhǎng)度0.35～0.5倍裝藥長(zhǎng)度，所有炮眼均采用反向起爆方式，導(dǎo)爆管采用塑料非電毫秒導(dǎo)爆管，采用非電微差起爆技術(shù)，起爆順序依次為一階楔形掏槽眼、二階楔形掏槽眼、側(cè)幫輔助眼和上輔助眼、側(cè)幫周邊眼和內(nèi)圈眼、底板眼、拱部周邊眼。由于采礦進(jìn)路工程圍巖自穩(wěn)能力差，為控制爆破振速和單響藥量，采用跳段微差起爆方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，要求周邊孔與其他炮孔的微差時(shí)間≥100ms，周邊孔光面爆破采用齊發(fā)爆破以便有利于孔間裂隙貫穿。

圖7 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

（1）優(yōu)化參數(shù)后，采用3m鉆桿后，每循環(huán)進(jìn)尺提高了0.7m；

每循環(huán)炮眼利用率提高了9%；每循環(huán)炸藥和導(dǎo)爆管單耗減少了約9.68%和11.1%；不僅掘進(jìn)鑿巖成本、火工品成本下降，而且由于掘進(jìn)效率提高，綜合人力成本、鏟裝設(shè)備運(yùn)行成本均有所下降。

表8 優(yōu)化前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

（2）增加進(jìn)尺使得相同長(zhǎng)度進(jìn)路的單位藥量降低、工序循環(huán)次數(shù)減少縮減了各工序輪換、安排機(jī)械進(jìn)場(chǎng)等耗時(shí)。單工作面爆破礦量增大，減少了鏟運(yùn)機(jī)更換工作。

（3）爆破后工作面的巖石充分破碎，大塊率低，爆巖塊度均勻，大量的巖石拋擲在距斷面10m～14m的距離內(nèi)，利于后續(xù)的清渣工作；掘進(jìn)巷道的設(shè)備和機(jī)械器具基本沒有受到影響。

（4）爆破后進(jìn)路周邊巖面及充填體表面平整，圍巖穩(wěn)定，無(wú)明顯爆破縫，減少了安全隱患。

（5）光面爆破減少了超挖量，減少了噴混凝土超挖回填量，同時(shí)也節(jié)省了爆破器材的消耗量。

（6）節(jié)省機(jī)械損耗:光面爆破效果好時(shí)，對(duì)清理石、平整巖面、裝渣車輛的損壞等情況，機(jī)械損耗程度明顯減弱。

5 結(jié)語(yǔ)

破碎復(fù)雜難采礦體開采過程中，由于爆破作業(yè)對(duì)進(jìn)路周圍礦巖或充填體造成強(qiáng)烈的擾動(dòng)影響，極易誘發(fā)冒頂片幫與貧化損失。本研究在對(duì)吉爾吉斯奧同克公司左岸金礦礦巖可爆性和穩(wěn)固性合理分級(jí)的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)行合理爆破參數(shù)優(yōu)化，保證了進(jìn)路礦巖及充填體在作業(yè)中的穩(wěn)定性和完整性，提高了采礦作業(yè)的本質(zhì)安全化程度，大幅提高了采礦生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)類似礦山具有一定的借鑒意義。