貓場鋁礦護(hù)頂?shù)V不耦合裝藥爆破技術(shù)應(yīng)用

舒 龍

（中國鋁業(yè)貴州分公司礦業(yè)公司，貴州 清鎮(zhèn) 551400）

貓場鋁礦礦區(qū)位于貴州省中部，貴陽清鎮(zhèn)市犁倭鄉(xiāng)境內(nèi)。由將軍巖礦塊、紅花寨礦塊和滿支礦塊組成，礦體平均厚分別為4.61m、4.24m、3.55m，傾角4°～22°。礦體頂板為鋁土巖和鋁土黏土巖，穩(wěn)固性較差。直接頂板為白云巖和高硫鋁土礦的礦體頂板是穩(wěn)固的，頂板為鋁土巖時(shí)適宜采用護(hù)頂房柱法進(jìn)行開采。目前貓場鋁礦主要應(yīng)用采礦方法為護(hù)頂房柱法。頂板護(hù)頂?shù)V的留設(shè)質(zhì)量好壞對(duì)礦體頂板穩(wěn)固性及礦石的貧化率起著舉足輕重的作用。護(hù)頂房柱法在回收護(hù)頂?shù)V的時(shí)候由于爆破振動(dòng)對(duì)頂板的擾動(dòng)，外加頂板的不穩(wěn)固性，導(dǎo)致頂板容易垮塌，同時(shí)導(dǎo)致頂板鋁土巖及粘土巖混入礦石，導(dǎo)致礦石貧化損失較大。

1 不耦合裝藥爆破技術(shù)原理與使用條件

1.1 不耦合裝藥爆破原理

在爆破過程中，距離爆炸中心點(diǎn)周圍分別為粉碎區(qū)、裂隙區(qū)、彈性振動(dòng)區(qū)，粉碎區(qū)與裂隙區(qū)因炸藥爆炸做功巖石得到很好的破碎效果。在破碎區(qū)與裂隙區(qū)中，一般破碎區(qū)為藥包半徑的幾倍區(qū)域，而裂隙區(qū)域相對(duì)于破碎區(qū)域較大。爆炸壓力與爆破壓力作用時(shí)間則是影響爆破破碎效果的主要因素。爆炸壓力越大，作用時(shí)間越長，作用于爆破粉碎區(qū)的能量就越多。相對(duì)而言爆炸能量作用于裂隙區(qū)域做功的能量就越小。為提高爆破破碎效果，就要減小爆破初始?jí)毫?，同時(shí)延長爆破壓力做功時(shí)間，從而提高爆破效果。

貓場鋁礦由于受頂板鋁土巖及粘土巖性質(zhì)影響，需抑制爆破能釋放時(shí)對(duì)頂板圍巖擾動(dòng)做功。由于空氣間隔裝藥在炮孔壁與炸藥之間形成一段空氣間柱，起爆后間隔額空氣受到強(qiáng)沖擊擾動(dòng)，形成空氣沖擊波后在未擾動(dòng)的空氣中傳播。由于爆轟波動(dòng)能被間隔空氣緩沖吸收，因此炮孔壁受到的沖擊壓力峰值也明顯降低。

1.2 不耦合裝藥爆破的適用條件

不耦合裝藥分為孔口不耦合裝藥、孔底不耦合裝藥、孔中不耦合裝藥，不同裝藥方式其適應(yīng)條件也不同；孔口不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，在炮孔上部留出一段不裝藥的距離，爆破時(shí)加大了沖擊波對(duì)孔口上部的阻滯作用，能降低孔口飛散物距離；孔底不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，在炮孔底部留出一段不裝藥，炸藥在孔內(nèi)爆炸產(chǎn)生的沖擊波和爆炸氣體通過孔底區(qū)域?qū)_擊波的阻滯作用，減少了對(duì)底部巖石的破壞，可以對(duì)底部基巖需要保護(hù)的類型；孔中不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，通過空氣、水等不耦合材料將藥柱分為若干段，相應(yīng)的減少了每段炸藥量，在保證了孔口巖石良好的破碎效果同時(shí)也保護(hù)了孔底基巖。這種適合于對(duì)整個(gè)頂板需要保護(hù)的爆破情況。

1.3 不耦合材質(zhì)的爆破分析

水、巖粉、空氣間隔器等材料均可以作為不耦合裝藥間隔材料。水間隔，水為不可壓縮介質(zhì)，具備各向傳遞爆破壓力的特點(diǎn)。爆破做功于整個(gè)孔壁，峰值壓力降緩降低，到爆炸做功后期，伴隨爆炸氣體膨脹做功，水介質(zhì)中積聚的能量釋放加強(qiáng)了巖石的破碎效果；巖粉間隔，巖粉具有不可壓縮性、密度與質(zhì)量較大，在爆破應(yīng)力波傳遞過程中會(huì)消耗能量，阻滯與減緩了沖擊波的作用，減輕了圍巖的沖擊壓力，同時(shí)減少了對(duì)圍巖的破壞作用，適用于對(duì)圍巖有保護(hù)要求的爆破工程；空氣間隔，空氣間隔材質(zhì)主要為空氣，在爆破時(shí)能延長應(yīng)力波在巖石中的做功時(shí)間，使爆破后巖石破碎塊度均勻。

2 不耦合裝藥逐排起爆工作實(shí)踐

2.1 南部5#采場壓頂回收礦石工程簡介

南部5#采場位于1140中段，該采場由5A#勘探線與6#勘探線控制，采切工程布置在1150m～1160m分段，為高鐵型鋁土礦，Al2O3：51%，F(xiàn)e2O3：19.5%，f系數(shù)為6～8之間，體重(3.110～3.2t/m3)。礦房平均厚度為5.23m。

2.2 爆破設(shè)計(jì)

①炮孔直徑和深度。貓場鋁礦選用的鑿巖設(shè)備為Boomer281鑿巖臺(tái)車，采用中空六角形釬桿，釬頭直徑為φ45mm，炮孔直徑為47mm左右。釬桿長度為3.5m，取孔深3m。②最小抵抗線和炮孔間距。最小抵抗線為W=（25～30）d=1.175m～2.1m，由于設(shè)計(jì)的鋁土礦的堅(jiān)固性系數(shù)f=8～10，炮孔深度太長，為了取得較好的爆破效果，取最小抵抗線W=1.0m。炮孔間距a=（1.0～1.5）W=1.0m ～ 1.5m，取炮孔間距a=1.5m。③炮孔的平均長度L=3/100%=3(m)。總藥Q=qsLη=0.12×6.45×3×2.83=10.8kg)注：Q： 每 掘 進(jìn)循環(huán)所需炸藥總量，kg，q-單位炸藥消耗量，選用0.12kg/t,S-回采斷面面積，m2,L-工作面上平均眼深，m,η-炮眼利用率,掘進(jìn)一般為70%～90%，壓頂取100%。Q0=￡LG/h=0.3×3×0.3/0.3=0.9(kg)。④根據(jù)上述計(jì)算，考慮到采場頂板巖性、爆破參數(shù)等因素，確定為本次爆破設(shè)計(jì)依據(jù)。

本次爆破采場頂板護(hù)頂?shù)V為高鐵鋁及高質(zhì)鋁土礦，f系數(shù)為4.4～8之間，設(shè)計(jì)采用逐排炮孔排列，孔網(wǎng)參數(shù)孔深設(shè)計(jì)參照地測人員提供的采場的實(shí)測與地質(zhì)編錄資料，因頂板為鋁土巖不穩(wěn)固層，本次孔深設(shè)計(jì)為3m，單孔裝藥量為0.9Kg/孔,最先起爆第一排孔，依次為第二、三排孔爆破提供自由面。為保證起爆的可靠性，采用復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)。炮孔布置與裝藥形式采用如下圖：

圖1 平面圖

表2 耦合裝藥爆破參數(shù)表

3 生產(chǎn)試驗(yàn)研究與應(yīng)用

在生產(chǎn)的過程中，通過十余次的耦合與不耦合裝藥方式進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)應(yīng)用，對(duì)兩種不同的裝藥方式進(jìn)行了爆破試驗(yàn)，兩種裝藥爆破工程設(shè)置在南部5#采場，使爆破保持類似的巖性，同時(shí)兩種裝藥方式采用相同的孔深3m、孔排距1m＊1.5m、裝藥量0.9kg、相同的鑿巖設(shè)備、相同的炮孔傾角30°；中間不耦合裝藥距離0.9m。填塞長度保持不變。

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確定了本采場f系數(shù)為6～8之間的高鐵型鋁土礦爆破后大塊率與礦體頂板穩(wěn)定時(shí)間表，見下表。

表3 不同裝藥結(jié)構(gòu)下大塊率與頂板穩(wěn)定時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

4 爆破效果綜合分析評(píng)價(jià)

通過耦合裝藥與不耦合裝藥結(jié)構(gòu)爆破后對(duì)比，不耦合裝藥減少了填塞長度，爆破后大塊率與耦合裝藥相比有明顯降低。該采場不耦合裝藥逐排起爆壓頂回收護(hù)頂?shù)V要求對(duì)頂板擾動(dòng)小，爆破不破壞護(hù)頂?shù)V層，頂板保持穩(wěn)固時(shí)間較耦合裝藥有明顯提升，提高人員進(jìn)出采場安全性。同時(shí)減少礦石貧化。

5 持續(xù)完善

以上是針對(duì)高鐵鋁采場進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，爆破效果綜合評(píng)價(jià)綜合考慮穿孔、爆破、鏟運(yùn)三個(gè)環(huán)節(jié)，從貓場鋁礦試生產(chǎn)至今，在南部5#采場下部高鐵鋁采場應(yīng)用，根據(jù)跟蹤效果顯示，目前符合要求，同時(shí)也由于該采場地質(zhì)條件較好，達(dá)到預(yù)期效果。針對(duì)不同地址情況的礦石采取不同的參數(shù)，使爆破參數(shù)與礦石性質(zhì)相適應(yīng)。10#采場上部為高品位采場，該采場頂板為粘土巖與鋁土巖，平均厚度達(dá)到1.37m。在應(yīng)用該爆破方式對(duì)頂部護(hù)頂?shù)V回收過程中，先實(shí)施探頂工作后，預(yù)計(jì)頂部礦石有1.8m時(shí)，對(duì)頂部護(hù)頂?shù)V進(jìn)行0.9m壓頂回收礦石工作，礦石爆破鏟運(yùn)后，頂板穩(wěn)固時(shí)間統(tǒng)計(jì)時(shí)間可達(dá)一個(gè)星期，一個(gè)星期后頂板垮塌風(fēng)險(xiǎn)增加。

6 結(jié)論

通過對(duì)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)爆破的應(yīng)用體現(xiàn)出穿孔作業(yè)質(zhì)量是保證裝藥與爆破質(zhì)量的基礎(chǔ)條件，在鑿巖穿孔作業(yè)中要嚴(yán)格控制作業(yè)精度。壓頂爆破要根據(jù)礦石和炸藥的性質(zhì)，合理選擇孔網(wǎng)參數(shù)與裝藥量。堅(jiān)持探頂工作，探明礦體頂板厚度，減少頂板廢石混入量。由于壓頂爆破容易對(duì)頂板穩(wěn)定性產(chǎn)生擾動(dòng)，要根據(jù)探頂厚度計(jì)算鑿巖穿孔角度，以確保預(yù)留護(hù)頂?shù)V有效。上述實(shí)踐證明，通過對(duì)壓頂爆破實(shí)行不耦合裝藥爆破技術(shù)，合理應(yīng)用設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，可以對(duì)大塊率得到有效控制、礦石頂板穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)期可控效果。