進(jìn)路充填采礦法采場(chǎng)破碎炮孔護(hù)孔爆破試驗(yàn)研究

王紅心

(金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司 北京 100070)

贊比亞謙比希銅礦西礦體采用進(jìn)路上向水平分層充填法開(kāi)采，即采準(zhǔn)工程施工完成后，在礦體脈內(nèi)沿脈進(jìn)行進(jìn)路拉底；第一層開(kāi)采完畢后，進(jìn)行分級(jí)尾砂或全尾砂膏體充填，然后向上轉(zhuǎn)層進(jìn)行上一分層的進(jìn)路式開(kāi)采[1-2]。進(jìn)路式開(kāi)采鉆孔設(shè)備為液壓鑿巖臺(tái)車(chē)配4.3 m長(zhǎng)度鉆桿、Φ45 mm鉆頭鉆鑿3.7 m深的水平鉆孔，裝藥采用卷裝乳化炸藥。

西礦體局部區(qū)域采場(chǎng)中礦體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，并有泥化夾層和裂隙帶。鑿巖臺(tái)車(chē)在破碎區(qū)段鉆孔時(shí)，鉆進(jìn)和拔出鉆桿時(shí)易卡鉆，成孔困難，炮孔易坍塌，成孔后即便經(jīng)過(guò)多次洗孔，在裝藥前仍然有碎塊碎渣塌落堆積在孔內(nèi)，裝藥時(shí)會(huì)卡住裝藥管和藥卷，導(dǎo)致裝藥不到位或炮孔不能裝藥而報(bào)廢。由于破碎、坍塌炮孔裝藥質(zhì)量難以保證，致使爆破效果很差，循環(huán)進(jìn)尺小，炸藥和雷管單耗過(guò)高，爆破塊度不均，下一鉆爆循環(huán)的作業(yè)面破碎且凸凹不平。調(diào)查的局部破碎區(qū)域采場(chǎng)爆破平均進(jìn)尺不到2.6 m，炮孔利用率不到70%。爆破進(jìn)尺小直接導(dǎo)致了采場(chǎng)出礦能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)出礦能力，制約了全礦采礦生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。因此，試驗(yàn)研究采場(chǎng)破碎部位炮孔護(hù)孔方法，實(shí)現(xiàn)水平破碎炮孔的順暢裝藥，同時(shí)針對(duì)采場(chǎng)礦體破碎部位和破碎情況優(yōu)化布孔裝藥參數(shù)，提高鉆孔裝藥效率和爆破進(jìn)尺從而達(dá)到提高采場(chǎng)出礦能力的目的，十分必要。

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和護(hù)孔爆破試驗(yàn)方案

1.1 礦體破碎采場(chǎng)調(diào)研

謙比希銅礦成礦作用為沉積變質(zhì)作用，礦體為礦化板巖(f=8)，局部破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，含泥質(zhì)夾層或節(jié)理弱面。上盤(pán)為粗礫巖(f=8～10)，下盤(pán)巖層依次為礦體下盤(pán)礫巖(f=8～10)、泥質(zhì)石英巖、長(zhǎng)石石英巖和基底花崗巖。

經(jīng)過(guò)對(duì)多處礦體局部破碎區(qū)域多個(gè)采場(chǎng)鉆孔爆破進(jìn)行調(diào)研，分析研究，小結(jié)如下。

1)在礦體局部破碎部位鉆孔時(shí)，鉆進(jìn)和拔出鉆頭困難，容易卡鉆和糊鉆，需反復(fù)洗孔才能鉆進(jìn)；鉆孔完孔后在鉆鑿相鄰炮孔時(shí)的鉆進(jìn)振動(dòng)還會(huì)引起成孔的二次塌孔、成孔孔壁掉落碎塊和碎渣堵塞炮孔造成后續(xù)裝藥困難。上述現(xiàn)象導(dǎo)致鉆孔作業(yè)時(shí)間大大延長(zhǎng)。

2)在對(duì)破碎炮孔裝藥時(shí)，破碎或孔壁掉渣部位距離孔口較近時(shí)，通常用鐵絲鉤反復(fù)將碎塊鉤出才能裝藥，每個(gè)破碎炮孔的處理時(shí)間幾分鐘到十幾分鐘不等；炮孔破碎部位較深時(shí)很難處理，就會(huì)出現(xiàn)裝藥不到位的情況，有的炮孔多處坍塌更加難以裝藥，破碎炮孔因不能裝藥而報(bào)廢的情況經(jīng)常發(fā)生。裝藥質(zhì)量不能保證，直接影響了爆破進(jìn)尺和爆破效果。

3)不同破碎區(qū)段進(jìn)路斷面破碎炮孔的數(shù)量由幾個(gè)到十幾個(gè)不等，作業(yè)面底眼和掏槽部位的破碎炮孔數(shù)目較多。原因是，除了礦體破碎帶、裂隙帶或軟弱夾層等的影響外，上一次爆破對(duì)新作業(yè)面的爆破損傷影響和作業(yè)面鑿巖時(shí)相鄰炮孔鉆進(jìn)時(shí)振動(dòng)影響，作業(yè)面浮渣掉落底板導(dǎo)致底眼被埋。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研選取了礦體局部破碎比較嚴(yán)重的具代表性的400 m采區(qū)的多個(gè)采場(chǎng)，對(duì)采場(chǎng)的歷次爆破進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，礦體破碎區(qū)段采場(chǎng)的爆破進(jìn)尺平均2.6 m，炸藥單耗大于3 kg/m3，雷管單耗大于1.1發(fā)/m3，爆堆礦石塊度不均且不同程度存在過(guò)粉碎現(xiàn)象。

1.2 護(hù)孔和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案

1.2.1 破碎炮孔護(hù)孔裝藥方案

對(duì)礦巖破碎區(qū)域炮孔保護(hù)，文獻(xiàn)中提到的較多的是針對(duì)大直徑深孔和露天礦鉆孔的護(hù)孔[3-5]，對(duì)于地下鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔淺孔爆破，文獻(xiàn)[6]提出底孔采用內(nèi)插短膠管的方法，保護(hù)底孔在裝藥前不被泥沙或碎巖屑倒灌堵塞炮孔。針對(duì)破碎炮孔裝藥難問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員也嘗試了縮小循環(huán)進(jìn)尺避開(kāi)礦體軟弱面、增大炮孔直徑、利用小型風(fēng)動(dòng)裝藥器和小直徑裝藥管裝散狀炸藥[7]等方法。上述措施雖然部分改善了炮孔裝藥質(zhì)量，但也存在一些問(wèn)題。如縮短每炮炮孔長(zhǎng)度，雖能部分避開(kāi)破碎帶或泥質(zhì)夾層，但由于每次爆破鉆孔是在上一次爆破后進(jìn)行的，上一次爆破對(duì)此次鉆孔的作業(yè)面淺部損傷很大，裝藥困難的問(wèn)題仍未得到有效解決，并且短孔爆破循環(huán)進(jìn)尺減小，不僅增加了上一次爆破對(duì)下一次鉆孔作業(yè)面損傷次數(shù)，而且增加了采場(chǎng)作業(yè)循環(huán)次數(shù)，降低了采場(chǎng)生產(chǎn)能力，限制了大型鑿巖臺(tái)車(chē)和出礦設(shè)備能力的發(fā)揮；用風(fēng)動(dòng)裝藥器裝散狀炸藥和增大炮孔直徑都不能有效解決完孔后裝藥前炮孔坍塌掉落碎渣和碎塊問(wèn)題，仍存在裝藥管插入困難甚至卡死裝藥管以及裝藥不連續(xù)問(wèn)題；在底孔插入短膠管護(hù)孔，解決了阻止孔外泥沙、巖屑倒灌孔內(nèi)和孔口部分的保護(hù)問(wèn)題，但炮孔深部的坍塌問(wèn)題依然沒(méi)有得到解決。

根據(jù)對(duì)礦體破碎采場(chǎng)的調(diào)研分析，提出用塑料或PVC薄壁管對(duì)破碎炮孔進(jìn)行護(hù)孔裝藥的方法。經(jīng)調(diào)研，選定公稱(chēng)直徑Φ40 mm的PVC薄壁(壁厚1 mm)套線管作為破碎炮孔護(hù)孔管。經(jīng)試驗(yàn)，確定PVC管插入破碎炮孔孔底對(duì)破碎炮孔全孔深護(hù)孔，管上口距炮孔口150～200 mm，裝藥時(shí)按設(shè)計(jì)將卷裝乳化炸藥裝入PVC管，再按設(shè)計(jì)要求在PVC管口和炮孔孔口填塞炮泥。護(hù)孔方案確定后，在井下用選定的護(hù)管對(duì)破碎炮孔進(jìn)行了探索性護(hù)孔裝藥實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明護(hù)孔方案是可行的。薄壁護(hù)管管壁光滑，易于插入炮孔護(hù)孔和管內(nèi)裝入卷裝炸藥；護(hù)管重量輕，便于現(xiàn)場(chǎng)操作。

1.2.2 破碎炮孔護(hù)孔鉆爆參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

破碎炮孔護(hù)孔方案確定后，根據(jù)礦體破碎采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況和初選的試驗(yàn)地點(diǎn)巖性，優(yōu)化設(shè)計(jì)了進(jìn)路法采場(chǎng)鉆爆參數(shù)，優(yōu)化后的西礦體400 m中段2盤(pán)區(qū)礦體破碎區(qū)域采場(chǎng)炮孔布置見(jiàn)圖1。具體試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)每次試驗(yàn)進(jìn)路斷面破碎情況和護(hù)孔情況再微調(diào)炮孔布置和裝藥參數(shù)。

圖1 試驗(yàn)進(jìn)路斷面炮孔布置圖 (單位：mm)Fig.1 Parameters and layout of blast holes(unit:mm)

2 礦體破碎地段采場(chǎng)采礦爆破試驗(yàn)

謙比希銅礦西礦體400 m中段2盤(pán)區(qū)373 m分段、380 m分段為新盤(pán)區(qū)大型高效設(shè)備應(yīng)用采區(qū)，該采區(qū)采礦能力的提高對(duì)西礦體乃至全礦生產(chǎn)能力的提高至關(guān)重要，并且該區(qū)域破碎礦體分布也具代表性。因此，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的重點(diǎn)區(qū)域和系列破碎炮孔護(hù)孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)地點(diǎn)選定該區(qū)域。

2.1 破碎炮孔判定

炮孔中插入套管增大了炮孔裝藥的徑向不耦合程度，徑向不耦合裝藥和套管本身都會(huì)消耗孔內(nèi)炸藥爆炸的能量，減弱爆炸對(duì)炮孔孔壁的直接作用，因此對(duì)于不破碎的能順利裝藥的正常炮孔插入套管護(hù)孔，不僅增加插管工序浪費(fèi)套管，而且降低了炸藥爆炸破巖的能量利用率。所以判斷炮孔是否破碎坍塌達(dá)到需要插入套管護(hù)孔的程度十分重要。

根據(jù)對(duì)采場(chǎng)礦體破碎特點(diǎn)、破碎部位分布、臺(tái)車(chē)鉆孔裝藥過(guò)程及爆破效果的調(diào)研和護(hù)管選型時(shí)在采場(chǎng)所做套管護(hù)孔探索性試驗(yàn)情況，結(jié)合后期的系列破碎炮孔護(hù)孔爆破試驗(yàn)，分析總結(jié)出了判定炮孔是否破碎需要護(hù)孔的原則。1)在破碎部位鉆孔過(guò)程中，根據(jù)鉆機(jī)鉆孔時(shí)鉆進(jìn)難易程度、巖粉狀況及鉆頭洗孔、PVC管探孔情況，決定是否插入PVC管臨時(shí)護(hù)孔。2)對(duì)于插入護(hù)管臨時(shí)防護(hù)的炮孔，在作業(yè)面所有炮孔鉆鑿?fù)戤?，臨時(shí)護(hù)孔的炮孔裝藥前，試探性拔插已經(jīng)插入炮孔的PCV管，如果發(fā)現(xiàn)插拔自如，表明炮孔孔壁光滑無(wú)塌孔，則取出PVC管不用護(hù)孔；如果通過(guò)拔插炮孔內(nèi)PVC管感覺(jué)被卡、拔插不順暢，說(shuō)明該孔有垮塌情況，必須護(hù)孔。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在選定西礦體400 m中段373 m和380 m分段進(jìn)路充填法采場(chǎng)作為試驗(yàn)地點(diǎn)后，連續(xù)進(jìn)行了6次破碎炮孔護(hù)孔爆破試驗(yàn)。每次試驗(yàn)前均根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖性和破碎部位分布情況進(jìn)行了布孔優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)采場(chǎng)斷面護(hù)孔情況現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化裝藥參數(shù)。其中一次在2盤(pán)區(qū)373 m分段東進(jìn)路采場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況如下。

試驗(yàn)選定為400 m采區(qū)2#盤(pán)區(qū)373m分段東沿進(jìn)路拉底采場(chǎng)，進(jìn)路斷面為5.2 m×4.5 m(寬×高)，作業(yè)面節(jié)理裂隙發(fā)育且在南半部和北部上方分布有泥質(zhì)膠結(jié)弱面夾層。炮孔鉆進(jìn)困難，易卡鉆、糊鉆，孔內(nèi)部分孔壁破碎極易塌孔。統(tǒng)計(jì)表明，此采場(chǎng)歷次爆破鉆孔、裝藥困難且作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，鉆孔、裝藥時(shí)間多大于5 h。

2.2.1 布孔裝藥優(yōu)化設(shè)計(jì)和護(hù)孔爆破

根據(jù)進(jìn)路斷面尺寸、巖性及破碎帶和軟弱夾層分布情況，設(shè)計(jì)炮孔54個(gè)，50個(gè)裝藥孔。各類(lèi)炮孔設(shè)計(jì)線裝藥系數(shù)：中心掏槽孔0.97，掏槽孔和輔助掏槽孔0.89， 輔助孔0.74，底孔0.89，邊墻孔和頂孔0.47。

按布孔設(shè)計(jì)采用BM281液壓鑿巖臺(tái)車(chē)配4.3 m長(zhǎng)鉆桿和Φ45 mm鉆頭鉆孔，鉆孔過(guò)程中仔細(xì)觀察鉆機(jī)鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)速度、巖粉情況等各項(xiàng)參數(shù)變化對(duì)破碎帶和軟弱夾層反應(yīng)，根據(jù)前述破碎炮孔判定原則和方法插入PVC管臨時(shí)預(yù)護(hù)孔。

本次試驗(yàn)共護(hù)孔12個(gè)，其余炮孔成型較好且孔壁完整炮孔無(wú)需護(hù)孔。未護(hù)孔的炮孔用傳統(tǒng)方法按設(shè)計(jì)裝入乳化藥卷、進(jìn)行正常填塞；采用PVC管護(hù)孔的炮孔裝藥，按設(shè)計(jì)向PVC管中裝入卷裝乳化炸藥，頂孔和邊墻孔裝入由Φ25 mm藥卷、導(dǎo)爆索、延期雷管和竹片事先加工好的間隔裝藥光爆串，底孔、掏槽孔和輔助孔連續(xù)裝入Φ32 mm藥卷，每孔裝藥完畢用炮泥對(duì)炮孔和PVC管進(jìn)行至少300 mm的炮孔填塞。本次爆破消耗炸藥146 kg。裝藥填塞完畢，按設(shè)計(jì)進(jìn)行導(dǎo)爆管雷管的束狀連接，按安全規(guī)程進(jìn)行聯(lián)線起爆。

2.2.2 爆破效果

根據(jù)試驗(yàn)前在巷道兩幫所做標(biāo)記進(jìn)行測(cè)距，測(cè)得此次爆破進(jìn)尺3.6 m，進(jìn)路采場(chǎng)無(wú)超挖、欠挖現(xiàn)象。爆后進(jìn)行爆破塊度觀察，爆堆均勻，無(wú)明顯大塊和過(guò)粉碎現(xiàn)象。本次試驗(yàn)炸藥單耗為1.73 kg/m3，雷管單耗為0.62發(fā)/m3。

在新盤(pán)區(qū)373 m和380 m分段所做的其它5次試驗(yàn)情況與上述試驗(yàn)類(lèi)似，護(hù)孔的破碎炮孔數(shù)在6～12個(gè)之間。爆破效果與上述試驗(yàn)相近。

3 效益分析和推廣應(yīng)用

3.1 效益分析

在西礦體新盤(pán)區(qū)的系列試驗(yàn)和初步推廣應(yīng)用表明，破碎炮孔護(hù)孔裝藥技術(shù)可在改善破碎炮孔裝藥條件提高裝藥效率、增加爆破進(jìn)尺、降低炸藥和雷管消耗及改善爆破塊度等方面取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.1 提高破碎炮孔裝藥效率和節(jié)省裝藥時(shí)間

對(duì)西礦體局部破碎采場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，不同破碎區(qū)段進(jìn)路斷面破碎炮孔的數(shù)量由幾個(gè)到十幾個(gè)不等。在進(jìn)行破碎炮孔護(hù)孔前，處理一個(gè)破碎炮孔需要幾分鐘甚至十幾分鐘時(shí)間，而且有的破碎炮孔處理不好還會(huì)造成裝藥不到位甚至炮孔報(bào)廢的現(xiàn)象；采用PVC管護(hù)破碎炮孔后，裝藥時(shí)只需按設(shè)計(jì)裝填藥卷即可，PVC管內(nèi)壁光滑，比普通炮孔裝藥速度快且省力，每個(gè)護(hù)孔的破碎炮孔的純裝藥時(shí)間不到1 min。大幅度提高了裝藥效率，加快了采場(chǎng)爆破作業(yè)循環(huán)，不僅節(jié)省了鉆孔裝藥工人的人工成本，還提高了采場(chǎng)生產(chǎn)能力。

3.1.2 提高爆破進(jìn)尺和降低火工品單耗

在采用破碎炮孔護(hù)孔及布孔裝藥參數(shù)優(yōu)化前，同一區(qū)段同一采場(chǎng)的調(diào)研統(tǒng)計(jì)指標(biāo)：平均爆破進(jìn)尺2.6 m、炮孔利用率70%，炸藥單耗大于3 kg/m3，雷管單耗平均1.1發(fā)/m3。采用破碎炮孔護(hù)孔裝藥技術(shù)，試驗(yàn)取得的技術(shù)指標(biāo)，爆破進(jìn)尺3.6 m、炮孔利用率97%、炸藥單耗1.73 kg/m3、雷管單耗0.62發(fā)/m3。每循環(huán)進(jìn)尺增加了1 m，相當(dāng)于提高爆破效率27%，即提高采場(chǎng)生產(chǎn)能力27%，炸藥單耗降低了1.27 kg/m3，雷管單耗降低0.48發(fā)/m3。

3.1.3 爆破塊度和爆堆形狀改善

采用破碎炮孔護(hù)孔裝藥和布孔裝藥參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，改善了采場(chǎng)爆破效果，爆破礦石塊度均勻，爆堆集中，減少了礦石過(guò)粉碎現(xiàn)象。不僅減輕了粉礦流失造成的損失，還減少了粉礦遇水泥化對(duì)溜井的堵塞，提高了鏟運(yùn)機(jī)出礦效率。因此，爆破塊度的改善，在減少粉礦損失和提高出礦效率方面取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 推廣應(yīng)用

礦體局部破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的進(jìn)路式分層充填法采場(chǎng)爆破，對(duì)破碎炮孔進(jìn)行PVC管護(hù)孔實(shí)現(xiàn)破碎坍塌堵塞炮孔的順暢裝藥，并相應(yīng)進(jìn)行爆破作業(yè)面布孔裝藥參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，爆破效果改善明顯。目前該項(xiàng)技術(shù)正逐步在謙比希銅礦西礦體采場(chǎng)局部破碎區(qū)域推廣應(yīng)用。推廣應(yīng)用過(guò)程中，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)和完善，今后還將進(jìn)一步在謙比希銅礦主礦體和即將投產(chǎn)的東南礦體破碎區(qū)域開(kāi)采中推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

礦體局部破碎進(jìn)路充填法采場(chǎng)調(diào)研、系列礦體破碎采場(chǎng)破碎炮孔護(hù)孔及布孔裝藥參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)礦體局部破碎的進(jìn)路充填法采場(chǎng)護(hù)孔爆破，依據(jù)文中提出的破碎炮孔判定原則，使用選定規(guī)格和材料的護(hù)管對(duì)破碎炮孔進(jìn)行護(hù)孔，并相應(yīng)的優(yōu)化布孔裝藥參數(shù)，可以有效解決破碎炮孔裝藥困難和爆破效果差的問(wèn)題。

1)針對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔孔徑和破碎炮孔特點(diǎn)，選型確定了破碎炮孔護(hù)孔用管材和規(guī)格。

2) 明確提出了根據(jù)作業(yè)面礦體破碎情況、鉆機(jī)鉆進(jìn)狀況、巖粉情況、護(hù)管探孔臨時(shí)預(yù)護(hù)孔及裝藥前孔內(nèi)護(hù)管拔插試探情況判定破碎炮孔和是否需要護(hù)孔的原則和方法。

3)根據(jù)破碎炮孔的鉆孔深度及孔壁破碎情況，確定了PVC管護(hù)孔長(zhǎng)度、裝藥及炮孔填塞參數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)采場(chǎng)作業(yè)面調(diào)研、破碎作業(yè)面爆破設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)布孔裝藥參數(shù)調(diào)整優(yōu)化，給出了破碎采場(chǎng)進(jìn)路采礦爆破的指導(dǎo)性的布孔裝藥參數(shù)。

4)應(yīng)用破碎炮孔護(hù)孔及布孔裝藥參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，與護(hù)孔前相比，改善了礦體破碎采場(chǎng)的爆破效果，提高了爆破進(jìn)尺，炮孔利用率達(dá)97%，提高了采場(chǎng)生產(chǎn)能力；降低了爆破器材單耗；改善了礦石爆破塊度分布，減少了粉礦損失，提高了采場(chǎng)出礦效率。

5)該項(xiàng)技術(shù)在謙比希銅礦和其它類(lèi)似礦山推廣應(yīng)用，可在節(jié)省破碎炮孔裝藥時(shí)間、增加爆破進(jìn)尺從而提高采場(chǎng)出礦能力，改善爆破塊度和爆堆形狀從而降低粉礦損失提高出礦效率，降低爆破器材單耗等方面取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。