基于虛擬孔底距的孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度的確定及應(yīng)用

繆國(guó)衛(wèi)

摘要：

某黃金礦山采用上向扇形中深孔爆破落礦時(shí)存在粉礦過(guò)多，眉線(xiàn)口及后排炮孔破壞嚴(yán)重等問(wèn)題。通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，提出了采用虛擬孔底距確定孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度的方法，設(shè)計(jì)了2種預(yù)留長(zhǎng)度的孔口間隔裝藥方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：采用孔口間隔裝藥方案二能夠很好地解決現(xiàn)場(chǎng)爆破出現(xiàn)的問(wèn)題，降低了孔口起爆藥量，減輕了孔口爆破振動(dòng)的影響，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著。歸納總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)公式，為確定孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度提供了新的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：扇形中深孔;孔底距;虛擬孔底距;不裝藥長(zhǎng)度;間隔裝藥

中圖分類(lèi)號(hào)：TD23文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2020）03-0032-04doi：10.11792/hj20200306

目前，扇形中深孔在國(guó)內(nèi)礦山的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟[1]，孔口間隔裝藥也是常用的降低炸藥單耗、減輕孔口爆破振動(dòng)的手段之一[2]。但是，在各種孔口間隔裝藥方案中，孔口預(yù)留不裝藥長(zhǎng)度并沒(méi)有可依據(jù)的公式或方法進(jìn)行計(jì)算，大多是依靠現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)確定，存在很大的差異性，而且有可能需要多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能確定最終的孔口間隔裝藥方案。本文基于扇形孔孔底距參數(shù)，提出了采用虛擬孔底距確定孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度的方法，為扇形孔孔口預(yù)留長(zhǎng)度的確定提供了普遍適用且切實(shí)可行的解決方案，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)證明了該方法的可靠性和實(shí)用性。

1 工程背景

某黃金礦山主回采礦體為蝕變花崗巖礦體，礦體形態(tài)總體呈帶狀，局部呈囊狀，結(jié)構(gòu)規(guī)整，連續(xù)性好，走向60°左右，傾向北西，傾角60°～80°，厚度10～45 m，平均厚度達(dá)29 m，屬急傾斜中厚至厚礦體，礦巖普氏硬度系數(shù)f=8～12。該礦山主要采用無(wú)底柱分段崩落采礦法進(jìn)行回采，生產(chǎn)能力1 200 t/d，回采劃分的中段高度30 m，分段高度15 m，回采進(jìn)路規(guī)格為2.6 m×2.6 m，回采進(jìn)路間距12 m。采用上向扇形中深孔爆破。

2 虛擬孔底距確定孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度

根據(jù)該礦山礦體的賦存條件，選擇采用上向扇形中深孔爆破，在回采進(jìn)路內(nèi)采用YGZ-90型鉆機(jī)搭配TJ-25型圓盤(pán)鉆架進(jìn)行穿孔作業(yè)。鑿巖爆破參數(shù)[3]為：炮孔直徑d=65 mm，邊孔角45°，孔底距a=2.0 m，排間距b=1.6 m，每排布置11個(gè)炮孔，孔深6～14 m，每排炮孔總長(zhǎng)度約122 m，排面角90°，炸藥單耗約0.62 kg/t。

上向扇形中深孔設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，參數(shù)見(jiàn)表1。

在裝藥爆破過(guò)程中，礦山采用的孔口預(yù)留方式為每個(gè)孔孔口預(yù)留1 m不裝藥，爆破后出現(xiàn)如下問(wèn)題：

1）爆破粉礦過(guò)多。由于扇形孔孔口裝藥量過(guò)多，造成爆破后產(chǎn)生大量粉礦，不僅容易產(chǎn)生粉塵，而且極易造成粉礦流失，同時(shí)大量粉礦進(jìn)入溜井還會(huì)增加溜井堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

2）回采進(jìn)路眉線(xiàn)口及后排炮孔破壞嚴(yán)重。爆破后眉線(xiàn)垮塌破壞可達(dá)1.5 m以上，后排炮孔破壞嚴(yán)重，甚至全排破壞。不僅增加了補(bǔ)孔工作量，影響下次爆破效果，而且嚴(yán)重威脅了井下人員及設(shè)備的安全。

為解決現(xiàn)階段礦山井下爆破中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出采用孔口間隔裝藥方式，以減少孔口起爆藥量，減輕孔口爆破振動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)孔口間隔裝藥，同時(shí)考慮到井下裝藥施工的方便，設(shè)計(jì)了2種孔口預(yù)留不裝藥長(zhǎng)度c1和c2，c1>c2，2種孔口預(yù)留不裝藥長(zhǎng)度交錯(cuò)布置，裝藥設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出：不裝藥長(zhǎng)度c1越大越能降低炸藥單耗，從而能夠更好地減少孔口起爆藥量，減輕孔口爆破振動(dòng)的影響。但是，c1過(guò)大又會(huì)造成爆破大塊產(chǎn)出增多。因此，在保證爆破效果的前提下，確定c1能達(dá)到的最大值十分必要。本文創(chuàng)新性地提出了基于虛擬孔底距確定孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度的方法，以確定c1值。

以c1的長(zhǎng)作弧，作為扇形中深孔爆破的虛擬邊界，該邊界將扇形中深孔爆破范圍劃分為上、下2個(gè)部分，上部炮孔全部為全裝藥炮孔，不予考慮;而下部炮孔中存在2種炮孔：裝藥孔和不裝藥孔。假定該虛擬邊界為爆破邊界，下部炮孔中的裝藥孔為爆破孔，忽視不裝藥孔。此時(shí)，設(shè)裝藥孔之間的孔底距為a′，命名為虛擬孔底距。由于孔底距（a）是礦山成熟應(yīng)用的炮孔參數(shù)，因此只要滿(mǎn)足a′<a，下部裝藥孔即可將虛擬邊界下部范圍正常崩落。此時(shí)，在滿(mǎn)足a′<a的條件下，c1能夠達(dá)到的最大值即為孔口能夠預(yù)留的最大不裝藥長(zhǎng)度，而c2可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，一般取值為1.0～1.5 m。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案選擇

依據(jù)虛擬孔底距方法，通過(guò)作圖確定該礦山上向扇形中深孔爆破孔口最大不裝藥長(zhǎng)度約為5.5 m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)3種孔口間隔裝藥方案：方案一，c1=4.0 m，c2=1.5 m;方案二，c1=5.0 m，c2=1.5 m;方案三，c1=5.5 m，c2=1.5 m。3種方案及原參數(shù)的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2可知：采用孔口間隔裝藥方案后，炸藥單耗明顯降低;對(duì)比原參數(shù)，方案一和方案二的大塊率并沒(méi)有明顯升高，說(shuō)明這2種方案對(duì)爆破效果的影響不大;但是，當(dāng)采用方案三（即c1取最大值）時(shí)，大塊率明顯升高，這說(shuō)明在虛擬孔底距a′=a時(shí)，會(huì)由于虛擬孔底距過(guò)大而產(chǎn)生額外的大塊，影響爆破效果及出礦效率。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，方案二在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上比較均衡，在保證現(xiàn)場(chǎng)爆破質(zhì)量的前提下能夠最大程度節(jié)省爆破成本。因此，最終確定最優(yōu)孔口間隔裝藥方案為方案二，即c1=5.0 m，c2=1.5 m，其具體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3（為保證a′<a，4個(gè)邊角孔孔口預(yù)留長(zhǎng)度為c2，即1.5 m），具體參數(shù)見(jiàn)表3。

3.2 應(yīng)用效果

現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)選定在該礦山M1礦體90 m中段Ⅱ回采進(jìn)路進(jìn)行，設(shè)計(jì)崩礦步距為2排，試驗(yàn)期間共爆破炮孔31排，崩落礦量總計(jì)約18 000 t。

從技術(shù)角度看，在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)中，采用孔口間隔裝藥方案二爆破后幾乎無(wú)粉礦產(chǎn)生，眉線(xiàn)口破壞僅約0.4～0.6 m，后排炮孔個(gè)別破壞，很好地解決了該礦山井下爆破出現(xiàn)的問(wèn)題。非孔口間隔裝藥爆破與方案二爆破的爆破塊度及眉線(xiàn)口破壞情況對(duì)比見(jiàn)圖4。 根據(jù)虛擬孔底距確定了孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度，方案二的實(shí)施，大幅度降低了孔口起爆藥量，減少了粉礦的產(chǎn)生;同時(shí)大大減輕了孔口爆破振動(dòng)及其影響，較好地保證了眉線(xiàn)口的完整度，減輕了后排炮孔的破壞程度，具有良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。

從經(jīng)濟(jì)角度看，與原參數(shù)相比，方案二每排炮孔裝藥長(zhǎng)度減小了19.5 m，節(jié)省炸藥約62 kg，直接降低炸藥單耗約0.11 kg/t，節(jié)省爆破成本約0.95元/t（以炸藥單價(jià)8.60元/kg來(lái)計(jì)算），經(jīng)濟(jì)效果顯著。

3.3 經(jīng)驗(yàn)公式

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，提出虛擬孔底距（a′）的計(jì)算公式：

a′=ka（1）

式中：a′為虛擬孔底距（m）;a為扇形中深孔孔底距（m）;k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)k值接近1.0時(shí)，爆破后大塊率有明顯升高趨勢(shì);當(dāng) k值為0.8～0.9時(shí)，根據(jù)虛擬孔底距（a′）所確定的孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度c1值在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上比較均衡。

4 結(jié) 語(yǔ)

在上向扇形中深孔爆破中，采用孔口間隔裝藥能夠有效地降低炸藥單耗，減輕孔口裝藥過(guò)于密集而帶來(lái)的不良爆破影響，而孔口預(yù)留不裝藥長(zhǎng)度的確定是其關(guān)鍵。本文提出基于虛擬孔底距確定孔口預(yù)留最大不裝藥長(zhǎng)度的方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，取得了良好的試驗(yàn)效果。該方法基于上向扇形中深孔的孔底距提出，而孔底距是各個(gè)礦山成熟應(yīng)用或經(jīng)過(guò)優(yōu)化后應(yīng)用的工業(yè)參數(shù)，因此該方法具有可靠性。同時(shí)，該方法具有普遍適用性，普遍適用于扇形中深孔爆破，為扇形中深孔爆破中孔口預(yù)留不裝藥長(zhǎng)度的確定提供了可靠實(shí)用的方法和依據(jù)。該方法還具有操作簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]?袁華山.中深孔爆破技術(shù)在中厚礦體開(kāi)采中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015（1）：55-57.

[2] 張儒學(xué).空氣間隔爆破技術(shù)在昆陽(yáng)磷礦的應(yīng)用[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2016.

[3] 李雪明.大紅山鐵礦爆破參數(shù)優(yōu)化研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2008.

Abstract：When a gold mine uses upward fan-shaped medium long hole blasting and caving method，the too many powdered ores are produced and the brow line and back row borehole are seriously damaged.Therefore，based on theoretical analysis and field practice，the method to determine reserved maximum charge-free length in the hole with vir-tual blast hole bottom space is proposed，2 hole spaced charging plans with reserved length are devised，and field industrial tests are carried out.Industrial tests show that the hole spaced charging plan No.2 can effectively solve the blasting problems in the field，reducing hole blasting explosive amount，mitigating the impact of hole blasting vibration and obtaining significant technical and economic index.Empirical formula is summarized，providing new basis for the determination of reserved maximum charge-free length in hole.

Keywords：fan-shaped medium long hole;hole bottom space;virtual hole bottom space;charge-free length;spaced charging