露天礦山生產(chǎn)中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用

楊鑫壁

宏大爆破有限公司 廣東廣州 511300

在露天礦山爆破施工中，相較于淺孔爆破，深孔爆破技術(shù)能夠顯著的改善爆破效果，提高生產(chǎn)效率節(jié)約生產(chǎn)成本以及便于實(shí)施邊坡控制爆破等優(yōu)勢，因而深孔爆破也是目前露天礦山普遍采用的爆破方式，同時也是露天礦山爆破技術(shù)研究的主要方向。根據(jù)礦山類型、礦山生產(chǎn)規(guī)模、礦石品種等條件合理選擇深孔爆破孔徑、臺階高度、起爆方式、炸藥品種、爆破單耗等一系列深孔爆破技術(shù)要素，充分發(fā)揮深孔爆破的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)礦山開采的降本增效目的[1]。

1 深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用價值

相比于淺孔爆破技術(shù)，深孔爆破技術(shù)是指孔徑大于50mm，孔深大于5m 的爆破技術(shù)。深孔爆破應(yīng)用在露天采礦作業(yè)中，能夠顯著提升礦山開采效率，尤其是在提升鉆孔效率、進(jìn)行多排多孔同時爆破改善爆破效果等方面彰顯出淺孔爆破技術(shù)無法比擬的獨(dú)特價值。許多礦山在生產(chǎn)過程中都會面臨三類淺孔爆破技術(shù)較難解決的問題，一是開采過程中控制剝采平衡十分困難，礦山投入巨大產(chǎn)出滯后；二是淺孔爆破的爆破量較小安全性差，無法滿足目前國內(nèi)礦山施工設(shè)備大型化施工環(huán)境復(fù)雜化的要求；三是當(dāng)前國內(nèi)礦山設(shè)計均對露天礦山最終邊坡的穩(wěn)定性提出了較高要求，淺孔爆破技術(shù)并不能很好解決礦山邊坡控制爆破的問題。深孔爆破技術(shù)剛好能夠一一對應(yīng)地解決這三大問題。首先，除部分建材類礦山外絕大多數(shù)金屬非金屬礦山都面臨前期剝離量巨大剝采失衡，投資回收周期較長的問題。淺孔爆破技術(shù)由于孔深孔徑的局限性導(dǎo)致其一次爆破量普遍較小，無法有效解決該問題，而深孔爆破隨著爆破器材和施工設(shè)備的發(fā)展，其單次爆破量有極大提升，而深孔爆破的孔徑從50mm-300mm，孔深從五米到二三十米范圍內(nèi)均可自由選擇，這為礦山施工者進(jìn)行施工組織提供了較大的選擇空間。礦山開采時，礦山施工者可以根據(jù)其不同的地形來進(jìn)行適當(dāng)劃分，選擇剝采比較小的區(qū)域利用深孔爆破爆破量大分臺階開采的優(yōu)勢集中組織施工快速揭露覆蓋層達(dá)到盡快開采出礦石回收投資的目的。其次，隨著礦山設(shè)備的大型化和選礦設(shè)備效率的提升，要求礦山開采中爆破施工的單次爆破量也越來越大，而近些年諸多礦山施工環(huán)境復(fù)雜，又要求爆破施工有較高的安全性。多段位的秒及毫秒微差雷管、高精度雷管以及數(shù)碼電子雷管的應(yīng)用，能夠有效控制深孔爆破中單響藥量大的問題，通過雷管延時和起爆網(wǎng)路設(shè)計，實(shí)現(xiàn)逐孔起爆或多段位小單響藥量起爆，從而極大的提高單次爆破量，目前國內(nèi)深孔爆破已有諸多單次爆破炸藥量百噸級的爆破。除此之外，國內(nèi)力推的現(xiàn)場混裝炸藥技術(shù)與深孔爆破技術(shù)相結(jié)合，極大的提高了深孔爆破的生產(chǎn)效率。這些新材料和新工藝在深孔爆破中的應(yīng)用，避免了爆破器材在儲存運(yùn)輸和使用中的一些重大安全隱患，也從本質(zhì)上提高了深孔爆破的安全性。最后，目前多數(shù)礦山從礦山設(shè)計開始就對礦山終了邊坡提出了控制爆破的要求。深孔爆破因?yàn)榫哂锌讖胶涂咨钣休^大選擇性的優(yōu)勢，對于礦山不同地質(zhì)不同臺階高度的邊坡，易于選擇出最合適的孔深孔徑及裝藥結(jié)構(gòu)的組合方案。國內(nèi)礦山多選用深孔預(yù)裂爆破的方式進(jìn)行邊坡控制爆破，通過精細(xì)施工，能夠?qū)崿F(xiàn)最終邊坡半孔率70%以上，平整度正負(fù)30 公分以內(nèi)。

2 深孔爆破技術(shù)存在的問題

2.1 深孔爆破對工作面平整度要求較高

隨著深孔爆破施工設(shè)備逐步趨于大型化，要求其施工作業(yè)面必須有較好的平整度，以便于鉆機(jī)作業(yè)和炸藥運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)。在礦山施工早期，礦山的原始地形往往不具備大型設(shè)備施工作業(yè)的條件，因此在礦山未形成臺階之前，深孔爆破并不具備優(yōu)勢。

2.2 大型深孔爆破起爆網(wǎng)路設(shè)計和操作較復(fù)雜易出錯

隨著火工品制造工藝的提升，雷管的延時精確性和分段數(shù)不斷提高，這也使得許多大型的爆破效果更好的起爆網(wǎng)路越來越多的被應(yīng)用到深孔爆破中。但是大型的起爆網(wǎng)路因?yàn)槔坠軘?shù)量和雷管段別使用較多，同時大型的V 型、梯形、波浪形、逐孔起爆等網(wǎng)路本身就較復(fù)雜，因此深孔爆破時因設(shè)計失誤和施工連接錯誤導(dǎo)致爆破效果差和爆破事故的現(xiàn)象時有發(fā)生。

2.3 大孔徑深孔爆破的大塊率和根底率較難控制

大型露天礦為了滿足生產(chǎn)需要，鉆孔較多的采用140mm-310mm 孔徑的大孔徑深孔爆破以提高爆破效率，而大孔徑對應(yīng)的就是更大的孔排距，大的孔排距喪失了較好的炸藥能量分布優(yōu)勢，也使得大塊率和根底率較小孔徑爆破而言變得更高。

3 我國露天礦山中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用

3.1 根據(jù)礦山類型及礦山設(shè)計方案選定鉆孔機(jī)具

不同的礦山類型確定了不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和不同的爆破巖石介質(zhì)，而針對不同類型的礦山設(shè)計方案確定了礦山開采的分臺階方案和邊坡控制方案。根據(jù)爆破巖石的普氏系數(shù)和分臺階方案可以選擇符合成本要求的鉆孔設(shè)備，同時根據(jù)不同的生產(chǎn)效率要求選擇合適的穿孔孔徑。

3.2 根據(jù)鉆孔機(jī)具和礦山巖石性質(zhì)選定爆破施工參數(shù)

根據(jù)選定的鉆孔機(jī)具、礦山設(shè)計確定的分臺階高度和具體礦山巖石硬度系數(shù)，可以選定深孔爆破的重要參數(shù)，如：鉆孔形式、炸藥類型、爆破單耗、孔網(wǎng)參數(shù)、布孔方式等。

（1）鉆孔形式的選定。鉆孔一般分為垂直鉆孔和傾斜鉆孔兩種形式。垂直鉆孔具有操作簡單成孔效率高容易保證鉆孔質(zhì)量，同時適用于各種巖層的優(yōu)點(diǎn)，但是垂直鉆孔相較于傾斜鉆孔大塊率和根底率較高，并且后排孔易發(fā)生拉裂影響邊坡穩(wěn)定性。傾斜鉆孔利于改善爆破效果，提高爆破塊度均勻程度，易于提高鏟裝效率，同時傾斜孔深孔爆破后臺階面齊平，鉆機(jī)作業(yè)時邊眼距較大易于保證鉆工施工安全，但傾斜孔鉆鑿操作較復(fù)雜角度控制的一致性難以保證，同時在相同臺階高度情況下，傾斜鉆孔長度比垂直鉆孔大效率降低成本增加，而在后續(xù)爆破裝藥施工中傾斜鉆孔裝藥時易塌孔、堵孔，施工不方便。根據(jù)工程的具體情況，前者的應(yīng)用較為廣泛，可以使爆破成本大大降低，且施工難度較低。后者花費(fèi)的時間和成本比前者高，且施工難度較高。在露天采礦中，前者往往更為適用[2]。

（2）炸藥類型的選定。目前國內(nèi)礦山較多使用的工業(yè)炸藥有多孔粒硝銨炸藥、巖石膨化硝銨炸藥、粉狀乳化炸藥、1 號和2 號巖石乳化炸藥、漿狀炸藥等。其中硝銨類炸藥為不防水炸藥，乳化和漿狀炸藥為防水炸藥。一般而言山坡露天礦巖層含水較少，可選擇不防水得銨油類炸藥，而凹陷型露天礦一般巖層含水較多，應(yīng)選擇防水炸藥。有條件的可通過計算波阻抗匹配性來選擇炸藥種類。不具備條件是可以按照高爆速匹配硬巖，低爆速匹配軟巖的原則來選擇。

（3）爆破單耗、布孔方式和孔網(wǎng)參數(shù)的確定。研究結(jié)果表明，巖石的普氏系數(shù)與爆破所需要的的炸藥量存在一定對應(yīng)關(guān)系，深孔爆破確定巖石介質(zhì)的硬度細(xì)數(shù)后可以根據(jù)對應(yīng)關(guān)系初選爆破單耗。初選單耗確定后，首先根據(jù)孔徑大小和炸藥密度計算出線裝藥密度，然后根據(jù)孔網(wǎng)密集系數(shù)n（一般選取1．2～2）的初步選取，可以反算出初選單耗條件下的孔排距值。最后根據(jù)現(xiàn)場試爆確定最終的爆破單耗、孔網(wǎng)參數(shù)及布孔方式。布孔方式有矩型、方型以及梅花型幾種類型，目前國內(nèi)普遍采用梅花型布孔。在破碎效果和炸藥能量分布上，梅花型布孔方式的優(yōu)勢已經(jīng)得到了充分肯定。

3.3 根據(jù)單次爆破區(qū)域的實(shí)際情況選擇合適的起爆網(wǎng)路和起爆方式

隨著深孔爆破技術(shù)的發(fā)展，多種爆破起爆網(wǎng)路被應(yīng)用到深孔爆破中。其中V 型起爆網(wǎng)路巖石相互擠壓，破碎效果較好，但爆堆松散度差，適用于擠壓爆破和掘溝爆破，排間起爆網(wǎng)路設(shè)計簡單，爆堆松散度好，但是易產(chǎn)生大塊，斜線起爆爆破效果比排間起爆要好，利于控制后沖現(xiàn)象適用于開溝和橫向擠壓爆破，逐孔起爆自由面多，爆破效果好，減震效果好，網(wǎng)路連接相對較復(fù)雜。起爆網(wǎng)路還有很多種，具體選擇哪種起爆網(wǎng)路還需要根據(jù)每次爆破區(qū)域的不同地質(zhì)情況和周邊情況進(jìn)行選擇。起爆方式的選擇，以前主要是選擇向起爆還是反向起爆的問題。正向起爆主要是指起爆藥包位于深孔裝藥的上部聚能穴向下的起爆方式，這種起爆方式有利于減少深孔爆破炮孔上部堵塞段的大塊，但是孔底容易殘留炸藥形成根底。反向起爆主要指起爆藥包位于深孔裝藥的下部聚能穴朝上，這種起爆方式有利于減少根底和孔底殘藥，但是不利于爆區(qū)上部大塊減少。結(jié)合兩種起爆方式的優(yōu)缺點(diǎn)，目前露天深孔爆破中多采用多點(diǎn)起爆方式，即同一個深孔裝藥結(jié)構(gòu)中在上中下或上下不同部位都放入起爆藥包，兼顧兩種起爆方式的優(yōu)點(diǎn)，同時彌補(bǔ)兩種起爆方式的缺點(diǎn)[3]。

4 結(jié)語

在我國露天礦山生產(chǎn)之中使用深孔爆破技術(shù)，需要根據(jù)礦山現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行分析，進(jìn)一步完善當(dāng)前我國爆破技術(shù)之外，還要在具體的施工之中加強(qiáng)技術(shù)控制的力度，最大程度保障露天礦山生產(chǎn)的安全性。所以在當(dāng)前我國進(jìn)行露天采礦中合理的使用深孔爆破技術(shù)，無論是對于開采的效率還是質(zhì)量都會有較大的提高。