淺談提升某露天銅礦山穿孔合格率方法

羅華軍，李 圓

（江西銅業(yè)股份有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332100）

城門山銅礦位于江西省九江市賽城湖南岸，是一座以銅、硫?yàn)橹?，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀等多種金屬的大型露天礦山。隨著開(kāi)采深度的下降，地下涌水量不斷增多，加上采區(qū)地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)穿孔、爆破工序的安全高效生產(chǎn)帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。穿孔爆破作業(yè)作為露天礦山開(kāi)采的首道工序，其作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響采礦場(chǎng)的生產(chǎn)效益，穿孔質(zhì)量差，增加了爆破難度，爆破后易產(chǎn)生大塊、根底，影響挖掘效率，為處理大塊、根底又要投入新一輪的工序，從而導(dǎo)致整個(gè)采礦成本的增加。為了確保礦山生產(chǎn)正常有序、高效進(jìn)行，提高穿孔合格率、改善爆破質(zhì)量，勢(shì)在必行。

1 影響穿孔合格率的原因

城門山銅礦各個(gè)臺(tái)階高度為12m，為此爆破所需成孔的孔深要14m，鉆機(jī)打出合格的孔深就需要達(dá)到13.5m～14.5m。因風(fēng)化深、地下水豐富、斷層裂隙多等原因?qū)е麓┛缀细衤室恢焙艿停ㄟ^(guò)以往驗(yàn)孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采區(qū)各區(qū)域的孔深情況，分析影響穿孔合格率的原因，歸納為以下幾點(diǎn)。

1.1 設(shè)備原因

單位采用志高zgyx460潛孔鉆機(jī)，配備低鉆架，主桿4.5m、副桿5m，穿14m孔時(shí)，孔內(nèi)巖渣難以排盡，孔深很少達(dá)到13.5m。因潛孔鉆機(jī)鑿巖原理為鉆桿以高風(fēng)壓為動(dòng)力，通過(guò)回轉(zhuǎn)沖擊破碎巖石而成孔[1]，在有裂隙處穿孔會(huì)破壞孔壁，導(dǎo)致巖渣出現(xiàn)大顆粒，孔深較深時(shí)，風(fēng)壓難以把大顆粒巖渣吹出。沖擊器部分比鉆桿粗，容易造成卡鉆。鉆機(jī)司機(jī)怕受到考核，往往巖渣出現(xiàn)大顆粒時(shí)就放棄穿孔導(dǎo)致孔深不合格。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鉆桿提起后，孔壁因沖擊遭到破壞，孔內(nèi)會(huì)有大塊掉落，導(dǎo)致鉆孔堵塞。

1.2 地下水的影響

采區(qū)目前日涌水量一般在7000t～8000t，在采區(qū)的北部、西北、西南以及南部地區(qū)地下水較大，特別是裂隙發(fā)育區(qū)域涌水量更大，增加了穿孔難度，穿孔過(guò)程中以風(fēng)壓排渣，地下水過(guò)大時(shí)，會(huì)形成水流造成洗孔，孔口被破壞成漏斗狀，鉆桿提起后經(jīng)常出現(xiàn)石塊掉落而卡孔，導(dǎo)致孔深不合格。裂隙特別明顯的區(qū)域穿孔還會(huì)與周邊穿好的孔出現(xiàn)串氣現(xiàn)象，風(fēng)壓吹渣，造成周邊孔內(nèi)的水噴出形成水流沖洗孔壁，導(dǎo)致孔壁石塊掉落出現(xiàn)卡孔堵孔的情況，出現(xiàn)噴水區(qū)域基本上沒(méi)有合格孔。

新臺(tái)階下溝時(shí)，因地下水豐富，成孔一天后孔內(nèi)的水基本上會(huì)到孔口，爆破時(shí)孔深都不好。針對(duì)此情況進(jìn)行地下水對(duì)孔深的影響試驗(yàn)。數(shù)據(jù)采集-94臺(tái)階北部下-106臺(tái)階第一面炮，穿完孔后進(jìn)行驗(yàn)孔，數(shù)據(jù)如表1。

第二天爆破前驗(yàn)孔數(shù)據(jù)如表2。

孔深都比第一天淺，還有部分孔出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。從現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，孔口都有塌落的現(xiàn)象，部分孔口成漏斗狀。分析原因：因上臺(tái)階穿孔超深，爆破后形成超深松動(dòng)層，孔內(nèi)地下水位上升浸泡孔壁，孔壁松散巖石脫落，導(dǎo)致孔深降低?？咨钐販\的，是由于孔內(nèi)有大塊卡住孔壁出現(xiàn)堵孔。

1.3 地質(zhì)原因

礦區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜。風(fēng)化深度達(dá)-100m～-150m，西南部最深達(dá)-320m標(biāo)高。F1斷層在礦區(qū)南部，形成長(zhǎng)1600m、寬20m～60m的斷裂破碎帶。礦區(qū)巖溶發(fā)育，最深達(dá)-350m標(biāo)高。礦區(qū)斷層多，大小共有15條，裂隙發(fā)育，它們平行密集，成組成帶出現(xiàn)。在斷層、裂隙發(fā)育區(qū)域穿孔，難以形成排渣風(fēng)壓通道，不排渣導(dǎo)致孔深不足。

1.4 爆破的影響

爆破產(chǎn)生后沖會(huì)破壞未穿孔區(qū)域[2]，導(dǎo)致該區(qū)域巖層形態(tài)存在裂隙，穿孔時(shí)因漏風(fēng)難以形成排渣通道，巖渣排不出導(dǎo)致孔深不合格。并且爆破時(shí)爆破能量會(huì)有損失，造成爆堆中大塊、根底增加，給挖掘作業(yè)帶來(lái)了一定的困難[3]。

表1 露天銅礦采區(qū)井下鉆孔深度數(shù)據(jù)

表2 爆破前驗(yàn)孔數(shù)據(jù)

2 對(duì)應(yīng)原因采取相關(guān)措施

2.1 優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)

鉆機(jī)現(xiàn)采用副桿代替主桿，通過(guò)過(guò)渡接頭連接沖擊器，過(guò)渡接頭長(zhǎng)0.2m，使鉆桿長(zhǎng)度增加0.7m，排渣良好時(shí)，孔深均能合格。

2.2 地下水的治理對(duì)策

采區(qū)東部、西部?jī)煞轿坏叵滤^小，西部因地質(zhì)條件較好透水量小，東部因進(jìn)行圍幕注漿試驗(yàn)，隔水效果較好，但成本高。如果采區(qū)除東、西部以外各方位都進(jìn)行圍幕注漿成本投入太大，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。

綜合上幾個(gè)臺(tái)階各方位的涌水情況，確定各方位地下水的源頭與走向可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行地下水治理。

（1）有計(jì)劃的控制采剝方向，讓透水大的區(qū)域比其他工作面高出一到兩個(gè)臺(tái)階，使其孤立。如現(xiàn)采區(qū)西南部，使其臨近自由面部分水位下降，再控制穿孔排數(shù)，通過(guò)收集驗(yàn)孔數(shù)據(jù)證明，每排孔的水位急劇增加，一般穿孔不超過(guò)三排，減小地下水對(duì)穿孔的影響。

（2）沿地下水的走向，向地下水的源頭進(jìn)行掏溝作業(yè)，使溝兩側(cè)地下水位下降，減小地下水對(duì)穿孔的影響。如采區(qū)南部-82臺(tái)階，從東南松散處往南掏溝至南部邊幫，溝西側(cè)臨近自由面部分水位明顯下降，穿孔合格率有明顯提升。

（3）針對(duì)開(kāi)拓新臺(tái)階下溝，一般采用集中穿孔，兩臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)穿孔；減小爆破規(guī)模，確保能在裝藥前穿完孔；鉆機(jī)穿完孔撤離后，立即進(jìn)行裝藥作業(yè)。減小地下水對(duì)孔深的影響。

2.3 制定復(fù)制復(fù)雜地質(zhì)條件下穿孔操作標(biāo)準(zhǔn)。

在復(fù)雜地質(zhì)條件下穿孔，要求：對(duì)孔時(shí)鉆架頂針要頂實(shí)，避免穿孔抖動(dòng)破壞孔口；控制推進(jìn)壓力在3.5MPa～4.5MPa，避免過(guò)大使鉆具產(chǎn)生劇烈振動(dòng)破壞孔壁；扶釬器扶住鉆桿避免鉆孔時(shí)鉆具擺動(dòng)過(guò)大破壞孔壁；開(kāi)孔采用低風(fēng)壓、低轉(zhuǎn)速、低推進(jìn)的工作參數(shù)，穿孔到0.8m～1.5m左右（穿孔超深爆破松動(dòng)層），進(jìn)行關(guān)風(fēng)關(guān)水提鉆桿離孔口，關(guān)風(fēng)避免孔口被破壞，鉆桿提離孔口利于孔口松動(dòng)石塊掉入孔內(nèi)，避免卡鉆，如有松動(dòng)石塊掉入孔內(nèi)需反復(fù)操作；穿孔過(guò)程中，要注意排渣情況，若排渣效果差，需進(jìn)行洗孔，排盡孔內(nèi)巖渣后再繼續(xù)穿孔，防止巖渣堆積過(guò)多出現(xiàn)卡孔現(xiàn)象。復(fù)雜地質(zhì)條件下穿孔操作是關(guān)鍵，通過(guò)建立獎(jiǎng)罰制度，對(duì)復(fù)雜巖層穿孔合格率進(jìn)行評(píng)比，做到有獎(jiǎng)有罰，提高鉆機(jī)司機(jī)的責(zé)任心和耐心。

2.4 爆破的控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，水平方向上孔網(wǎng)采取寬孔距窄排距的方式[4]，豎直方向上將頭排孔改為傾斜孔，緩解爆破后沖對(duì)穿孔影響，以此優(yōu)化原有孔網(wǎng)設(shè)計(jì)。盡量采用清渣爆破，裝藥過(guò)程中減少最后一排孔的藥量，適當(dāng)增加中間一排孔的裝藥量，減少爆破的后沖，降低對(duì)未穿孔區(qū)域的破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

采取以上措施后，穿孔合格率從2018年的53%提升至2019年65%，全年根底率較2018年下降2個(gè)百分點(diǎn)，大塊情況也得到了明顯的改善，減少了二次破碎作業(yè)。穿孔合格率的提高極大的改善了爆破的質(zhì)量，使爆破能盡量達(dá)到預(yù)期的效果，把好了生產(chǎn)作業(yè)的首道關(guān)，為礦山的安全高效生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。