隴集山灰?guī)r露天礦中深孔臺(tái)階爆破技術(shù)優(yōu)化

韋年迎 粟軍恒

(1.廣西華遠(yuǎn)爆破工程有限公司；2.廣西盛典礦業(yè)有限公司)

露天礦山中深孔臺(tái)階爆破質(zhì)量是影響礦山生產(chǎn)效率的重要因素，臺(tái)階爆破大塊率和根底率是衡量爆破質(zhì)量的兩項(xiàng)重要指標(biāo)?，F(xiàn)實(shí)采礦中，由于巖石性質(zhì)與構(gòu)造、炸藥性能、裝藥結(jié)構(gòu)、爆破參數(shù)、施工管理等多種因素在特定條件的不利影響，難免會(huì)造成爆破大塊及根底的產(chǎn)生，制約鏟裝運(yùn)輸效率，增加二次爆破的工作量，大塊礦石進(jìn)入破碎系統(tǒng)還可能因大塊卡錘迫使破碎機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致礦山生產(chǎn)效率降低，采礦綜合成本增加。提高爆破質(zhì)量，降低爆破大塊率及根底率成為多數(shù)露天礦山面臨的主要技術(shù)難題，因而本研究針對(duì)隴集山露天礦開(kāi)展中深孔臺(tái)階爆破大塊及根底產(chǎn)生原因進(jìn)行分析并提出優(yōu)化方案，為同類礦山提供有意義的參考。

1 工程概況

隴集山灰?guī)r礦位于廣西南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)雙定鎮(zhèn)，屬山坡型露天礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為300萬(wàn)t/a。礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造位于右江斷裂帶與西大明山隆起交接帶內(nèi)，屬單斜構(gòu)造。巖層走向北西—南東，傾向北東，傾角30°，礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯斷層。巖石為中—厚層狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育一般。巖石平均密度為2.60 t/m3，孔隙度0.53%～27.0%，吸水率0.12%～4.5%，抗壓強(qiáng)度100～250 MPa，礦物組分主要為方解石，含少量白云石，巖石堅(jiān)硬性系數(shù)f=6～10。

礦山采用中深孔臺(tái)階爆破，臺(tái)階高度10 m，鉆孔直徑115 mm，炸藥類型為二號(hào)巖石乳化炸藥，雷管為數(shù)碼電子雷管。前期臺(tái)階爆破中大塊率及根底率較高，臺(tái)階工作面凹凸不平，不時(shí)有大塊礦石進(jìn)入破碎系統(tǒng)造成大塊卡錘，需停機(jī)并安排人員進(jìn)入破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行人工破碎、清理大塊，工作量大，效率低，對(duì)礦山完成產(chǎn)量指標(biāo)有很大的影響。

2 大塊及根底的產(chǎn)生原因

2.1 大塊與根底產(chǎn)生部位調(diào)查

爆破大塊主要出現(xiàn)在受前次爆破影響的臺(tái)階坡面、底盤(pán)抵抗線過(guò)大的臺(tái)階根部、臺(tái)階上部臨空面，炮孔孔口、孔網(wǎng)參數(shù)偏大的中心部位，軟硬巖分界面；爆破根底主要出現(xiàn)在臺(tái)階抵抗線偏大的臺(tái)階根部、孔網(wǎng)面積較大的中間部位底部以及炮孔超深偏小的臺(tái)階巖體底部[1-2]。

2.2 大塊及根底產(chǎn)生原因分析

結(jié)合隴集山灰?guī)r礦前期采礦情況，分析爆破大塊率及根底率高的原因主要有如下幾個(gè)方面。

(1)臺(tái)階坡面受前次爆破作用影響。前次爆破沖擊作用致使推進(jìn)方向巖體產(chǎn)生裂隙或原生裂隙擴(kuò)張形成“預(yù)裂大塊”，同時(shí)也造成臺(tái)階坡面不平整，后一次爆破臺(tái)階坡面的抵抗線不均勻，如圖1所示。“預(yù)裂大塊”在爆破沖擊波和爆轟氣體的作用下很快沿新鮮或原生裂隙面破裂，裂隙擴(kuò)張使爆炸應(yīng)力波幅值衰減加劇，同時(shí)加速了爆轟能量外泄，導(dǎo)致爆轟作用減少，臺(tái)階坡面容易產(chǎn)生大塊。此外，由于受前次爆破作用的影響，臺(tái)階坡面的抵抗線往往不均勻，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)小的抵抗線時(shí)，爆轟能量通過(guò)抵抗弱的區(qū)域泄露而產(chǎn)生大塊。

圖1 爆破后沖產(chǎn)生的“預(yù)裂大塊”及不均勻的坡面抵抗線

(2)前排炮孔底盤(pán)抵抗線偏大。坡面傾角及爆破后沖影響使臺(tái)階坡面角變小，同時(shí)受鉆機(jī)作業(yè)安全距離限制，前排炮孔底盤(pán)抵抗線往往偏大，爆破后在臺(tái)階根部出現(xiàn)根底或大塊。

(3)布孔不均勻。采場(chǎng)爆區(qū)未進(jìn)行施工測(cè)量，穿孔定位由操作工憑直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)確定孔位。并且，穿孔工程屬外包單位施工，按米數(shù)結(jié)算，當(dāng)遇到卡鉆與難鉆區(qū)域時(shí)，工人往往會(huì)拉大孔網(wǎng)間距或避開(kāi)不鉆，導(dǎo)致孔網(wǎng)參數(shù)誤差大，布孔不均勻，造成局部抵抗線過(guò)大，容易產(chǎn)生大塊及根底。

(4)裝藥前未處理孔內(nèi)積水。礦區(qū)使用的乳化炸藥是含水炸藥，但孔內(nèi)積水會(huì)導(dǎo)致裝藥時(shí)炸藥無(wú)法沉到底部且容易堵孔，形成不連續(xù)裝藥，導(dǎo)致單孔裝藥量減少。用穿孔時(shí)留下的巖碎渣來(lái)填塞炮孔，巖碎渣還容易被水和成稀泥，降低了填塞的質(zhì)量，爆破時(shí)容易發(fā)生沖炮，既容易產(chǎn)生飛石，又會(huì)導(dǎo)致爆轟能量過(guò)早外泄，容易產(chǎn)生大塊和根底。

(5)孔口的填塞長(zhǎng)度過(guò)大。設(shè)計(jì)炸藥單耗過(guò)小，炮孔填塞長(zhǎng)度過(guò)大，導(dǎo)致炮孔上部和孔口部位受爆破作用減小，填塞段破碎不均勻，產(chǎn)生大塊。

(6)一次爆破排數(shù)過(guò)多。礦山臺(tái)階采掘推進(jìn)面較窄，爆區(qū)長(zhǎng)寬比小，且采礦工作面少，為滿足產(chǎn)量需求，只能一次爆破較多排數(shù)炮孔。單次爆破排數(shù)過(guò)多，夾制作用明顯，后排孔抵抗線大導(dǎo)致后沖上翻現(xiàn)象等，為大塊及根底的形成創(chuàng)造了條件。

(7)起爆網(wǎng)絡(luò)單一。為減少爆破振動(dòng)對(duì)料倉(cāng)及生產(chǎn)線造成的破壞，采用排間分區(qū)順序起爆來(lái)減少爆破振動(dòng)。隨著巖性變化，巖層的可爆性變差，繼續(xù)采用排間分區(qū)順序起爆的爆破技術(shù)雖然能較好地控制爆破振動(dòng)，但是排間分區(qū)順序起爆爆轟能量利用率低，爆破大塊率及根底率較高，不利于礦山產(chǎn)量目標(biāo)的完成。

(8)臺(tái)階采掘推進(jìn)方向不合理。部分區(qū)域臺(tái)階坡面與緩傾斜巖層傾向方向相反，由于巖層傾向朝下的夾制作用大，爆破后不僅根底較多，而且大塊及超大塊巖石較多。

3 降低大塊率及根底率的技術(shù)措施

結(jié)合本礦山大塊率高、根底率高的原因，本研究針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)踐優(yōu)化，實(shí)施如下5項(xiàng)技術(shù)措施，取得了良好的綜合效益。

(1)優(yōu)化起爆網(wǎng)絡(luò)。礦山采礦工作面均離破碎生產(chǎn)線及大型地基—梁承載式料倉(cāng)較近，附近構(gòu)筑物對(duì)爆破振動(dòng)、飛石等爆破危害較敏感，需采用振動(dòng)小，破碎效果好的爆破技術(shù)方案。實(shí)踐表明，逐孔起爆技術(shù)在降低爆破振動(dòng)、改善爆破效果方面有較好的效果，該技術(shù)在國(guó)外礦山及部分國(guó)內(nèi)大型露天礦山已有多年成功使用的經(jīng)驗(yàn)[3-5]。數(shù)碼電子雷管具備精度高、延時(shí)靈活等優(yōu)點(diǎn)，為本礦使用振動(dòng)小而破碎高效的逐孔起爆技術(shù)奠定了物質(zhì)技術(shù)條件。

礦山使用逐孔起爆技術(shù)代替排間分區(qū)順序起爆技術(shù)后，爆破危害得到更好的控制，爆破大塊率、根底率降低約1/3，爆破效果有較大的改善。需要說(shuō)明的是，應(yīng)用逐孔起爆技術(shù)對(duì)穿孔作業(yè)、雷管精度及延時(shí)設(shè)置等要求較高，穿孔定位應(yīng)盡可能準(zhǔn)確，炮孔需布置均勻。為了使后一次爆破臺(tái)階坡面平整，保證下一次爆破效果，可以適當(dāng)加大最后一排炮孔的延時(shí)。在設(shè)定雷管延時(shí)、確定爆破拋擲方向時(shí)應(yīng)確保爆破等時(shí)線平行、均勻，必要時(shí)還需引進(jìn)虛擬炮孔來(lái)保證孔網(wǎng)延時(shí)設(shè)定的嚴(yán)謹(jǐn)性，否則將會(huì)造成爆破等時(shí)線混亂，爆破巖石移動(dòng)方向混亂，造成夾制作用加大。此外，應(yīng)確保起爆后列傳爆與控制排傳爆方向相反(兩者夾角大于等于90°)，否則會(huì)造成距離自由面遠(yuǎn)的炮孔比離自由面近的炮孔先起爆，造成夾制作用增大，爆破效果甚至不如排間分區(qū)微差起爆技術(shù)?？傊鹂灼鸨夹g(shù)對(duì)雷管精度、現(xiàn)場(chǎng)施工管理要求較高，應(yīng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員管理，保證施工質(zhì)量。逐孔起爆技術(shù)方案見(jiàn)圖2。

圖2 逐孔起爆技術(shù)方案

(2)優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)。爆破技術(shù)的選擇需結(jié)合巖石的特性、工程爆破需求以及安全需求。巖體的巖性決定炸藥單耗的取定，可爆性變化較大的不同區(qū)域巖石，爆破所需炸藥單耗也不一樣,如山東某工地采用銨油炸藥根據(jù)巖性的不同炸藥單耗由開(kāi)始的0.3～0.4 kg/m3最終提高到1.0 kg/m3，收到較好的效果[6]。優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，針對(duì)不同可爆性的巖石，根據(jù)每次爆破的效果，逐步優(yōu)化其相應(yīng)的爆破參數(shù)，適當(dāng)提高炸藥單耗，充分保證爆破效果，采礦工作效率得到大幅提高。優(yōu)化前后爆破參數(shù)如表1所示。

表1 優(yōu)化前后爆破方案對(duì)照

(3)優(yōu)化炮孔超深布置。超深的目的是增加深孔底部裝藥量，增強(qiáng)對(duì)深孔底部巖石的爆破作用，以克服底部較大的抵抗線阻力，使爆后能形成平整的臺(tái)階面。本礦山巖石硬度變化較大，礦山北面巖層呈薄層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石硬度小，只需松動(dòng)爆破即可，可以不設(shè)置或設(shè)置0.5 m左右的超深，有時(shí)甚至可以適當(dāng)加大孔網(wǎng)參數(shù)，降低炸藥單耗。礦山南面大多為硬巖，可爆性較差，爆破需要設(shè)置1～2 m的超深，以增加底部裝藥量，減少爆破根底。通過(guò)依據(jù)不同巖性設(shè)置不同的爆破超深，礦山爆破根底發(fā)生率有了較大改善。

(4)優(yōu)化臺(tái)階采礦推進(jìn)方向。在礦山前期的采礦中，施工作業(yè)環(huán)境條件有限，且為防止爆破產(chǎn)生的滾石、飛石對(duì)附近破碎生產(chǎn)線造成破壞，爆破自由面只能取3個(gè)背向生產(chǎn)線方向中固定的1個(gè)方向，造成采掘推進(jìn)方向作業(yè)面較窄，需一次爆破炮孔排數(shù)較多，導(dǎo)致爆破夾制作用大，爆破大塊率及根底率較高。隨著采礦工作的推進(jìn)，作業(yè)環(huán)境得到改善，在確保安全的情況下，及時(shí)調(diào)整了采掘推進(jìn)的方向，拉長(zhǎng)了臺(tái)階采掘推進(jìn)方向的寬度，加大爆區(qū)的長(zhǎng)寬比，一次只需起爆3～4排炮孔就可滿足礦山生產(chǎn)需求，大大減少夾制作用及爆破后沖破壞。

黃麥嶺露天礦的實(shí)踐及相關(guān)研究均表明,當(dāng)巖層傾向與自由面垂直或相同且成一定角度時(shí),較少產(chǎn)生根底及大塊[7-8]。本礦通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整采區(qū)臺(tái)階采礦推進(jìn)方向，使臺(tái)階坡面與層狀堅(jiān)硬巖層的傾向垂直或相同，在降低爆破根底率及大塊率方面也取得了較好的效果。

(5)優(yōu)化施工管理。施工現(xiàn)場(chǎng)管理的好壞直接影響到爆破效果，本礦通過(guò)強(qiáng)化作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穿孔、裝藥、填塞、雷管延時(shí)設(shè)置等管理，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量得到較大保證，為爆破成功創(chuàng)造良好的條件。加強(qiáng)穿孔作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理，加大炮孔布置的測(cè)量工作，安排專人依據(jù)技術(shù)施工方案進(jìn)行炮孔定位布置，鉆孔工人需嚴(yán)格按照所布置的炮孔位置、方向進(jìn)行穿孔作業(yè)。實(shí)施爆前炮孔驗(yàn)收制度，對(duì)發(fā)現(xiàn)的不合格炮孔、堵孔或廢孔不計(jì)入結(jié)算工程量，并要求補(bǔ)鉆，炮孔質(zhì)量得到較大改善。加大露天水孔整治工作，安排專人整治水孔，發(fā)現(xiàn)水孔先使用高壓風(fēng)將孔內(nèi)積水排出再進(jìn)行裝藥，禁止未清理孔內(nèi)積水而直接裝藥。

4 結(jié) 論

(1)影響露天中深孔臺(tái)階爆破大塊率及根底率的因素較多，但主要因素是巖層物理力學(xué)性質(zhì)、爆破參數(shù)以及爆破技術(shù)。

(2)針對(duì)礦山產(chǎn)生大塊及根底的問(wèn)題，提出針對(duì)性的解決措施，實(shí)現(xiàn)了礦山臺(tái)階爆破大塊率從9%降低至3%，根底率從7%降低至1%的效果。

(3)通過(guò)不斷優(yōu)化，礦山采礦工作效率大幅提升，月平均產(chǎn)量提高8%，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為露天礦山解決類似問(wèn)題提供參考依據(jù)，具有重要的工程意義。