地下礦山中深孔落礦爆破塊度控制技術(shù)

周亞偉，原虎軍

（云南安益安全評價有限公司，云南 昆明 650200）

1 工程概況

某地下礦山周邊礦體巖性經(jīng)由調(diào)查，發(fā)現(xiàn)此處分布有大面積的深灰色含銅黑云磁鐵變鈉質(zhì)凝灰?guī)r，但在局部范圍內(nèi)分布有少量的薄層石榴黑云片巖、白云石大理巖、鈉長巖、黑云母。根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件分析，最終選用的是扇形中深孔爆破落礦工藝，因此在現(xiàn)場采用的是扇形布孔，受到爆破工藝與參數(shù)等諸多因素的影響，發(fā)現(xiàn)深孔落礦爆破工藝在應用時存在著大塊產(chǎn)出率高的問題，多數(shù)盤區(qū)內(nèi)的大塊產(chǎn)出率在16%～24%之間，個別盤區(qū)的大塊產(chǎn)出率甚至在30%以上。

2 扇形中深孔爆破存在的問題與分析

2.1 扇形中深孔落礦工藝

該地下礦山的開采作業(yè)進行中，為保障開采作業(yè)的進行，一期主要采用的是電耙出礦有底部結(jié)構(gòu)分段空場采礦嗣后充填法，根據(jù)專業(yè)人員對多方面因素的考慮，其落礦工藝選擇的是上向扇形中深孔側(cè)向崩礦，孔徑、最佳孔深、排距、孔底距等參數(shù)分別為58mm、7m～10m、1m、1.6m～2.2m。二期與一期所采用的工藝有所不同，用鏟運機出礦無底結(jié)構(gòu)分段空場采礦嗣后充填法，而落礦工藝雖然與一期一樣，但是其參數(shù)卻有著明顯的區(qū)別，孔徑、排距、孔底距分別為76mm、1.5m、1.8m～2.5m[1]。該地下礦山中的深孔爆破方案如圖1所示。

圖1 扇形中深孔爆破方案設(shè)計

扇形中深孔爆破落礦工藝在該地下礦山中應用時，經(jīng)由這一工藝下的大塊率、炸藥消耗和雷管量等參數(shù)分析，其最終結(jié)果如表1所示。

表1 扇形中深孔落礦大塊產(chǎn)出率統(tǒng)計情況

2.2 大塊率問題分析

因為該地下礦山中采用的是扇形中深孔爆破落礦工藝，在這一工藝應用時的大塊率問題主要集中過粉碎區(qū)、合格區(qū)與大塊區(qū)，每個區(qū)域內(nèi)都有各自的孔深、孔底距等參數(shù)標準，在不同的工藝參數(shù)下，塊度分布也有著明顯的差異。根據(jù)現(xiàn)場條件，扇形中深孔沿孔長方向?qū)Ρ颇苄枨罅康淖兓傮w上包含了以下三段：

（1）孔口段，這一段與自由面的距離非常接近，這種獨特的具體條件對補償空間的利用最為有效，因此在工藝應用時的爆破能需求量非常小，從分布來看，孔口段長度為孔長的1/2弱。

（2）炮孔裝藥中間段，該段在采礦作業(yè)中基本不會受到自由面的幫助，爆破能的產(chǎn)生主要是為了對周邊的巖石實現(xiàn)破碎處理，整體來看，對爆破能的需求中等，炮孔裝藥中間段長度為孔長的1/3強。

（3）炮孔末端，在作業(yè)中完全不會獲得來自自由面的幫助，其長度僅僅為孔長的1/6，因為此段上的巖石破碎難度相對加大，對爆破能的需求量很大[2]。

2.3 大塊率高的主要原因

在扇形中深孔爆破工藝在此礦山中的應用中，存在著大塊產(chǎn)出率高的問題，根據(jù)現(xiàn)場分析，其原因主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）最小抵抗線及孔底距。在該地下礦山作業(yè)進行時，鑿巖作業(yè)進行時采用的是YGZ-90型鉆機，孔徑、排面角分別為60mm、90°。在生產(chǎn)前期，工程人員選用了1.8m和1.6m的最小抵抗線，孔底距也有兩種，分別為1.6m～2.2m、1.8m～2.5m。在正式投產(chǎn)以后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在著大塊率高的問題，綜合分析，最小抵抗線和孔底距是影響塊度的直接原因。

（2）炮孔施工質(zhì)量。中深孔施工作業(yè)進行的過程中，因為地下礦井的環(huán)境非常復雜，在鉆孔作業(yè)進行的過程中，常常面臨著鑿巖巷道頂、底板高低不平的現(xiàn)象，導致巷道內(nèi)的積水較多，并存在著非常多的殘渣分布，這一井巷條件下，鉆機機芯往往難以按照前期的設(shè)計來擺放，過大的位置偏差使得在爆破施工的過程中，炮孔排間距和孔間距難以嚴格按照設(shè)計方案來進行，正是因為這些偏差，在深孔爆破的過程中，炸藥無法呈現(xiàn)出均勻的分布狀態(tài)，增大了大塊度的產(chǎn)生幾率[3]。

（3）裝藥和爆破施工因素。地下礦山中深孔爆破作業(yè)中，裝藥和爆破施工是引起大塊產(chǎn)出率的關(guān)鍵性因素，裝藥和爆破施工因素再進一步細分，主要為裝藥密度、炸藥粘度、堵塞長度、連線和起爆方式等，在每次的裝藥作業(yè)實施之前，作業(yè)人員都應該對炮孔加以檢查，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和處理炮孔變形、堵塞等問題，大塊產(chǎn)出率高的問題將難以避免。只有保障了裝藥長度等參數(shù)符合施工設(shè)計要求，才能夠促進深孔爆破的高效開展，但顯然，實際的開采作業(yè)中，因為存在各種各樣的因素，裝藥和爆破施工難以按照設(shè)計規(guī)范來進行，爆破大塊產(chǎn)出率將難以避免。

3 改善塊度的爆破試驗研究

在該地下礦山中深孔落礦爆破作業(yè)中，大塊產(chǎn)出率高是其中的一個突出問題，根據(jù)上述引起這一問題的原因分析，提出采用360°環(huán)形中深孔爆破落礦工藝，這一工藝在傳動扇形中深孔爆破工藝下進行了適當?shù)母倪M和優(yōu)化，經(jīng)由下向孔與上向孔相互穿插的方式，有效減少了爆破作業(yè)過程中的大塊區(qū)產(chǎn)生，甚至在一些時候可以將大塊區(qū)轉(zhuǎn)化為合格區(qū)，環(huán)形中深孔爆破下的設(shè)計如圖2所示。

圖2 環(huán)形中深孔塊度分布圖

3.1 環(huán)形中深孔爆破試驗方案

基于環(huán)形中深孔爆破工藝對塊度控制的有效作用，在地下礦井中選取了一盤區(qū)開展了環(huán)形中深孔爆破試驗，爆破工藝下的孔徑、排距、孔底距、炮孔密集系數(shù)等參數(shù)分別為76mm、1.5m、2.0m～2.5m、1.3～1.7，最小抵抗線為1.5m。炮孔與炮孔之間的連接采用的是導爆管，填塞長度、毫秒管腳線分別為3.5m、7m。

3.2 試驗結(jié)果

根據(jù)該地下礦山現(xiàn)場中環(huán)形中深孔爆破工藝的應用效果，發(fā)現(xiàn)這一工藝的優(yōu)勢非常突出，主要表現(xiàn)為：

（1）大塊率的產(chǎn)出相對較低。根據(jù)試驗盤區(qū)中大塊產(chǎn)出率數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)扇形中深孔爆破工藝下的平均大塊產(chǎn)出率較高，比環(huán)形中深孔爆破工藝大塊產(chǎn)出率高22.7%，環(huán)形中深孔爆破平均大塊產(chǎn)出率僅僅為10.3%，對塊度控制的作用非常明顯，爆破優(yōu)勢突出。

（2）環(huán)形中深孔爆破作業(yè)下的平均日供礦量相對較多，產(chǎn)能提高明顯，扇形中深孔爆破工藝下，平均日供礦量僅僅為298.07t，而環(huán)形中深孔爆破工藝下的平均日供礦量在450t以上，增長率非常大。

（3）大塊輔助時間有所減少。在整個的地下礦山作業(yè)過程中，因為環(huán)形中深孔爆破工藝有效實現(xiàn)了對塊度控制，也就使得在作業(yè)的同時，大塊處理的時間消耗相對較低，出礦效率高、產(chǎn)能提升。

4 環(huán)形中深孔爆破的缺陷及處理措施

雖然環(huán)形中深孔爆破工藝在地下礦山開采中具有多方面的工藝和技術(shù)優(yōu)勢，但因為現(xiàn)場環(huán)境的復雜性，再加上作業(yè)過程中存在諸多的不確定因素，使得在施工過程中也常常會伴隨著各種施工問題的存在，為達到最為理想的施工效果，工程人員在施工時應根據(jù)環(huán)形中深孔爆破存在的問題，采取有針對的問題處理對策。

4.1 退釬及鉆孔保護困難

下向環(huán)形孔施工作業(yè)進行的過程中，當非豎直向下的鉆孔施工作業(yè)結(jié)束以后，退釬困難是出現(xiàn)較為頻繁的施工問題。如果在施工過程中遇到了這一問題，現(xiàn)場作業(yè)人員必須要及時采取相應的處理措施來處理，否則，可能會影響環(huán)形中深孔爆破工藝的應用效果。一般情況下，當出現(xiàn)了退釬困難的現(xiàn)象以后，作業(yè)人員應根據(jù)現(xiàn)場條件，使用高壓風和高壓水設(shè)備，適當提高鉆桿、增大中沖擊器的直徑差來有效應對該問題。在環(huán)形孔的施工作業(yè)結(jié)束且達到施工要求以后，下向扇形孔孔口保護是關(guān)鍵的施工工序，如果作業(yè)人員缺乏對鉆孔的科學保護，其他施工作業(yè)開展時，可能會導致已經(jīng)處理好達到施工要求的下向扇形孔孔口出現(xiàn)破壞、堵塞的問題。當然，分次大爆破的盤區(qū)在第一次大爆破后拋擲到巖鑿塹溝里面的渣子可能會引起下向環(huán)形孔的破壞，針對這兩種問題，前一種問題可以通過專門套管的設(shè)計來實現(xiàn)對孔口的保護，后一種問題的處理上，需在兩次爆破分界面位置，做一堵簡易的混凝土墻來實現(xiàn)對鉆孔的保護。

4.2 下向扇形孔施工結(jié)束后孔內(nèi)會出現(xiàn)積水現(xiàn)象

在爆破作業(yè)中多使用的是硝銨炸藥，這一類炸藥的性質(zhì)相對特殊，極易溶解于水中，炸藥溶解于水的特性可能會對最終的爆破效果產(chǎn)生不利影響，正是因為爆破效果不佳，使得在地下礦山中深孔落礦爆破作業(yè)中，存在著大塊產(chǎn)出率高的問題。針對這一情況，在施工作業(yè)開展的過程中，相關(guān)人員應重視這一問題的處理，及時采取有效的處理方式將孔內(nèi)積水排出。在此地下礦山作業(yè)中，三段排水方法更為有效，具體來說，這一排水方式是借助于高壓風將孔內(nèi)多余的積水排出，在鑿巖巷道底板的相關(guān)部位，通過有效的排水溝布設(shè)來保障排水，而在鑿巖巷道低洼地段，水溝中排出的水在此處匯集以后，通過專門水泵的安裝，將水抽排出去。

5 結(jié)語

近年來，在各個礦山企業(yè)的開采作業(yè)中，深孔爆破工藝雖然得到了廣泛的應用，但是卻存在著大塊產(chǎn)出率高的問題，不僅影響了礦山作業(yè)的效率，更是影響了礦山企業(yè)的產(chǎn)能和效益。因此，伴隨著深孔爆破工藝的日漸進步，各個礦山企業(yè)在開采作業(yè)的過程中，都應該重視塊度控制技術(shù)的科學應用。