基于炸藥單耗對礦石機械破磨能耗影響的試驗研究

王銳，耿圖禹，趙麗君

（鞍鋼礦業(yè)爆破有限公司，遼寧 鞍山 114046）

選礦過程中一般涉及到礦巖的初破、中破、細(xì)破及碾磨等階段，為了保證破磨過程的順利進(jìn)行，需要對各工序的設(shè)備投入量、各工序的銜接過程等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并需要在生產(chǎn)過程中根據(jù)塊度及巖性對各類設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整[1-4]。在礦山開采的工作中，會發(fā)生很多的因素導(dǎo)致機械受到破壞和磨損，這就產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)問題[5-6]。想要減低工作時機械的磨損程度，就要弄清其產(chǎn)生影響的因素，爆破工序就是極為重要的一點，其中炸藥單耗對爆破效果起著決定性的作用[1，7-9]。

以往研究表明，隨著孔網(wǎng)參數(shù)的變大炸藥單耗減小的情況下，破碎塊度逐漸增大，破碎效果逐漸變差，系統(tǒng)破裂度逐漸增大，平均損傷因子逐漸增大，通過上述數(shù)據(jù)可看出增大單耗可以明顯改善爆破效果。本文在上述研究成果基礎(chǔ)上，在某礦北采針對透閃礦石區(qū)域開展臺階爆破試驗研究，進(jìn)一步分析了炸藥單耗對后續(xù)機械破磨能耗的影響。臺階爆破結(jié)果表明，隨著炸藥單耗的增大，礦石的爆破塊度總體呈現(xiàn)出減小的趨勢；相同碾磨時間下小于75 um礦粉的占比基本呈逐漸增大趨勢，當(dāng)炸藥單耗超過某一范圍數(shù)值時，占比基本不變。由此可以認(rèn)為，在臺階爆破情況下，通過控制其他變量不變的情況下，存在最佳的炸藥單耗，使礦石破碎效率最優(yōu)，可以通過調(diào)整炸藥單耗來降低機械破磨能耗費用。

1 炸藥單耗對爆破效果的現(xiàn)場小臺階試驗

在前期預(yù)研和分析工作基礎(chǔ)上[10]，在某礦山北采透閃礦區(qū)開展小臺階爆破試驗研究，以期為工程設(shè)計提供有力的數(shù)據(jù)支持。小臺階試驗的尺度縮比大致為1：10，通過改變孔網(wǎng)負(fù)擔(dān)面積來控制單耗藥量，隨著認(rèn)識的不斷深入，并結(jié)合現(xiàn)場的施工條件，開展小臺階試驗前對以上孔網(wǎng)參數(shù)做了適當(dāng)調(diào)整。首先進(jìn)行連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)的試驗，分為6個不同爆破參數(shù)的區(qū)域，每區(qū)16個孔，布孔形式為矩形，每孔用2發(fā)雷管在孔底起爆。根據(jù)每孔的平均負(fù)擔(dān)面積，單耗藥量變化范圍為0.21 kg/t～0.56 kg/t。最終試驗參數(shù)如表1所示。

表1 小臺階試驗實際采用的孔網(wǎng)參數(shù)

1.2 現(xiàn)場爆破試驗及塊度測試

爆破前首先進(jìn)行了孔網(wǎng)參數(shù)的測量及確認(rèn)，測量完畢后進(jìn)行起爆網(wǎng)絡(luò)的連接。起爆網(wǎng)絡(luò)連接并檢查完畢后，開始起爆，6個區(qū)域一次完成爆破。爆破后人員進(jìn)場，對各區(qū)域的爆破塊度進(jìn)行統(tǒng)計。

2 炸藥單耗對后續(xù)機械破磨能耗的影響規(guī)律

在每個爆區(qū)隨機取30 kg破碎塊體，并將這些塊體破碎至2 mm，所消耗的能量如表2所示。由表可得，隨著炸藥單耗的增大，將特定體積礦石破碎至2 mm礦粒所消耗的能量呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當(dāng)炸藥單耗為0.32 kg/t時，所需的破碎能耗最小為824 J，表明該單耗下可使礦石充分破碎。

表2 不同爆區(qū)爆破碎塊破碎至2mm所消耗的能量

礦石破碎至2 mm后，把30 kg巖石進(jìn)行分成十六等份，取其中兩份，在每份中稱量出100 g進(jìn)行篩分，獲取篩分曲線如圖1所示。由圖可得，顆粒級配曲線與炸藥單耗的變化規(guī)律并不明顯，V區(qū)的顆粒粒徑最小，III區(qū)的顆粒粒徑最大；IV區(qū)和VI區(qū)的變化規(guī)律基本一致。

圖1 破碎至2mm后的顆粒篩分曲線

將每個爆區(qū)2 mm（破碎機的出口尺寸）以下礦石樣品分別各取1.0 kg進(jìn)行研磨，研磨時間分別為3 min、5 min、10 min和30 min。研磨后用篩孔尺寸為1 mm、0.280 mm、0.154 mm、0.075 mm的篩子進(jìn)行振動篩分。每次篩分量取值為100 g，每個爆區(qū)按不同的研磨時間各測兩次。

不同碾磨時間下的篩分曲線如圖2所示。由圖可得，來自IV區(qū)及VI區(qū)的礦體最容易碾磨，相同碾磨時間下的礦粒尺寸明顯小于其他各區(qū)。當(dāng)碾磨10 min后，特征尺寸小于75 um的礦粉比例已達(dá)80%左右；當(dāng)碾磨30 min后，各區(qū)特征尺寸小于75 um的礦粉比例均達(dá)到98%以上。

圖2 不同碾磨時間下的篩分曲線

不同碾磨時間下礦粉小于75 um的占比如圖3所示。由圖可得，隨著爆區(qū)編號（炸藥單耗）的增大，相同碾磨時間下小于75 um礦粉的占比基本呈逐漸增大趨勢，當(dāng)炸藥單耗超過0.32 kg/t（IV區(qū)）時，占比基本不變。由此可以初步認(rèn)為，在此透閃礦區(qū)臺階情況下，0.32 kg/t是最佳的炸藥單耗，使透閃礦石內(nèi)部破碎效果較好，機械破磨能耗較低。

圖3 不同碾磨時間下礦粉小于75 um的占比

3 結(jié)論

當(dāng)起爆延時一致上，隨著間排距的減小，通過增加炸藥單耗，爆破塊度迅速減小，炸藥單耗越大，礦石破碎越好，礦石破磨成礦粉能耗越小，通過小臺階爆破的現(xiàn)場試驗，可以看出隨著炸藥單耗的增大，礦石的爆破塊度總體呈現(xiàn)出減小的趨勢，將礦石破碎成2 mm礦粒的能量也呈逐漸降低的趨勢，但降低的趨勢逐漸變緩；從不同爆區(qū)的碾磨實驗可以看出，隨著炸藥單耗的增大，碾磨效率逐漸提高，但提高趨勢逐漸變緩，當(dāng)炸藥單耗大于一定值時，礦石的碾磨效率基本不變，存在最優(yōu)單耗使破碎效率最優(yōu)。