深孔爆破技術(shù)在采礦作業(yè)中的應(yīng)用分析

余小明

（核工業(yè)華東二六七工程勘察院，江西 九江 332000）

在礦山開采當(dāng)中，深孔爆破技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是礦山開采中需要重點推廣的技術(shù)手段。因此目前國內(nèi)外礦山開采都將這一技術(shù)作為重點開采技術(shù)，同時針對以往存在大量應(yīng)用問題的開采技術(shù)和爆破技術(shù)均利用深孔爆破技術(shù)替代[1]。深孔爆破技術(shù)在實際應(yīng)用中可以通過對不同采礦作業(yè)條件，結(jié)合多種有效的開采手段和設(shè)備，實現(xiàn)對礦產(chǎn)資源的開發(fā)和開采。若能夠?qū)崿F(xiàn)對深孔爆破技術(shù)的合理運用，則不僅能夠有效提升采礦作業(yè)的安全性，為作業(yè)人員人身安全提供保障，降低開采事故的發(fā)生率，同時還能夠改善作業(yè)條件，進(jìn)一步提升開采力度和生產(chǎn)效率，縮短爆破周期。但在實際應(yīng)用中，由于礦床的地質(zhì)條件十分復(fù)雜，針對不同巷道寬度較窄、自由面少的采礦區(qū)域，采用現(xiàn)有深孔爆破技術(shù)仍然存在諸多問題和不良現(xiàn)象，例如亂鉆眼、鉆眼少、裝藥多等。這些問題的存在使得當(dāng)前深孔爆破技術(shù)無法發(fā)揮其真實的應(yīng)用效益，并在一定程度上限制了采礦作業(yè)水平的穩(wěn)步提升?；诖?，本文針對當(dāng)前采礦作業(yè)中存在的問題，對深孔爆破技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，開展深孔爆破技術(shù)在采礦作業(yè)中的應(yīng)用分析研究。

1 深孔爆破技術(shù)在采礦作業(yè)中的應(yīng)用研究

1.1 設(shè)置深孔爆破參數(shù)

為了取得更好的爆破效果，在進(jìn)行采礦作業(yè)爆破前，需要對深孔爆破各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。深孔爆破參數(shù)主要包括：炮孔直徑、炮孔深度等。首先，針對炮筒直徑參數(shù)設(shè)定。這一參數(shù)主要取決于采礦作業(yè)區(qū)域的巖石性質(zhì)以及采礦時所使用的的鉆機(jī)設(shè)備類型。一般采礦作業(yè)當(dāng)中，深孔鉆機(jī)設(shè)備的直徑通常在85mm以上，200mm以下。在完成對鉆機(jī)設(shè)備型號的初步確定后，其對應(yīng)的鉆孔孔徑數(shù)值也能夠確定，目前采礦中常見的幾種深孔孔徑包括55mm、75mm、100mm和120mm。其次，再對炮孔的深度進(jìn)行選擇。炮孔的深度會直接影響到后續(xù)巷道掘進(jìn)爆破效果，同時選擇合適的炮孔深度能夠有效避免在開采的過程中出現(xiàn)沖炮情況，以此能夠進(jìn)一步實現(xiàn)對炸藥能量的充分利用。在對炮孔的深度進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)注意實際爆破方向與藥柱結(jié)構(gòu)最小抵抗線方向不可形成平行或重合的結(jié)構(gòu)，同時，炮孔的深度應(yīng)當(dāng)比最小抵抗線的數(shù)值更大[2]。通過大量實踐得出結(jié)論，當(dāng)炮孔的深度越深，則爆破的效果越好。其主要原因是炮孔的深度不僅能夠有效縮短每米的鉆孔時間，同時對于炮孔的利用效率也能夠得到進(jìn)一步提升，進(jìn)一步加快爆破施工的進(jìn)程，從而達(dá)到節(jié)約采礦成本的目的。針對不同的邊界條件，對炮孔深度設(shè)計時可分別按照表1中幾種條件進(jìn)行選擇。

表1 不同條件下炮孔深度選擇

表1中，L表示為爆破炮孔深度；H表示為采礦作業(yè)時的中斷高度。根據(jù)不同的爆破位置，按照表1中的內(nèi)容選擇合適的炮孔深度，以此達(dá)到最理想的爆破效果。

1.2 選擇爆破裝藥方式

在對爆破裝藥方式進(jìn)行選擇時，本文選用機(jī)械化裝藥方法。裝藥方式主要包括兩種，一種為連續(xù)不斷的裝藥，另一種為分批次、分段完成裝藥。其中連續(xù)裝藥是將炸藥通過連續(xù)裝填的方式放入到相應(yīng)位置上[3]。當(dāng)炸藥的長度較短時，可以通過一發(fā)雷管輔助，并將其放置在底部反向起爆的位置上。當(dāng)裝藥的長度超過8m時，則此時可采用兩發(fā)雷管輔助，將其中一發(fā)放置在藥柱底部，將另一發(fā)放置在藥柱頂部，以此也能夠?qū)崿F(xiàn)反向起爆的效果。分段裝藥是將單孔藥量進(jìn)行分割，并將其放置在兩個及兩個以上的藥柱當(dāng)中，藥柱與藥柱之間通過巖渣進(jìn)行分隔。采用這種爆破裝藥方式可以有效削弱炸藥爆炸時產(chǎn)生的風(fēng)壓，并減小巖石的過度粉碎程度。確定爆破裝藥的方式后，需要通過炮孔堵塞的方式進(jìn)一步改善爆破效果。對于部分礦體存在終端相對較高的問題，其炮孔的堵塞長度應(yīng)當(dāng)在2.5m～3.5m范圍以內(nèi)。在選擇炮孔堵塞材料時，可直接采用采礦作業(yè)現(xiàn)場的巖渣作為堵塞材料，或采用炮泥，但嚴(yán)禁使用石塊進(jìn)行堵塞。在對爆破過程中單位炸藥消耗量進(jìn)行設(shè)定時，應(yīng)當(dāng)考慮到采礦作業(yè)區(qū)域巖石硬度、均勻性和最小抵抗線等條件。在一定爆破條件下，不同的巖石結(jié)構(gòu)其適合的單耗差異較大。以鐵礦為例，針對鐵礦礦體的炸藥單耗通常在0.45kg/m3～0.65kg/m3范圍以內(nèi)。在實際采礦作業(yè)中應(yīng)當(dāng)根據(jù)巖石的不同硬度對單位炸藥消耗量進(jìn)行選擇。一般巖石硬度在0.8f～2f范圍內(nèi)，單位炸藥消耗量應(yīng)為0.45 kg/m3；巖石硬度在3f～4f圍內(nèi)，單位炸藥消耗量應(yīng)為0.48 kg/m3；巖石硬度在4f以上，單位炸藥消耗量應(yīng)在0.49 kg/m3以上。

1.3 巷道掘進(jìn)爆破

針對采礦作業(yè)中的巷道掘進(jìn)爆破進(jìn)行優(yōu)化，在爆破時需要在保障周圍采礦作業(yè)安全的前提條件下按照規(guī)定的斷面結(jié)構(gòu)將巖石爆破，以此形成為采礦作業(yè)提供良好條件的運輸和作業(yè)巷道。通常情況下，巷道掘進(jìn)爆破的區(qū)域范圍不大，藥量較少，但由于只在一個自由面上進(jìn)行爆破，因此其夾制作用相對明顯。針對這一問題，需要對具備不同功能的炮眼安置在各個位置上，并采用合理的施工方式和爆破參數(shù)完成爆破。針對爆破炮眼的選擇，根據(jù)其不同用途和功能可劃分為四種，分別為掏槽眼結(jié)構(gòu)：在完成爆破時會形成新的自由面，并且為后續(xù)爆破提供良好的爆破條件；崩落眼結(jié)構(gòu)：造成巖石破碎的主要炮孔結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行巷道掘進(jìn)爆破的過程中，通過崩落眼結(jié)構(gòu)結(jié)合前面形成的自由面構(gòu)建一個體積相對較大的破碎型漏斗；周邊眼結(jié)構(gòu)：可在巷道掘進(jìn)爆破中保障斷面形狀、大小以及基本輪廓，為巷道施工提供控制條件；?眼結(jié)構(gòu)：確保巷道掘進(jìn)爆破完成后巷道底部的平整。

在進(jìn)行巷道掘進(jìn)爆破作業(yè)前，一般只存在一個自由面，因此對于爆破效果會造成不利影響，為了形成新的爆破自由面，應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要對掘進(jìn)位置進(jìn)行選擇，并完成提前起爆。為了進(jìn)一步提高爆破效率，應(yīng)當(dāng)對掏槽進(jìn)行選擇。一般可采用螺旋式掏槽方式，圍繞中心孔的炮孔，以螺旋式對槽腔擴(kuò)大，從而形成面積更大的掏槽。在打孔條件允許的情況下，可將炮孔直徑控制在100mm左右，以此避免巖石壓實的情況產(chǎn)生，達(dá)到更加理想的掏槽效果。

2 應(yīng)用效果分析

通過上述對深孔爆破技術(shù)在采礦作業(yè)中的應(yīng)用原理進(jìn)行分析，在這些理論內(nèi)容的基礎(chǔ)上，以某采礦企業(yè)正在開采的礦體作為依托，對其進(jìn)行開采和爆破設(shè)計，并在現(xiàn)場完成深孔爆破應(yīng)用實驗。已知該礦體頂板結(jié)構(gòu)大部分為灰?guī)r結(jié)構(gòu)，少量巖石為蝕變閃巖，局部分布少量矽卡巖。其中，后兩種巖性巖石不穩(wěn)定。該礦床當(dāng)中具有礦產(chǎn)資源賦存條件的巖石主要以磁鐵石英巖為主，其內(nèi)部賦存大量鐵礦石資源。在應(yīng)用深孔爆破技術(shù)時，主要針對該礦體中#101巷道和上部#105巷道礦體進(jìn)行開采，礦體整體傾斜角度為65°～90°，巷道規(guī)格為4.6m×4.3m和4.8m×4.5m。按照圖1所示內(nèi)容，對采礦作業(yè)區(qū)域進(jìn)行掘進(jìn)炮孔布置。

圖1 采礦作業(yè)區(qū)域掘進(jìn)炮孔布置示意圖

按照圖1所示內(nèi)容對掘進(jìn)炮孔布置，除中心空孔以外，其余炮眼均與上部結(jié)構(gòu)之間預(yù)留出0.2m距離，同時采礦作業(yè)區(qū)天井?dāng)嗝娴囊?guī)格為1.8m×1.8m的正方形結(jié)構(gòu)，炮眼數(shù)為12個，角度為90°。完成對炮孔的布置后，按照本文上述巷道掘進(jìn)爆破論述內(nèi)容，實現(xiàn)對該采礦作業(yè)區(qū)的爆破。在完成爆破后，選擇將每米崩礦量和炸藥單耗作為評價指標(biāo)，對爆破效果進(jìn)行分析，并得到如表2所示記錄結(jié)果。

表2 爆破效果記錄表

從表2中得出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，五次爆破當(dāng)中平均每米崩礦量為（6.7+8.7+7.2+6.9+7.4）/5=7.38 t/m，平均炸藥單耗為（0.42+0.32+0.37+0.31+0.38）/5=0.36 kg/t。將上述得出數(shù)據(jù)與該采礦區(qū)域以往爆破記錄當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)對比得出，無論是每米崩礦量還是炸藥單耗其效果均為最佳結(jié)果。因此，通過上述應(yīng)用效果分析證明，本文優(yōu)化后的深孔爆破技術(shù)在應(yīng)用到真實的采礦作業(yè)項目當(dāng)中時，其爆破效果十分理想，可促進(jìn)采礦作業(yè)效率提高。

3 結(jié)語

通過本文上述論述，以巖石爆破作用理論作為理論基礎(chǔ)，從三個方面實現(xiàn)對深孔爆破技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計，并通過實際應(yīng)用證明了該技術(shù)的應(yīng)用可行性。在實際應(yīng)用中，采礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照深孔爆破技術(shù)的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行各項操作，以此在大大提升采礦效率的同時，解決現(xiàn)有采礦中存在的問題。若該技術(shù)在實際應(yīng)用中未能夠得到有效的使用，則對于周圍采礦作業(yè)人員會造成極為嚴(yán)重的威脅。因此，在后續(xù)的研究當(dāng)中，本文還將從提高采礦作業(yè)安全方面開展研究，并重點探討深孔爆破技術(shù)應(yīng)用時的注意要點，從而進(jìn)一步提高該項技術(shù)的安全性。