露天礦山臺階爆破過程中產(chǎn)生大塊和根底的解決辦法*

白二濤

（青海鴻鑫礦業(yè)有限公司，青海 格爾木 816000）

牛苦頭露天采場為深凹露天礦山，邊坡角要求在65°～70°之間，組成該礦邊坡的巖性主要有大理巖、花崗巖、矽卡巖等，巖石硬度系數(shù)8～12。前期該露天礦山采用中深孔多排微差爆破，在爆破過程中經(jīng)常會產(chǎn)生大塊以及根底，導致工作平臺凹凸不平，不僅給后續(xù)鏟裝、運輸工作帶來困難，而且二次爆破使得采礦成本提高。本文通過多年的爆破實踐，主要針對露天礦山大塊以及根底產(chǎn)生的因素進行詳細的分析和總結(jié)，并提出一系列解決辦法來減少大塊和避免根底生成。

1 大塊、根底的產(chǎn)生

1.1 產(chǎn)生部位

通過對?？囝^露天采場長期的爆破工程實踐來看，大塊產(chǎn)生的主要部位是：孔網(wǎng)布置較大部位、孔口部位、同一爆區(qū)軟、硬礦巖的分界處、底盤抵抗線過大的臺階底部、節(jié)理裂隙較發(fā)育、地質(zhì)較復雜位置、未堵塞的廢孔周圍、及盲炮周圍。根底主要出現(xiàn)在水孔區(qū)域，孔網(wǎng)布置較大部位、底盤抵抗線過大的臺階底部，超深選取不當位置、盲炮部位。

1.2 產(chǎn)生的原因

爆后出現(xiàn)根底和大塊的主要原因包括以下幾個方面：①未按設(shè)計穿孔，使得炮孔底部不在同一標高上；②水孔區(qū)域，裝藥施工困難，一部分藥量裝不到孔底，導致出現(xiàn)根底；③超深選擇不合理，超深過大時降低了裝藥的藥柱，爆炸能量消耗在底板以下原巖中，因此導致大塊的出現(xiàn)。超深較小時，會抬高底盤，容易產(chǎn)生根底；④相關(guān)孔網(wǎng)參數(shù)不太合理；⑤起爆的方式和爆破延遲時間選取不合理；⑥前排炮孔底盤抵抗線偏大；⑦節(jié)理裂隙較發(fā)育，爆能未有效利用；⑧未堵塞的廢孔；⑨爆區(qū)成孔不理想，平均每次爆破施工都會存在5%～10%的堵孔；⑩鉆孔質(zhì)量不符合驗收標準；盲炮。

2 提高爆破質(zhì)量的技術(shù)措施

2.1 選擇合理的爆破參數(shù)

2.1.1 底盤抵抗線

底盤抵抗線指的是臺階坡底線至第一排炮孔中心軸線的水平距離，它是影響露天礦山深孔爆破的一個重要指標[1-3]。如果該參數(shù)過大的話，就會導致爆破效果不佳，造成較大的根底；過小的話爆破能量不能得到充分利用，爆破效率低。在實際爆破工作中，為克服頭排孔底盤抵抗線過大，通常在頭排孔布置傾斜鉆孔或加密孔。目前?？囝^露天采場底盤抵抗線為礦石為2.5 m，廢石為4 m。

2.1.2 孔距和排距

查詢露天爆破設(shè)計規(guī)程，我國大部分露天礦山深孔爆破采用公式b=0.866a，式中a表示的是孔距，b則表示的是排距，這是梅花型布孔的等邊三角形公式即每個炮孔之間的距離相等，可以充分利用爆炸能量對巖石進行做功，以達到預期的爆破效果[1-3]。牛苦頭露天礦山根據(jù)多年的爆破經(jīng)驗以及爆破參數(shù)優(yōu)化，目前固化的參數(shù)如表1。

表1 優(yōu)化前后臺階爆破參數(shù)表Tab.1 Bench blasting parameters before and after optimization

優(yōu)化后的孔網(wǎng)參數(shù)，孔排距分布更加合理，更有利于提升爆破質(zhì)量、降低炸藥單耗。

2.1.3 超深

超深是指鉆孔超出臺階底盤標高的那一段孔深，其作用是降低裝藥中心的位置，以便有效地克服臺階底部阻力，避免或減少根底，以形成平整的底部平盤[4-5]。按照經(jīng)驗超深值確定h=（5～10）d。牛苦頭露天采場根據(jù)巖石性質(zhì)進行劃分，堅硬礦巖超深取（1～1.5）m，軟巖超深取0.5 m。

2.1.4 填塞長度

炮孔的填塞要注意保護好藥包的引出線路，不得受損，不得掉入孔中。此外填塞物，只能用穿孔中排出的巖渣和炮泥填塞，嚴禁用塊石填塞。填塞結(jié)構(gòu)應采用連續(xù)填塞，直到孔徑填滿為止，注意填塞質(zhì)量，回填作業(yè)時使用地表粗顆粒及鉆渣進行均勻回填并進行搗實。?？囝^露天采場通過近幾年對填塞長度不斷的優(yōu)化，目前填塞長度取值為（3.5～4.0） m，其中礦石塊段填塞長度為3.5 m，廢石塊段填塞長度為（3.5～4.0）m。

2.1.5 單位炸藥消耗量

主要影響單位炸藥消耗的因素除了巖石的可爆性能，還有就是炸藥的物理特性以及自由面條件和其對塊段要求[6-8]。依據(jù)巖石性質(zhì)和爆破經(jīng)驗，在保證爆破安全的前提下，可以合理調(diào)整q來提升爆破質(zhì)量。目前，牛苦頭露天采場廢石塊段炸藥單耗為0.40 kg/m3，礦石塊段炸藥單耗為0.65 kg/m3，預裂孔線裝藥密度為0.55 kg/m。該礦山經(jīng)過多年的爆破效果論證，目前炸藥單耗是合理的。

2.1.6 單孔裝藥量

牛苦頭露天采場采用余長法確定單孔裝藥量，具體做法為在完成布孔設(shè)計的情況下，根據(jù)施工經(jīng)驗、該爆破塊段上部破碎層厚度和該塊段礦巖可爆性確定該爆破塊段填塞長度的取值，從而確定單孔裝藥量。目前該礦山120 mm孔徑的炮孔，礦石單孔藥量為（80～100） kg，廢石單孔藥量為（75～90） kg。

2.2 嚴格穿爆管理，確保穿孔質(zhì)量

2.2.1 布孔

①嚴格按照設(shè)計孔網(wǎng)參數(shù)進行布孔，每個孔都必須有對應的信息，包括孔號、孔深、孔口標高等，測量必須保證每個孔孔底在同一水平線上；②布孔完畢要將實際布孔孔位回收并制成電子圖紙，并在鉆孔完成后對比實際鉆孔和布孔的誤差。

2.2.2 鉆孔

①鉆機進場前爆破技術(shù)員要與鉆機操作手進行技術(shù)交底，將爆區(qū)炮孔信息交底至操作手，鉆機操作手嚴格按照炮孔信息要求的孔深、角度作業(yè)，嚴禁按照自我意愿胡亂鉆孔；②在鉆機施工過程中，如遇到拋渣過深、水量過大等無法成孔的情況，必須及時報告技術(shù)員，技術(shù)員根據(jù)實際情況進行調(diào)整，并記錄調(diào)整后的炮孔情況，及時更改爆破設(shè)計。

2.2.3 驗收

①驗收時每個炮孔的孔深、角度、位置，與設(shè)計的數(shù)據(jù)進行對比，每個炮孔要求深度誤差在±0.3 m、角度±2°、位置±0.5 m，對不合格炮孔必須進行補孔、透孔；②廢石塊段成孔率應達到90%，礦石塊段成孔率應達到95%，預裂孔成孔率應達到100%。

2.3 優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)

前期該露天礦山采用的是連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，布置兩個起爆藥包，分別位于裝藥高度的1/3、2/3處，正向起爆，由于連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)的裝藥量大，在爆炸瞬間釋放能量過快，能量利用時間短、利用率低，會導致孔口產(chǎn)生大塊且不耦合裝藥存在溝槽效應，會導致炸藥爆速降低。針對以上現(xiàn)狀，2020年該礦山采礦技術(shù)人員、爆破工程技術(shù)人員針對連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)的缺點，在對前期的爆破經(jīng)驗進行總結(jié)之后，從爆破技術(shù)角度出發(fā)，改變了以往連續(xù)裝藥的方式，改用空氣間隔裝藥反向起爆，上下段各一個起爆藥包。這樣一來，采用空氣間隔裝藥可以避免掉由于局部過早破碎而造成爆炸氣體過早溢出，就可以使炮孔爆破的時間得到延長，使炸藥能量分布變得均勻，減小了爆破粉碎區(qū)，擴大了爆破破碎區(qū)，降低了爆破震動，使爆破能量得到了很好的利用，從而使爆破的效果得到了改善。目前該礦山裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 連續(xù)裝藥和間隔裝藥裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Charge structure chart of continuous charge and interval charging

2.4 采用V形起爆方式

2.4.1 排間起爆

?？囝^露天采場前期起爆方式大部分采用排間微差爆破，如圖2所示。排間起爆優(yōu)點：①聯(lián)網(wǎng)簡單易操作；②爆堆鋪散范圍大，易于多臺挖機作業(yè)；③爆堆角度低，安全性能高；排間起爆缺點：④單響藥量大，爆破振動強；⑤爆堆鋪散遠，不利于陡幫開采；⑥爆破能量利用率低，爆破效果相對較差。

圖2 排間微差網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.2 Network diagram of row-to-row short-delay

根據(jù)以往現(xiàn)場實施效果來看，采用排間起爆會導致爆破大塊率過高，影響工作效率，增加破碎成本。為了解決礦巖大塊率問題，該礦山采礦技術(shù)員通過研究分析和現(xiàn)場實驗，改變礦巖的起爆方式，采用V型起爆，利用聯(lián)網(wǎng)方式改變爆破過程中炮孔的自由面數(shù)目和應力波反射效果。

2.4.2 “V”形起爆

V形起爆網(wǎng)路示意圖如圖3所示。目前該礦山采用“V”形起爆順序，通過孔內(nèi)高段位雷管，孔外低段位雷管的組合先從爆破中部爆出一個V字形的空間，為后段深孔的爆破提供自由面，然后兩側(cè)同段起爆。該爆破順序的優(yōu)點是礦巖向中間崩落，加強了碰撞和擠壓，改善了礦巖的破碎效果。

圖3 V形起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.3 Network diagram of v-type initiation

2.5 選擇合理的毫秒延期間隔時間

選擇合適的孔間毫秒延期間隔時間對爆破效果特別重要，?？囝^露天采場采用的公式為△t=kW[2-5]，式中△t為先后起爆的相鄰孔間起爆間隔時間，ms；k是系數(shù)，露天臺階爆破大多在（2～5） 左右。按照礦山多年來的爆破經(jīng)驗，孔間延時（25～75） ms左右，牛苦頭露天采場選取25 ms型。

2.6 優(yōu)化鉆孔方法

在露天臺階爆破中，通常有2種鉆孔形式，即垂直孔和傾斜孔。垂直孔適用于各種工程地質(zhì)條件，操作相對來說比較簡單，鉆孔速度相對比較快，效率高。但是爆破后大塊率較高，經(jīng)常留有根底，而且臺階坡頂后拉現(xiàn)象比較嚴重，爆堆后方平臺穩(wěn)定性差。采用傾斜炮孔爆破時，抵抗線分布相對比較均勻，爆破后不容易出現(xiàn)大塊和根底，但斜孔穿孔速度太慢，難以滿足生產(chǎn)需要。

面對上述難題，?？囝^露天采場則采用垂直炮孔和傾斜炮孔相結(jié)合的方法來解決頭排孔抵抗線較大的問題，即第一排孔打斜孔，后排孔打垂直孔，這樣一來既不影響穿孔和爆破效率，又能很好地改善爆破質(zhì)量。

2.7 確保水孔裝藥質(zhì)量

該礦山采場坑內(nèi)涌水較大，采礦作業(yè)區(qū)域內(nèi)基本都為水孔，在實際生產(chǎn)中要抽干孔中的水是做不到的，為了確保水孔裝藥質(zhì)量，采取如下措施：①使用高密度乳化炸藥，前期該礦山使用90乳化炸藥密度接近水的密度，導致藥不到底，后期該礦山通過與生產(chǎn)廠家溝通，提高乳化炸藥的密度；②投放藥包不能太快，確保第一個藥包沉降到位后才投放第二個藥包；③當藥包沉降太慢或不到位時，用平頭長竹竿慢慢施壓，切忌亂壓亂捅，以免捅破條型藥包。

3 加強爆破器材的管理

一定要對起爆器材的質(zhì)量進行保證，在選擇和引進生產(chǎn)廠家的起爆器材一定要嚴格、仔細，確定合格后方可引進，以免起爆器材不合格；一定要確保炸藥的質(zhì)量，炸藥質(zhì)量不合格會導致半爆甚至拒爆，會形成根底和大塊。

4 結(jié)語

1）該露天礦山在總結(jié)以往爆破經(jīng)驗的基礎(chǔ)上采取了以上減少爆破根底和改善大塊的爆破技術(shù)措施，目前爆破效果得到有效改善，根底的產(chǎn)出率由之前的8%降到了3%以下，大塊產(chǎn)出率由之前的10%降到了5%以下，大大提高了采裝設(shè)備的效率、減少了設(shè)備的磨損消耗；

2）以上措施提高了該礦山爆破工程質(zhì)量，降低了根底和大塊率，減少了二次爆破和破碎成本，滿足經(jīng)濟、高效的生產(chǎn)要求。