急傾斜薄礦脈夾制作用下中深孔爆破模擬與參數(shù)優(yōu)化

安 龍, 張家華, 李元輝, 韓 琳

(1. 東北大學(xué) 深部金屬礦山安全開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽 110819; 2. 山東黃金集團(tuán)有限公司, 山東 濟(jì)南 250101)

金屬礦薄礦脈在我國分布廣泛,主要以有色金屬資源為主,該類礦體的地質(zhì)儲(chǔ)量豐富,開采量占有色金屬總出礦量的10%以上[1].薄礦脈因其自身的稀有稀貴金屬屬性,使其具有重要的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略價(jià)值.薄礦脈開采受限于礦體厚度,傳統(tǒng)上主要采用淺孔留礦法、削壁充填法和進(jìn)路充填法,導(dǎo)致礦山生產(chǎn)能力和作業(yè)效率低、生產(chǎn)成本高,嚴(yán)重制約了該類礦體的安全、高效開采.為解決薄礦脈的開采難題,國內(nèi)外礦山普遍推廣中深孔開采技術(shù)[2-3].中深孔開采的安全性、高效性及經(jīng)濟(jì)性使其成為一種極具潛力的薄礦脈開采技術(shù),該技術(shù)的應(yīng)用也加大了對回采爆破質(zhì)量的要求.爆破極易造成采場的超欠挖,引起大量礦石的損失或貧化.在窄小自由面條件下,回采爆破是薄礦脈中深孔開采與厚大礦體中深孔開采的顯著區(qū)別.窄小自由面的存在,導(dǎo)致炸藥爆炸受到周圍巖體的夾制作用,增加了爆破難度[3].一方面,當(dāng)爆破能量較小時(shí),在圍巖夾制作用下,爆破后易留下巖墻和巖柱,出現(xiàn)“爆不開”的問題;另一方面,當(dāng)爆破能量較大時(shí),爆破將設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的礦石破碎后,剩余的能量又造成了上、下盤圍巖的破壞和損傷,出現(xiàn)“爆太開”的問題.開展夾制作用下中深孔爆破參數(shù)的優(yōu)化研究,設(shè)計(jì)合理的爆破參數(shù),準(zhǔn)確控制爆破能量分布是急傾斜薄礦脈中深孔開采亟待解決的關(guān)鍵難題.中深孔爆破參數(shù)的確定主要采用經(jīng)驗(yàn)類比、爆破實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法[4].經(jīng)驗(yàn)類比法依賴于爆破工程數(shù)據(jù)的積累與人為主觀判斷,爆破參數(shù)確定的合理性難以保障,使爆破室內(nèi)實(shí)驗(yàn)受到炸藥安全性的限制難以開展.現(xiàn)場試驗(yàn)成本高、可重復(fù)性小,而爆破數(shù)值模擬方法作為一種快速、低成本、可視化的計(jì)算實(shí)驗(yàn)手段,被廣泛用于分析巖體爆破機(jī)理和優(yōu)化回采爆破參數(shù).爆破數(shù)值模擬方法主要為有限元法(LS-DYNA,Abaqus)、有限差分法(FLAC)、離散元法(PFC)、光滑粒子流法(SPH)及以上方法的耦合應(yīng)用方法[5-8].以LS-DYNA為代表的有限元計(jì)算方法通過引入巖體損傷本構(gòu)模型,實(shí)現(xiàn)爆破載荷作用下的巖體破裂模擬,但這種方法無法模擬爆破過程中巖體的真實(shí)開裂和拋擲現(xiàn)象[9-14].離散元和光滑粒子流方法雖然能夠真實(shí)模擬巖體的大變形與開裂,但難以準(zhǔn)確模擬爆炸載荷與爆生氣體的作用[15].為此,本文提出了一種基于LS-DYNA與PFC方法耦合的巖體爆破數(shù)值模擬方法[3].該方法針對炸藥爆炸過程中的爆炸應(yīng)力波和爆生氣體作用時(shí)間的差異性,將爆破全過程劃分為“動(dòng)壓作用階段”和“準(zhǔn)靜壓作用階段”.爆炸應(yīng)力波的加載速率大,炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的沖擊波作用時(shí)間小于1 ms,因此將爆炸應(yīng)力波作用時(shí)段定義為動(dòng)壓作用階段.爆生氣體的應(yīng)力加載速率小,其作用時(shí)間達(dá)到了幾十甚至上百毫秒,因此將爆生氣體的作用時(shí)段定義為準(zhǔn)靜壓作用階段.為真實(shí)模擬炸藥爆炸過程中巖石的大變形開裂和拋擲過程,采用離散元程序PFC模擬巖石材料.采用LS-DYNA動(dòng)力有限元程序模擬炸藥的爆轟過程,獲得作用在炮孔邊壁上的質(zhì)點(diǎn)速度時(shí)程曲線,并將其作為爆破應(yīng)力波載荷,實(shí)現(xiàn)爆破動(dòng)力加載.采用Weibull分布函數(shù)表達(dá)爆生氣體的壓力時(shí)程曲線,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜壓作用階段的壓力加載.

以內(nèi)蒙古某金礦急傾斜薄礦脈為工程依托,開展中深孔爆破參數(shù)的優(yōu)化研究,采用爆破經(jīng)驗(yàn)公式初步確定中深孔爆破的孔網(wǎng)參數(shù)值,運(yùn)用LS-DYNA與PFC耦合數(shù)值模擬方法,模擬薄礦脈回采爆破過程中爆生裂紋的演化規(guī)律,對比不同回采爆破參數(shù)對采場超欠挖、爆生裂紋密度和自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的影響,進(jìn)而確定最優(yōu)爆破參數(shù),并進(jìn)行現(xiàn)場爆破試驗(yàn)驗(yàn)證.

1 工程背景

內(nèi)蒙古某金礦為典型的急傾斜薄礦脈,礦脈連續(xù)性好,礦體傾角和厚度穩(wěn)定,傾角70°,厚度1.8～2.2 m.礦石以絹云母化蝕變巖為主,礦石平均質(zhì)量比為2 g/t,圍巖以斜長角閃片麻巖為主,礦體和圍巖穩(wěn)定性中等以上且礦巖力學(xué)參數(shù)近似,如表1所示.采用淺孔留礦法開采該類礦體,該方法的采場生產(chǎn)能力和效率低,人工作業(yè)量大,工人作業(yè)安全性差,生產(chǎn)成本高,采場回采后留下大量間柱和頂?shù)字Y源難于回采等問題.該礦山為保障作業(yè)人員的安全,提高采場的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率,計(jì)劃改用中深孔落礦的分段充填法開采,如圖1所示.該方法分段高為15 m,階段高為50 m,階段間留設(shè)5 m礦柱.沿礦體走向劃分分段采場,采場長40 m,厚度為礦體全厚,采用上向平行中深孔回采.階段內(nèi)自下向上進(jìn)行回采,分段內(nèi)自中央向兩翼進(jìn)行回采,采場內(nèi)自采場一翼向另一翼進(jìn)行回采.分段充填法將大幅提高礦山的生產(chǎn)能力和效率,但同時(shí)也對其回采爆破提出了更高要求,確定最優(yōu)中深孔爆破參數(shù),減少爆破對圍巖的損傷,避免爆破能量集中造成礦石過破碎,成為該方法在急傾斜薄礦脈礦山成功應(yīng)用的關(guān)鍵.

表1 礦巖力學(xué)參數(shù)

圖1 分段充填采礦法示意圖

2 中深孔回采爆破過程數(shù)值計(jì)算

2.1 中深孔回采爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

分段充填法回采爆破采用上向平行中深孔,其回采爆破參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括炮孔布置形式、炮孔深度、炮孔直徑、炮孔間距和抵抗線等[4, 16].受礦體厚度制約,薄礦脈中深孔布置形式對礦體的超欠挖有較大影響.根據(jù)礦脈厚度,可將其適用的炮孔布置形式分為“一字形”、“之字形”、“梅花形”及“方形”.當(dāng)?shù)V脈厚度w≤0.8 m時(shí),宜采用“一字形”布孔形式;當(dāng)?shù)V脈厚度大于0.8 m時(shí),采用“一字形”布孔方式易導(dǎo)致相鄰炮孔之間上、下盤區(qū)域出現(xiàn)欠挖.當(dāng)0.8 m1.2 m時(shí),采用“之字形”布孔方式易導(dǎo)致炮孔之間上、下盤區(qū)域出現(xiàn)欠挖.當(dāng)1.2 m1.8時(shí),采用“梅花形”布孔方式,易導(dǎo)致炮孔排間欠挖的產(chǎn)生.當(dāng)w>1.8 m時(shí),宜采用“方形”布孔方式.根據(jù)以上對炮孔布置形式的分析,同時(shí)借鑒國內(nèi)外類似的工程經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)“方形”布孔方式,每排布置兩個(gè)炮孔,如圖2所示.

圖2 “方型”布孔

該方法分段高度15 m,鑿巖巷道高度2.7～3.0 m,設(shè)計(jì)炮孔深度12 m.依據(jù)炮孔深度、巖體質(zhì)量、鑿巖設(shè)備、炮孔偏斜率等因素設(shè)計(jì)炮孔直徑.統(tǒng)計(jì)當(dāng)前我國采用中深孔、深孔開采的地下礦山,炮孔直徑范圍一般為50～115 mm.當(dāng)炮孔深度小于15 m時(shí),炮孔直徑一般小于65 mm.礦山計(jì)劃采用YGZ-90型氣動(dòng)中深孔鑿巖機(jī),根據(jù)鑿巖機(jī)鉆頭型號,設(shè)計(jì)炮孔直徑為60 mm.

抵抗線B主要受炮孔直徑、巖體質(zhì)量、炸藥威力等因素影響.抵抗線及與其相關(guān)的炮孔間距參數(shù)直接決定爆破塊度的分布、采場圍巖的損傷程度和采礦成本.上向平行中深孔爆破,抵抗線參數(shù)的計(jì)算方法采用文獻(xiàn)[16]中提出的炮孔直徑d與最小抵抗線的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,如圖3所示.

B=11.8d0.630.

Rustan-Heilig經(jīng)驗(yàn)公式用于初始爆破參數(shù)設(shè)計(jì),最優(yōu)抵抗線指標(biāo)取決于巖體質(zhì)量、爆破塊度分布及超欠挖控制,需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善回采爆破參數(shù).設(shè)計(jì)的抵抗線大小為適應(yīng)采場的幾何尺寸可以在±10%范圍內(nèi)調(diào)整.考慮薄礦脈爆破受其窄小自由面的夾制作用,造成爆破炸藥單耗的增加,達(dá)到1.0～1.6 kg/t,是無夾制作用下炸藥單耗的1.6～2.5倍.為了抵抗這種夾制作用,采用減小炮孔抵抗線的措施,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際爆破工程經(jīng)驗(yàn),夾制作用下的中深孔抵抗線為正常抵抗線的0.4～0.6倍.經(jīng)計(jì)算,當(dāng)炮孔直徑為60 mm時(shí),炮孔抵抗線范圍為0.8～1.2 m.

圖3 炮孔直徑對抵抗線的影響

孔間距ε與抵抗線、礦體幾何形態(tài)有關(guān).為保證巖體爆破指向自由面方向,而不是排內(nèi)相鄰炮孔先聯(lián)通,一般情況下,孔間距應(yīng)大于抵抗線.孔間距ε的計(jì)算式為[16]

1.15B<ε<2.0B.

當(dāng)炮孔平行布置時(shí),孔間距ε=(1.3～1.5)B,考慮礦體平均厚度僅為2 m,設(shè)計(jì)炮孔間距范圍為0.8～1.6 m.

2.2 數(shù)值模型的建立

采用LS-DYNA與PFC聯(lián)合的巖體爆破數(shù)值模擬方法建立計(jì)算模型,考慮到設(shè)計(jì)炮孔長度遠(yuǎn)大于炮孔直徑,將數(shù)值模型簡化為平面模型進(jìn)行計(jì)算.幾何模型如圖4所示,模型長8 m,寬4 m,礦體位于模型中央,礦體厚度2 m,自由面寬度2 m,自由面采用自由邊界,其余邊界均設(shè)置為無反射邊界,在自由面中央位置設(shè)置監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度.

圖4 幾何計(jì)算模型

在PFC程序中采用半徑擴(kuò)大法生成計(jì)算模型,模型粒徑比為1.6,平均粒徑為0.019 m,共生成顆粒18 959個(gè).為真實(shí)反映巖體的變形和開裂行為,顆粒間的相互作用應(yīng)滿足接觸剛度模型、庫倫滑動(dòng)模型和平行黏結(jié)模型.在進(jìn)行爆破動(dòng)力學(xué)模擬時(shí),應(yīng)對模型設(shè)立一定阻尼,阻尼機(jī)制的選擇和參數(shù)的設(shè)定是進(jìn)行準(zhǔn)確模擬的關(guān)鍵.當(dāng)阻尼參數(shù)過小時(shí),將導(dǎo)致動(dòng)力載荷施加的能量所產(chǎn)生的效應(yīng)被放大;當(dāng)阻尼參數(shù)過大時(shí),將導(dǎo)致動(dòng)力載荷施加的能量被過早消散掉.在PFC程序中內(nèi)置兩種阻尼作用機(jī)制,即局部非黏性阻尼和黏性阻尼.局部非黏性阻尼在計(jì)算的每一時(shí)步都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的阻尼力,可實(shí)現(xiàn)模型的快速平衡和收斂,因此多用于靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)問題的分析.黏性阻尼機(jī)制通過在顆粒接觸處添加法向和切向阻尼器,實(shí)現(xiàn)爆破動(dòng)力學(xué)問題分析.由文獻(xiàn)[3-4, 15]對黏性阻尼系數(shù)敏感度的分析及參數(shù)的標(biāo)定結(jié)果可知,本次模擬的黏性阻尼系數(shù)設(shè)定為0.231.

為了直觀顯示爆破后空區(qū)形態(tài)及爆破塊度分布,增加爆破后巖體破碎和拋擲的時(shí)間,設(shè)定整個(gè)爆破模擬計(jì)算總時(shí)長為55 ms,每一計(jì)算時(shí)步的時(shí)長為10 μs,共計(jì)5 500時(shí)步.其中爆炸應(yīng)力波加載時(shí)間為1 ms,高壓氣體加載時(shí)間為4 ms,巖體破碎和拋擲時(shí)長為50 ms.

采用LS-DYNA動(dòng)力有限元方法模擬炸藥爆轟過程,炸藥類型為多孔粒狀銨油炸藥,數(shù)值模擬采用MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料的模型數(shù)值炸藥參數(shù),炮孔直徑為60 mm,采用耦合裝藥模式,爆破后得到炮孔壁單元爆炸載荷的時(shí)程曲線,如圖5所示.采用Weibull分布函數(shù)模擬爆生氣體的載荷作用過程,其計(jì)算時(shí)長為400時(shí)步,峰值載荷為350 MPa,爆生氣體加載時(shí)程曲線如圖6所示.

圖5 爆炸應(yīng)力波加載時(shí)程曲線

圖6 爆生氣體加載時(shí)程曲線

采用試算法,根據(jù)表1的礦巖力學(xué)參數(shù),得到了PFC模型的輸入?yún)?shù),即模型中顆粒單元與顆粒接觸模型的細(xì)觀力學(xué)參數(shù),見表2.

在該金礦急傾斜薄礦脈開采中,中深孔回采爆破參數(shù)分別為:炮孔直徑60 mm,抵抗線0.8～1.2 m,炮孔間距0.8～1.6 m.爆破孔網(wǎng)參數(shù)的設(shè)計(jì):選定抵抗線分別為0.8,1.0和1.2 m,炮孔間距為0.8,1.0,1.2,1.4和1.6 m,采用枚舉法進(jìn)行抵抗線與炮孔間距孔網(wǎng)參數(shù)組合,共得到15組數(shù)值計(jì)算方案.

表2 PFC模型參數(shù)

2.3 數(shù)值模擬結(jié)果

不同孔網(wǎng)參數(shù)條件下,爆破后的裂紋分布及空腔形態(tài)如圖7所示.炸藥爆炸后在爆破應(yīng)力波和爆生氣體的作用下,礦巖體經(jīng)歷了裂隙產(chǎn)生-裂隙貫通-巖塊拋擲的過程,最終形成爆破空腔.炮孔位置依次形成粉碎區(qū)和裂隙區(qū),當(dāng)裂隙與自由面聯(lián)通后,破碎的巖塊向外拋擲,形成爆破空腔.受到不同抵抗線和炮孔間距組合參數(shù)的影響所形成的爆破空腔范圍、裂紋分布特征均有顯著不同.

圖7中用黃色線段和黑色線段表示爆破產(chǎn)生的裂紋,其中黃色線段代表拉伸破壞,黑色線段代表剪切破壞,可知爆破產(chǎn)生的拉伸破壞遠(yuǎn)大于剪切破壞.由模擬結(jié)果可知,在15組方案中,當(dāng)?shù)挚咕€為1.2 m,孔間距為1.6 m時(shí),受到薄礦脈圍巖夾制作用的影響,炸藥爆破未形成空腔,在其余爆破參數(shù)條件下均形成了大小形態(tài)不同的爆破空腔.受爆破計(jì)算模擬時(shí)間的限制,爆破破碎的巖石未全部與原巖分離拋擲出去,因此,根據(jù)爆破后的裂紋分布特征,當(dāng)形成的裂紋網(wǎng)相互聯(lián)通時(shí),即認(rèn)為該區(qū)域的巖體破裂且與原巖體分離,并以此為依據(jù)確定爆破后的空腔范圍,圖中黑色輪廓線所描繪的區(qū)域代表最終的爆破空腔范圍.

圖7 爆破數(shù)值模擬結(jié)果

3 中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)爆破超欠挖程度、裂紋密度和自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度等指標(biāo)分析了中深孔回采爆破參數(shù)與爆破效果之間的定量關(guān)系.爆破超欠挖定義如下:當(dāng)爆破空腔的范圍超過了采場回采邊界即定義為超挖,超出回采邊界的區(qū)域定義為超挖,其面積值用正值表示;當(dāng)爆破空腔范圍小于采場回采邊界即定義為欠挖,未爆破區(qū)域定義為欠挖,其面積值用負(fù)值表示.采用爆破超欠挖百分比來表示爆破的超欠挖程度,計(jì)算公式為

式中:Sover表示超挖面積(正值),m2;Sunder表示欠挖面積(負(fù)值),m2;S0表示設(shè)計(jì)爆破面積,m2.

定義裂紋密度為回采區(qū)域內(nèi)單位面積內(nèi)的裂紋數(shù)量,該指標(biāo)可直觀反映爆破后礦巖塊度的粒徑特征與爆破能量的集中程度.自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度可反映不同爆破參數(shù)條件下自由面處的爆破能量傳播特征.根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果分別得到了中深孔爆破參數(shù)與爆破超欠挖百分比、裂紋密度和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的關(guān)系如圖8～圖10所示.

由圖8可知,最小抵抗線相同時(shí),隨孔間距的增加,爆破超欠挖百分比先減小后增大.當(dāng)孔間距ε為1.2～ 1.4 m時(shí),爆破超欠挖面積趨于零;當(dāng)孔間距ε<1.2 m時(shí),隨著抵抗線的增加,爆破欠挖面積也隨之增大;當(dāng)1.2 m≤ε<1.4 m時(shí),隨抵抗線的增加,爆破由超挖轉(zhuǎn)變?yōu)榍吠?當(dāng)孔間距ε≥1.4 m時(shí),隨著抵抗線的增加,超挖面積隨之降低.當(dāng)?shù)挚咕€增加到1.2 m時(shí),爆破未生成空腔.通過計(jì)算分析可知,合理的孔間距ε為1.2～1.4 m,抵抗線B為0.8～1.0 m.

圖8 采場超欠挖與孔間距的關(guān)系

由圖9可知,抵抗線相同時(shí),隨著孔間距的增加,裂紋密度隨之降低.孔間距相同時(shí),隨抵抗線的增加,裂紋密度隨之降低,但平均裂紋密度的降低幅度不同.當(dāng)?shù)挚咕€由0.8 m增加至1.0 m時(shí),平均裂紋密度的降低幅度為260個(gè)/m2;當(dāng)?shù)挚咕€由1.0 m增加至1.2 m時(shí),平均裂紋密度的降低幅度增加,達(dá)到645個(gè)/m2.對比數(shù)值模擬結(jié)果,當(dāng)?shù)挚咕€B=1.2 m,ε≥1.0 m時(shí),爆破巖石塊度明顯增大,此時(shí)的爆破裂紋密度為1 900個(gè)/m2.當(dāng)平均裂紋密度小于1 400個(gè)/m2時(shí),爆破產(chǎn)生的裂紋不足以將其從原巖體上分離,無法形成爆破空腔.為減少爆破過程中的大塊產(chǎn)生,同時(shí)防止爆破導(dǎo)致的過破碎問題,抵抗線值應(yīng)取1.0 m,孔間距值應(yīng)小于1.4 m.

圖9 裂紋密度與孔間距的關(guān)系

圖10為不同抵抗線條件下自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度隨炮孔間距的變化關(guān)系.

由圖10可知,當(dāng)?shù)挚咕€相同時(shí),隨孔間距的增大,質(zhì)點(diǎn)速度隨之降低.根據(jù)其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的變化速率將其劃分為3個(gè)階段,當(dāng)孔間距ε<1.0 m時(shí),隨著孔間距的增加,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度快速下降,變化幅度達(dá)到2.5 m/s;當(dāng)1.0 m≤ε<1.4 m時(shí),隨著孔間距的增加,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度變化平穩(wěn),變化幅度小于0.5 m/s;當(dāng)孔間距ε≥1.4 m時(shí),由于爆破受到較大的圍巖夾制作用,隨孔間距的增加,其自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度降低趨勢再次變陡.當(dāng)孔間距相同時(shí),隨著抵抗線的增加,質(zhì)點(diǎn)速度隨之降低.由爆破模擬結(jié)果及爆破裂紋分布規(guī)律可知,當(dāng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于4.2 m/s時(shí),爆破在圍巖夾制作用下,不能形成爆破空腔.當(dāng)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于5.6 m/s時(shí),爆破產(chǎn)生的大塊率顯著增加.從自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度特征分析結(jié)果可知,當(dāng)1.0 m≤ε<1.4 m時(shí),爆破能量分布更加均勻.

圖10 不同爆破參數(shù)條件下監(jiān)測點(diǎn)振動(dòng)速度曲線

根據(jù)爆破超欠挖百分比、裂紋密度和自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度3個(gè)指標(biāo)的分析結(jié)果,確定在本文工況下的最優(yōu)中深孔爆破參數(shù)為抵抗線1.0 m,孔間距1.2 m.

4 現(xiàn)場爆破試驗(yàn)

為驗(yàn)證以上研究結(jié)果,依托內(nèi)蒙古某金礦開展現(xiàn)場爆破試驗(yàn).試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在該礦山6號采區(qū)7中段7181礦塊,該區(qū)域礦體傾角70°,礦體平均厚度2.0 m,礦石平均質(zhì)量比為1.49 g/t,為進(jìn)行中深孔回采爆破,已先期施工了切割天井.天井?dāng)嗝鏋? m×2 m,可為中深孔爆破提供足夠的補(bǔ)償空間.現(xiàn)場中深孔爆破共施工2排炮孔,炮孔直徑為60 mm,傾角為70°,炮孔施工深度為12 m,抵抗線為1.0 m,孔間距為1.2 m.炸藥采用多孔粒狀銨油炸藥,非電導(dǎo)爆管雷管起爆,毫秒微差爆破,微差間隔時(shí)間為25 ms,同排炮孔采用相同段別導(dǎo)爆管雷管同時(shí)起爆,排間炮孔延時(shí)起爆.

爆破后采用圖像識(shí)別手段統(tǒng)計(jì)崩落礦石的塊度分布,采用CMS三維激光掃描儀測量空區(qū)超欠挖量值,統(tǒng)計(jì)測量結(jié)果如圖11和圖12所示.由圖11可知,爆破后礦石塊度分布較均勻,無大塊產(chǎn)出,統(tǒng)計(jì)爆破的平均塊度尺寸為13.7,35 cm以下礦石塊度占95%以上.由圖12可知,在該爆破參數(shù)條件下爆破對礦體的上、下盤損傷較小,上、下盤邊界面基本完整.設(shè)計(jì)爆破空區(qū)體積為48 m3,實(shí)際爆破體積為44.6 m3,局部出現(xiàn)少量欠挖,但滿足施工誤差要求.空區(qū)形態(tài)與設(shè)計(jì)采場形態(tài)相吻合,進(jìn)一步證明了本文中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化的思路和方法.

圖11 現(xiàn)場爆破礦巖塊度分布特征

圖12 現(xiàn)場爆破試驗(yàn)空區(qū)形態(tài)特征

5 結(jié) 論

1) 針對內(nèi)蒙古某金礦急傾斜薄礦脈的開采條件,采用經(jīng)驗(yàn)方法初步確定了中深孔回采爆破參數(shù),即炮孔直徑60 mm,抵抗線0.8～1.2 m,孔間距0.8～1.6 m.

2) 提出了爆破超欠挖百分比和裂紋密度指標(biāo),分別評估爆破后的空區(qū)形態(tài)和礦巖塊度分布特征,并結(jié)合自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度指標(biāo)綜合定量評估爆破效果,優(yōu)化爆破參數(shù).

3) 隨孔間距的增加,爆破超欠挖百分比先減小后增大,爆破裂紋密度和自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度隨之降低;隨抵抗線的增大,爆破欠挖百分比增大,爆破超挖百分比較小,爆破裂紋密度和自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度隨之降低.當(dāng)爆破裂紋密度低于1 900個(gè)/m2,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于5.6 m/s時(shí),爆破產(chǎn)生的大塊率顯著增加;當(dāng)爆破裂紋密度低于1 400個(gè)/m2時(shí),質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于4.2 m/s,在圍巖夾制作用下,不能形成爆破空腔.

4) 綜合爆破超欠挖百分比、裂紋密度和自由面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度3個(gè)指標(biāo),確定最優(yōu)爆破參數(shù)為抵抗線1.0 m,孔間距1.2 m,并在內(nèi)蒙某金礦7181礦塊開展現(xiàn)場爆破試驗(yàn).爆破試驗(yàn)結(jié)果表明該參數(shù)下爆破后礦巖塊度分布均勻,無大塊產(chǎn)出,爆破空區(qū)形態(tài)與設(shè)計(jì)采場形態(tài)相吻合.