塔什特克多金屬礦地采中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化研究*

劉 昂

（文山麻栗坡紫金鎢業(yè)集團有限公司，云南 文山 663000）

自20世紀(jì)60年代中國從瑞典引入無底柱分段崩落法后，該技術(shù)由于具有機械化程度高、采礦成本較低等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用[1]。無底柱分段崩落法是將礦塊劃分段分步驟回采，對采空區(qū)進(jìn)行充填，小步距爆破下通過回采進(jìn)路端部放出的聯(lián)合采礦技術(shù)[2]。中深孔爆破落礦具有機械化程度高、崩礦規(guī)模大、效率高、安全性好的特點，在國內(nèi)外金屬地下礦山應(yīng)用十分廣泛[3-4]。

無底柱分段崩落一般采用中深孔爆破落礦。中深孔崩礦過程中，由于現(xiàn)場巖性的變化、工藝參數(shù)不合理、施工質(zhì)量不合格，容易產(chǎn)生大塊、懸頂、破壞楣線、炮孔垮塌變形以及上下盤破碎圍巖垮塌等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)效率、安全和成本。選擇合適的切割拉槽方式和中深孔爆破參數(shù)關(guān)系到礦山無底柱分段崩落法采礦的順利實施[5]。

1 工程背景

塔什特克多金屬礦采用露天轉(zhuǎn)地下的開采方法，地采一期主要開采露天境界東西兩端的礦體。東區(qū)采用無底柱分段崩落法，分段高度20 m；西區(qū)采用分段空場法，采場沿礦體走向布置，分段高度20 m。采用Simba1354鑿巖臺車施工垂直扇形中深孔，鑿巖的孔徑從φ55 mm到φ108 mm不等，孔深范圍為（5～40） m；用BQF-100裝藥器裝藥，炸藥常用的粒狀銨油或粉狀硝銨裝藥。

礦體圍巖主要有綠泥石絹云母石英片巖、凝灰?guī)r、玄武巖三種，礦體自身穩(wěn)定性較好，礦體下盤直接圍巖多為幾米到幾十米的綠泥石片巖；上盤圍巖主要為凝灰?guī)r，局部為綠泥石片巖。綠泥石片巖遇水易泥化，穩(wěn)定性差。從井下揭露的工程來看，西區(qū)礦體和圍巖都比較堅硬，但節(jié)理與裂隙發(fā)育；東區(qū)-60 m以上揭露的礦體不穩(wěn)固到中等穩(wěn)固；與礦體直接接觸的綠泥石片巖等蝕變巖屬于不穩(wěn)固類型。

2 礦巖條件及可爆性分析

巖石可爆性是指巖石抵抗爆破作用的能力或爆破的難易程度[6]。工程應(yīng)用中通常采用普氏系數(shù)分級和Broadbent巖石爆破分級等方法對巖石可爆性進(jìn)行評價。

2.1 普氏系數(shù)分級

東區(qū)礦體堅硬系數(shù)f=（6～8），在礦巖交界處的綠泥石片巖f=（4～6）；西區(qū)礦體堅硬系數(shù)普遍在f=8左右，局部可以達(dá)到10。對應(yīng)的巖石硬度為中等堅硬到堅硬的巖石，東區(qū)局部地段偏軟。屬于中等易爆的范圍。

2.2 Broadbent巖石爆破分級

依據(jù)巖石的彈性縱波速度與炸藥單耗來對巖石爆破性進(jìn)行分級，巖石爆破性分級表見1。

表1 布路德邦特巖石爆破性分級表Tab.1 The classification list for blastability of Buludebangte rock

本礦屬于火山-巖漿熱液成因的塊狀硫化物礦床，礦石主要巖性為凝灰?guī)r。其波速為（1 700～2 600） m/s之間，屬于中等-難爆類型；根據(jù)礦山實際情況，在礦山露天生產(chǎn)階段實際炸藥單耗為（0.30～0.33） kg/t；井下掘進(jìn)施工炸藥單耗為 （0.38～0.42） kg/t；對照 Broadbent巖石爆破分級表可知，本礦礦石屬于中等易爆范圍。綜上分析：塔什特克多金屬礦礦石屬于中等易爆類礦巖。

3 爆破漏斗試驗

在扇形中深孔采礦中，依托爆破漏斗現(xiàn)場試驗，選擇確定合理的爆破參數(shù)，對于提高爆破效果，降低采礦成本有著重要的意義[7]。

3.1 爆破漏斗試驗方案

通過單孔爆破漏斗試驗，擬合藥包中心埋深與爆破漏斗體積、爆破漏斗半徑的關(guān)系，得出最佳藥包中心埋深、最佳爆破漏斗體積、最佳爆破漏斗半徑。通過多孔同段爆破漏斗試驗，確定孔底距的范圍，得出合理塊度下的最佳孔底距。分別在-60 m水平進(jìn)行單孔爆破漏斗試驗和多孔同段爆破漏斗試驗（見圖1、2）。

圖1 單孔爆破漏斗試驗Fig.1 Single-hole blasting funnel test

圖2 同段多漏斗爆破漏斗試驗Fig.2 Funnel test with multi-funnel blasting at same section

3.2 爆破試驗實施

爆破漏斗試驗炮孔孔徑設(shè)計為φ40 mm，即采用YT-28鉆機配φ38 mm釬頭鑿巖；采用礦山現(xiàn)掘進(jìn)用的阿莫尼特炸藥，試驗前，對藥卷進(jìn)行了實測，藥卷直徑為φ32 mm，藥卷長度400 mm，藥卷重量400 g/卷；爆破漏斗采用鋼尺測量，按辛卜生法計算出漏斗各斷面的面積S，從而求出體積（見圖3）；每次試驗崩落的礦石按大于300 mm的定為大塊，然后進(jìn)行稱重，求出大塊、小塊及合格塊的比例，求出合格率。

圖3 爆破漏斗體積測量示意Fig.3 Schematic diagram for volume measurement of blasting funnel

3.3 爆破漏斗試驗結(jié)果分析

在試驗條件下（采用掘進(jìn)用阿莫尼特炸藥），最佳單位炸藥消耗量為0.366 kg/t。后期礦山中深孔爆破采用的硝銨炸藥，該炸藥的暴力要稍微弱于阿莫尼特炸藥，為此后期采用硝銨炸藥時，推薦單位炸藥消耗量q=（0.38～0.42） kg/t。結(jié)合國內(nèi)采用中深孔爆破的礦山爆破參數(shù)，推薦的采場鑿巖爆破參數(shù)見下表2。

表2 理論采場鑿巖爆破參數(shù)Tab.2 Blasting parameters of theoretical rock drilling at stope

因爆破漏斗試驗與實際采場爆破有一定的差別，加之炸藥的性能方面的修正誤差，上述推薦值可在井下工業(yè)試驗與生產(chǎn)爆破中進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，調(diào)整原則是炮孔排距與炮孔孔底距的乘積保持相對的穩(wěn)定，即保持炸藥單耗的相對穩(wěn)定。

4 切割槽形成技術(shù)

國內(nèi)外礦山切割槽的形成主要分為有切割天井拉槽和無切割天井拉槽兩大類[8]。切割天井拉槽是在形成天井的基礎(chǔ)上，以天井作為拉槽爆破的自由面和補償空間進(jìn)行拉槽作業(yè)；無切割天井拉槽是在不施工天井的條件下，采用爆破技術(shù)進(jìn)行切割槽的施工。

4.1 切割槽形成方法

由于礦巖比較軟弱破碎，人工施工切割天井安全風(fēng)險大；如果采用爆破法形成切割天井，工藝比較復(fù)雜，周期比較長。目前國內(nèi)外切割孔鉆井得到廣泛應(yīng)用，效率高，安全性好。根據(jù)礦井下分段高度20 m，因此先采用施工切割孔，然后爆破擴井，最后中深孔分次拉槽的方法形成切割槽。采用CYR40C切割槽天井鉆機自下而上施工切割孔，切割孔直徑670 mm，深度為（20～25） m。

從補償系數(shù)表（見表3）可以看出，炮孔深度21 m以下基本滿足補償空間的要求，針對目前20 m的段高，16 m左右的孔深2個切割孔均滿足爆破要求。考慮到上分層留設(shè)的三角礦柱等因素，部分區(qū)域炮孔深度將達(dá)到21 m，此狀況2個切割孔補償空間相對偏小，在沒有合理的微差時間控制爆破的條件下很難擴井。因此采用3個以上的切割孔更為穩(wěn)妥。

表3 不同段高切割孔補償空間測算Tab.3 Compensation space calculation of cutting holes with different height

4.2 切割孔擴井爆破工藝

1） 擴井爆破工藝參數(shù)。切割井尺寸（2.4～2.5）×（3.6～4.0） m；布置三個切割孔，呈三角形布置，間距（1.8～2.0） m；切割孔周邊布置三個掏槽孔，然后布置輔助孔和周邊孔；孔網(wǎng)參數(shù)：（0.6×0.8） m；微差時間 S1與 S2之間間隔 （100～150） ms；其余區(qū)域間隔 （50～75）ms（見圖4）。

圖4 切割孔擴井孔網(wǎng)布置圖Fig.4 The arrangement diagram of enlarge hole mesh of cutting holes

2） 深孔拉槽工藝。切割槽尺寸（3.8×12.0）m；緊鄰切割槽布設(shè)一組加強排孔，與切割槽周邊孔間距1.0 m；后依次布設(shè)拉槽炮孔，孔網(wǎng)參數(shù)（1.0～1.2）×（1.0～1.2） m （見圖5）。切割孔周邊的掏槽孔、輔助孔和周邊孔依次起爆，形成切割井。切割井形成后，拉槽爆破分2次爆破，爆破推排（3～5） 排。裝藥爆破時，采用孔內(nèi)連續(xù)裝藥，孔口堵塞 （1.5～4.0） m，微差時間 （25～50） ms。切割槽寬度可根據(jù)礦體寬度進(jìn)行調(diào)整。

圖5 中深孔拉槽爆破排孔布置示意圖Fig.5 Schematic diagram for blasting hole arrangement of medium-deep hole broached groove

5 中深孔崩礦技術(shù)

5.1 孔網(wǎng)參數(shù)

采用simba1354中孔臺車施工上向扇形孔，采用寬孔距，小排距孔網(wǎng)參數(shù)，前后排炮孔錯開布置。根據(jù)爆破漏斗試驗推薦的孔網(wǎng)參數(shù)，當(dāng)?shù)V體厚度≤8 m時，爆破夾制性大，孔網(wǎng)參數(shù)排距（1.9～2.0） m，孔底距 （2.2～2.5） m （見圖6所示）。當(dāng)?shù)V體厚度>8 m時，沿走向布置炮孔，排距2.0 m，孔底距（2.5～3.0） m（見圖7所示）；垂直走向布置炮孔，排距2.0 m，孔底距（2.5～3.0） m，孔底距上分段巷道或回采區(qū)距離略小于或等于最小抵抗線，?。?.5～2.0） m（見圖8所示）。邊孔角50°，窄小礦體或需要回采兩側(cè)礦體時，邊孔角可以降低。

圖6 采場中深孔孔網(wǎng)參數(shù)示意圖（礦體厚度小于8 m）Fig.6 Schematic diagram for hole mesh parameters of medium-deep hole at stope(the thickness of ore body is less than 8 m)

圖7 采場中深孔孔網(wǎng)參數(shù)示意圖（礦體厚度大于8 m，沿走向布孔）Fig.7 Schematic diagram for hole mesh parameters of medium-deep hole at stope(the thickness of ore body is larger than 8 m,the hole arrangement is along with the trend)

圖8 采場中深孔孔網(wǎng)參數(shù)示意圖（礦體厚度大于8 m，垂直走向布孔）Fig.8 Schematic diagram for hole mesh parameters of medium-deep hole at stope(the thickness of ore body is larger than 8 m,the hole arrangement is along with the vertical trend)

5.2 裝藥結(jié)構(gòu)

采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，孔底起爆（見圖9）。對于孔壁不好，炮孔有變形錯位或深孔超過20 m的炮孔，采用裝雙發(fā)雷管，孔底一發(fā)，孔中間一發(fā)。

圖9 連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Schematic diagram for continuous column charge structure

5.3 堵塞長度

對于拉槽孔堵塞長度 L=（0.8～3.0） W，即（1.0～3.6） m。全部用炮泥堵塞。正排孔第一排孔爆破可以先按2 m、4 m和6 m的間隔堵塞；多排同時起爆，最末一排孔可采用6 m的長度堵塞。

5.4 微差間隔時間

根據(jù)本礦礦巖力學(xué)性質(zhì)，爆破微差間隔時間△t=KPW（24-f），計算得微差時間△t=（16～22）ms。根據(jù)選用的微差毫秒管的實際間隔時間，設(shè)計微差間隔時間為25 ms。而在多排同段爆破，最末一排間隔取50 ms。

5.5 加強排的設(shè)置

國內(nèi)大多數(shù)礦山第一次爆破都設(shè)置有加強排，排距（1.2～1.8） 不等，加強排與正排第一排同段起爆，確保正排孔能推開。但本礦山礦巖軟，硬度低，-60 m中段以上分段可暫不考慮。深部巖石完整性變好或前端補償空間不夠的條件下，可考慮增加加強排。

5.6 多維度“V”型爆破方案

無底柱崩落法回采，由于與放出礦有關(guān)系，一次崩落（1～2）排，使崩礦步距與出礦步距保持一致；分段空場法一次崩落排數(shù)可以加大，自由面和補償空間不好，一次爆破（1～2）排，自由面和補償空間好時，一次崩落（2～4）排。

在排內(nèi)中間炮孔超前起爆，提前形成“V”型自由面，兩側(cè)炮孔爆破時有三個臨空面，減小爆破夾制性，降低爆破對相鄰采場或充填體的破壞，避免兩側(cè)因爆破補償空間不足而產(chǎn)生掛幫礦體，造成損失；同時在排內(nèi)產(chǎn)生擠壓，顯著改善爆破效果，降低炸藥單耗的同時，減小爆破大塊率。

6 工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用

6.1 試驗采場情況

西采區(qū)端部-60 m分段OP#采場開采礦體為1#礦體，礦體走向長70 m，賦存標(biāo)高1 566 m至1 586 m。礦體傾向 23°、傾角 72°、厚度 （4～12）m、平均厚8 m。含礦圍巖為石英絹云母片巖、安山玄武質(zhì)凝灰?guī)r，礦體上下盤圍巖均為安山玄武質(zhì)凝灰?guī)r，中等穩(wěn)固；在采場端部靠近露天邊坡處設(shè)計切割平巷，在切割平巷靠近礦體上盤處設(shè)計3個切割小井（φ670 mm） 為自由面進(jìn)行擴井，切割天井?dāng)U至切割槽寬度后，開始切割槽拉槽爆破；切割槽形成以后，以切割槽為自由面，沿鑿巖巷進(jìn)行后退回采，預(yù)留礦石由下分段進(jìn)行回收。切割槽布孔結(jié)構(gòu)見圖10。

圖10 切割井及擴井孔布置圖Fig.10 Arrangement diagram of cutting well and well expansion holes

6.2 炮孔布置方式及參數(shù)

炮孔布置切割槽為垂直上向平行炮孔，正排為垂直上向扇形炮孔，采用Simba1354型鑿巖臺車配76 mm與89 mm兩種直徑的鉆頭進(jìn)行間隔排孔鑿巖；選取切割槽平行炮孔排距為1.5 m；孔間距為0.8 m；正排扇形炮孔選取2 m/2.5 m距離間隔作為正排排距，正排孔底距控制在3.0 m以下；切割槽擴井炮孔采用76 mm鉆頭施工，排距為1.5 m，孔間距為0.8 m；正排炮孔單數(shù)排采用89 mm鉆頭施工，排距為2.5 m；雙數(shù)排采用76 mm鉆頭施工，排距為2.0 m，孔底距為（2.0～3.0） m。正常排孔布置見圖11。

圖11 -60m-OP-1采場中深孔平面布置圖Fig.11 Layout plan of medium-deep hole at-60m-OP-1 stope

6.3 爆破順序及規(guī)劃

切割槽爆破：切割槽爆破共分二次，第一次擴井爆破，共12孔；第二次爆破Q1-Q5排；正排爆破：擴槽成功后，沿OP#礦體穿脈依次后退進(jìn)行正排孔爆破，分次爆破完成該分段采礦，每次爆破2-3排。

6.4 采場經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

-60 m分段OP#采場地質(zhì)儲量39 218 t，采出礦石34 522 t，炮孔總長3 435 m，每米崩礦量10.3 t/m，炸藥單耗0.4 kg/t。具體經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 -60 m分段OP#采場經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)表Tab.4 The economic and technical indicators of OP#stope on-60 m section

7 結(jié)語

1）本礦礦巖屬于中等穩(wěn)固類型，-60 m水平東區(qū)屬于不穩(wěn)固-中等穩(wěn)固巖石，礦巖可崩性較好，屬于中等易爆類礦巖；

2）通過爆破漏斗試驗，推薦單位炸藥消耗量q=（0.38～0.42） kg/t。采用寬孔距，小排距孔網(wǎng)參數(shù)，前后排炮孔錯開布置。厚度≤8 m時，孔網(wǎng)排距 （1.8～2.0） m，孔底距 （2.2～2.5） m；厚度>8 m時，孔網(wǎng)排距2.0 m，孔底距（2.5～3.0） m；

3）對于高度大于10 m的切割槽，采用先施工切割孔，然后擴井，最后中深孔分次拉槽的方法形成切割槽。厚大礦體采用多維度“V”型爆破；

4）通過對塔什特克多金屬礦無底柱分段崩落中深孔崩礦工藝參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)了采場的安全高效開采，經(jīng)采場工業(yè)試驗驗證，該方案經(jīng)濟可行。