錦豐金礦進路掘進鑿巖爆破優(yōu)化試驗研究

褚洪濤，王德民，夏晨輝，王能躍，劉 倫

(1.長春黃金研究院有限公司； 2.中國黃金集團有限公司; 3.鳳山縣宏益礦業(yè)有限責(zé)任公司； 4.貴州錦豐礦業(yè)有限公司)

貴州錦豐礦業(yè)有限公司(下稱“錦豐金礦”)巖石質(zhì)量整體較差，RQD值為10 %～30 %，巖體Q值一般為0.1～10，即巖石等級為極差至中等。采用進路式開采，巷道掘進工作量較大，隨著生產(chǎn)任務(wù)的不斷加大，掘進效率和掘進質(zhì)量對生產(chǎn)的影響越來越大[1]。為此，錦豐金礦迫切需要對進路掘進鑿巖爆破參數(shù)進行優(yōu)化，以獲得良好的爆破效果，提高鑿巖效率，加快采礦循環(huán)，增大單次爆破落礦量，提高采礦生產(chǎn)能力。

1 工程背景

錦豐金礦礦體和圍巖以似層狀砂巖和薄層黏土巖為主，二者的地質(zhì)特征都為層狀結(jié)構(gòu)良好的薄層和軟硬巖層互層結(jié)構(gòu)，構(gòu)造影響較為強烈，結(jié)構(gòu)發(fā)育，砂巖半堅硬，抗水抗風(fēng)化性較強；而黏土巖質(zhì)軟，強度低，抗水抗風(fēng)化性較弱，工程地質(zhì)性質(zhì)差，斷裂帶破碎嚴(yán)重，透鏡體發(fā)育，泥質(zhì)充填，層面易錯動，層間結(jié)合力差。而礦體位于上下盤圍巖的斷裂破碎帶中，比圍巖更破碎、松散。巖石普氏硬度系數(shù)f=2～5，巖石密度2.77 g/cm3，單軸抗壓強度21～60 MPa，泊松比0.16～0.28，彈性模量15～109 GPa。水文地質(zhì)條件較簡單。從以上地質(zhì)情況判斷巖石可爆性好，井巷自穩(wěn)性差，巷道易發(fā)生變形。

2 鑿巖爆破現(xiàn)狀及存在問題

2.1 鑿巖爆破現(xiàn)狀

鉆孔施工采用Boomer282型雙臂鑿巖臺車，鑿巖效率高，出礦采用TORO007型鏟運機，裝藥采用諾貝爾公司ANFO裝藥車，全耦合裝藥，其他輔助作業(yè)采用JY-5型多功能服務(wù)車。

錦豐金礦由于巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，整體破碎，開挖需全噴漿+錨網(wǎng)支護，進路斷面尺寸4.5 m×5.0 m。 目前，掏槽孔和輔助孔采用散裝銨油炸藥，周邊孔采用25 mm 條狀巖石乳化炸藥，底板孔采用32 mm 巖石乳化炸藥[2-3]。中間掏槽空孔炮孔直徑89 mm，其余炮孔直徑為45 mm，單循環(huán)設(shè)計炮孔48個，起爆系統(tǒng)采用國產(chǎn)毫秒雷管系列雷管。

2.2 存在問題

1)通過對爆破后掌子面的炮痕進行觀測可知，現(xiàn)場施工的炮孔數(shù)量、質(zhì)量和設(shè)計相差甚遠，如設(shè)計炮孔48個，實際炮孔為40個。從工作面殘孔可以看出，中心空孔實際孔底間距達到60 cm，而中心空孔設(shè)計間距應(yīng)不超過30 cm，周邊孔設(shè)計間距為79 cm，現(xiàn)場實測間距1.0～1.2 m。鉆孔數(shù)量和鉆孔精度缺乏控制，現(xiàn)場施工不能體現(xiàn)技術(shù)設(shè)計意圖，技術(shù)設(shè)計和現(xiàn)場施工相脫離。

2)由于鉆孔采用濕式鑿巖，施工時用水量較大，工作面圍巖含水量也較大。現(xiàn)場井巷掘進采用吹壓ANFO技術(shù)，因為ANFO成本低，可以節(jié)約直接成本，ANFO速溶于水，造成ANFO的爆轟性能大大降低，同時在小孔徑情況下很容易造成低于臨界直徑或被水溶解而失效導(dǎo)致拒爆，嚴(yán)重影響爆破效果。

3)周邊孔裝藥問題。周邊孔沒有采取間隔裝藥技術(shù)，直接將包裝小藥卷連續(xù)裝入孔底，采用導(dǎo)爆管起爆。由于線裝藥密度太大，造成巷道周邊超欠挖嚴(yán)重，半孔率很低，巷道斷面不平整，造成錨噴網(wǎng)支護成本較大，出渣成本也會增加。

4)雷管質(zhì)量和性能問題。由于國產(chǎn)雷管誤差大，為防止相鄰段別雷管跳段，采用常規(guī)隔段選用的方式，即選用1,3,5,7,9,11,13,15,17,19共計10個段別的雷管，名義延期時間見表1。

表1 國產(chǎn)雷管段別及名義延期時間統(tǒng)計

目前,井下采用的爆破方式是直線掏槽，起爆順序為掏槽孔分1，3，5，7，9段毫秒起爆，第一圈輔助孔采用11段，第二圈輔助孔采用13段，底部輔助孔采用15段，兩幫孔采用17段，頂孔采用19段，底孔采用20段毫秒管起爆。掏槽孔各個段別名義延期時間為50，60，90，110 ms，延期間隔時間較短，由于掏槽區(qū)各炮孔的破碎巖石未能充分拋出，相鄰炮孔接著起爆就會將掏槽區(qū)擠死。由此會形成2個方面的問題：一是由于補償空間不足造成爆破震動較大，擾動圍巖；另一方面，由于掏槽區(qū)未能充分形成，因而對后續(xù)的擴槽孔、輔助孔及周邊孔的夾制作用很大，造成爆破根底，影響循環(huán)進尺。

3 鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化試驗

3.1 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

鑿巖爆破是采礦工藝中一個重要的環(huán)節(jié)，布孔參數(shù)與炸藥量是其主要的因素，鑿巖爆破效果的好壞直接影響采礦成本、采礦損失貧化指標(biāo)、生產(chǎn)安全、出礦效率等。所以進行鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化試驗，獲取最優(yōu)的鑿巖爆破參數(shù)，對錦豐金礦井下采礦生產(chǎn)具有重要的意義。

根據(jù)巖石可鉆性和可爆性分析，礦體巖石屬于易鑿易爆型。對井下進路回采鑿巖爆破參數(shù)現(xiàn)場標(biāo)定記錄進行分析，由分析結(jié)果可知：錦豐金礦井下采礦鑿巖爆破工藝具有很大的優(yōu)化空間，包括斷面尺寸(根據(jù)采場巖石穩(wěn)定性和支護強度決定)、炮孔數(shù)量、掏槽孔數(shù)量、炸藥消耗量、爆破順序等。

此次鑿巖爆破優(yōu)化方案共設(shè)計39個炮孔，炮孔沿掌子面中心線均勻?qū)ΨQ布置(見圖1)。采用直孔掏槽形式[4-8]，掏槽孔13個，略深于其他炮孔20～30 cm，5個大孔徑空孔提供掏槽自由面，8個裝藥孔可以在爆破后形成4.0 m3的槽腔自由面[9]，同時可以起到良好的拋渣作用，為后續(xù)輔助孔和周邊孔爆破提供有效的補償空間。10個輔助孔和裝藥孔采用裝藥臺車裝膨化銨油炸藥，耦合裝藥；11個邊孔和5個底孔人工裝乳化炸藥，底孔裝9根大乳化炸藥，邊孔裝3～5根小乳化炸藥，不耦合裝藥，以保護巷道輪廓完整光滑；起爆方式均采用孔底微差導(dǎo)爆管雷管起爆，30～50 cm炮泥封堵炮孔。爆破順序由里及外，由上到下，每炮裝藥量約80.4 kg(大乳化炸藥37.5 kg、小乳化炸藥9.9 kg、膨化銨油炸藥33.0 kg)，落礦量約210 t，炸藥單耗約0.38 kg/t。進路掘進鑿巖爆破參數(shù)見表2。

圖1 4.5 m×5 m規(guī)格拱形巷道鑿巖爆破設(shè)計示意圖

表2 進路掘進鑿巖爆破參數(shù)

3.2 試驗過程

3.2.1 地點選擇

試驗采場要安排在已經(jīng)探明的礦段，地質(zhì)儲量具有一定規(guī)模，并且能盡快進行試驗。結(jié)合礦山正常生產(chǎn)的同時安排該項試驗工作，在采切工程準(zhǔn)備較好且地質(zhì)儲量較穩(wěn)定的230E1采場和350E1采場進行4.5 m×5.0 m斷面試驗。其中，230E1采場巖石條件較差，350E1采場巖石條件較好。

3.2.2 現(xiàn)場施工

1)鑿巖。采用Boomer282型雙臂鑿巖臺車鉆孔，配長3.7 m釬桿，φ45 mm和φ89 mm鉆頭。鑿巖前對掌子面浮巖進行清理，以利于鑿巖和確保炮孔有效深度，作業(yè)人員嚴(yán)格按照設(shè)計布孔參數(shù)進行鑿巖，保證成孔質(zhì)量和數(shù)量。記錄人員做好現(xiàn)場監(jiān)督管理和鑿巖時間記錄。

2)爆破。爆破人員裝藥前對炮孔進行清渣、清水，保證炮孔暢通無存水，然后進行裝藥，連線，孔底反向起爆，封堵孔口。操作一定按爆破設(shè)計進行，保證裝藥量和爆破順序。記錄人員做好裝藥量和裝藥時間記錄，并監(jiān)督現(xiàn)場裝藥。

3)出礦。出礦采用TORO007型鏟運機，記錄人員記錄出礦量，查看殘孔數(shù)量和長度，并測量進尺長度。

3.2.3 數(shù)據(jù)整理

通過多次跟班記錄，整理出具有代表性的幾組數(shù)據(jù)(見表3)，其能夠真正意義上反映試驗效果，同時符合現(xiàn)場實際作業(yè)情況。

表3 進路掘進鑿巖爆破主要技術(shù)指標(biāo)

3.3 爆破效果

從爆破后巷道的成形質(zhì)量、爆破進尺和根底情況(見圖2)進行評價。由圖2可知：優(yōu)化后的爆破效果比較可觀，達到了預(yù)期要求。根底由原來的1.2 m降至0.3 m，有時甚至沒有，大大提高了炮孔利用率，提高了落礦量。

圖2 爆破后掌子面根底情況

3.4 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

根據(jù)井下鑿巖爆破跟班標(biāo)定的數(shù)據(jù)，與礦山同期井下生產(chǎn)進尺情況，結(jié)合井下相關(guān)生產(chǎn)資料，統(tǒng)計鑿巖爆破優(yōu)化參數(shù)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，結(jié)果見表4。

由表4可知：鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化后取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，炮孔減少了9個，鑿巖時間節(jié)省了21 min，鑿巖效率提高了19.8 %；爆破進尺均在3.00 m左右，炮孔利用率在90 %以上；炸藥單耗減少了0.06 kg/t，減少了13 %；噸礦爆破材料消耗減少了0.88元，按年礦石產(chǎn)量120萬t計算，預(yù)計每年可減少爆破材料消耗成本100萬元以上。

表4 優(yōu)化前后鑿巖爆破技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)對比

4 結(jié) 論

1)結(jié)合錦豐金礦礦體賦存條件及開采技術(shù)條件，通過鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化試驗，獲得了適合錦豐金礦礦體回采的鑿巖爆破參數(shù)，解決了炮孔數(shù)量多，裝藥量大，根底存礦等問題，大大增加了爆破落礦量，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了爆破成本。

2)采用大空孔直線掏槽方式，為后續(xù)炮孔破巖提供良好的爆破條件，減小了巖石的夾制作用，掏槽孔略深，掏槽孔爆破后起到很好的拋渣作用，掏槽效果良好。

3)周邊孔根據(jù)巖性和層理結(jié)構(gòu)情況布置，平行層理面時炮孔布置稀疏，垂直層理面時炮孔較密，控制裝藥量，保證巷道輪廓平整光滑。

4)底孔清水困難，故裝大乳化炸藥，用炮棍透入孔底，最后起爆，起到拋渣作用。

5)鑿巖爆破優(yōu)化參數(shù)，在錦豐金礦井下生產(chǎn)中的應(yīng)用是可行的，具有可操作性。