老龍山石灰?guī)r礦深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

王建超，梁衛(wèi)龍

(河南德之潤(rùn)投資有限公司，鄭州 450018)

老龍山石灰?guī)r礦在原有整合4個(gè)私營(yíng)小型礦山基礎(chǔ)上擴(kuò)大礦區(qū)范圍而成，礦山位于駐馬店市確山縣西南約12 km任店鎮(zhèn)張沖村，礦區(qū)面積0.5338 km2，開(kāi)采方式為露天開(kāi)采，開(kāi)采深度由+225 m至+70 m標(biāo)高。建筑石料用灰?guī)r礦主要賦存于寒武系地層之中，其中礦體主要是寒武系下統(tǒng)辛集組中上段灰白色厚層灰?guī)r及白云巖、少量泥質(zhì)條帶灰?guī)r礦。礦體呈較穩(wěn)定的礦層，礦體厚度較大，50 m到350 m不等。傾向北東65～80°，傾角30°左右，礦區(qū)范圍內(nèi)賦存標(biāo)高為+70 m～+225 m。

該礦山為整合礦山，前期開(kāi)采在原有四個(gè)小型礦山開(kāi)采現(xiàn)狀上進(jìn)行，礦山臺(tái)階不成型，開(kāi)采不規(guī)范，原設(shè)計(jì)開(kāi)采孔排距4.0 m×3.5 m。由于沒(méi)有對(duì)初始爆破參數(shù)及時(shí)調(diào)整優(yōu)化造成爆破成本較高的同時(shí)影響實(shí)際生產(chǎn)效率。當(dāng)前研究者大多借助理論研究、數(shù)值模擬、半經(jīng)驗(yàn)法、少數(shù)次現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)等手段研究露天深孔爆破參數(shù)[1-3]。別礦臺(tái)階深孔爆破優(yōu)化孔排距[4]，某石灰?guī)r礦中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化研究[5]，黃麥嶺露天礦臺(tái)階爆破探索最優(yōu)孔排距[6]，獅子山銅礦優(yōu)化中深孔爆破參數(shù)等一系列礦山都通過(guò)試驗(yàn)確定了適合其礦山的最優(yōu)爆破參數(shù)[7]，但其研究結(jié)果往往不能通用于某一具體礦山。通過(guò)2020年7月開(kāi)始實(shí)施的深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)的第一階段對(duì)礦山深孔爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，2021年2月起實(shí)施該試驗(yàn)項(xiàng)目的第二階段：通過(guò)調(diào)整鉆孔孔徑，孔徑從90mm調(diào)整到110mm，進(jìn)而擴(kuò)大孔排距，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，繼續(xù)降低炸藥單耗。對(duì)老龍山石灰?guī)r礦實(shí)施深孔爆破參數(shù)優(yōu)化近一年的生產(chǎn)試驗(yàn)過(guò)程中所實(shí)施的精細(xì)管控措施，實(shí)施前后爆破工序成本變化對(duì)比，為礦山確定出最優(yōu)的爆破參數(shù)并為下一步試驗(yàn)及其他礦山露天開(kāi)采深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)提供一些參考。

1 開(kāi)采技術(shù)條件

礦床為碳酸鹽巖沉積礦床，礦體嚴(yán)格受地層層位控制，礦體構(gòu)造簡(jiǎn)單，產(chǎn)狀較緩，礦層厚度穩(wěn)定。礦體在礦區(qū)大面積分布，裸露于地表，存在一定覆蓋層，植被較發(fā)育，根據(jù)礦山開(kāi)采統(tǒng)計(jì)和現(xiàn)有采坑調(diào)查顯示，主要為泥質(zhì)灰?guī)r或泥巖，部分有一薄層殘坡積物覆蓋，覆蓋層厚度平均為5 m。礦區(qū)水文地質(zhì)為條件中等的礦床，區(qū)內(nèi)礦體部分位于最低侵蝕基準(zhǔn)面之下；地形有利于自然排水；大氣降水是礦床的主要補(bǔ)給來(lái)源，地表水體不構(gòu)成礦床的主要充水因素。礦石致密堅(jiān)硬，未受構(gòu)造破壞，屬堅(jiān)硬級(jí)類礦石，工程地質(zhì)穩(wěn)固性好；頂板巖石的穩(wěn)固性較好；區(qū)內(nèi)所見(jiàn)礦體一般裸露地表，但覆蓋較厚。礦區(qū)工程地質(zhì)屬于簡(jiǎn)單類型。

深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)采場(chǎng)位于礦區(qū)145 m階段以下，臺(tái)階高度為15 m。礦石為石灰?guī)r及炭質(zhì)灰?guī)r夾層，礦石致密堅(jiān)硬，工程地質(zhì)穩(wěn)固性好。利用礦山現(xiàn)有的4臺(tái)開(kāi)山牌KT7C型整體式高風(fēng)壓露天潛孔鉆車和2臺(tái)志高牌ZEGA D545Ⅲ型整體式履帶式露天鉆機(jī)進(jìn)行穿孔。采用2號(hào)巖石粉狀炸藥及巖石乳化炸藥、8號(hào)工業(yè)數(shù)碼電子雷管起爆的深孔爆破作業(yè)。大塊礦石用液壓挖掘機(jī)配置的液壓破碎錘在工作面進(jìn)行2次破碎。

2 深孔爆破優(yōu)化試驗(yàn)項(xiàng)目主要內(nèi)容

深孔爆破參數(shù)直接影響爆破效果(大塊率和根底)及爆破工序成本，礦山在用穿孔爆破孔排距為4 m×3.5 m，本次項(xiàng)目第一階段在原有孔徑(90 mm)基礎(chǔ)上主要通過(guò)擴(kuò)大孔排距，前期通過(guò)測(cè)試測(cè)試出需調(diào)整到的孔排距，以4.0 m×3.8 m、4.0 m×4.0 m、4.2 m×4.0 m，4.5 m×4.0 m來(lái)測(cè)試，確定適合礦山的孔排距，輔以爆破區(qū)域自由面清理，并嚴(yán)格控制每個(gè)孔超深及封孔長(zhǎng)度，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)及用炮錘二次破碎來(lái)彌補(bǔ)爆破大塊率和根底，降低炸藥單耗，使爆破工序總成本降低。第二階段保持現(xiàn)有的炸藥單耗保持不變的情況下，通過(guò)將鉆孔孔徑調(diào)整至110 mm，爆破孔排距增大至5.0 m×4.8 m、5.2 m×5.0 m，提升每米爆破量，增加單次爆破礦量，減少穿孔爆破次數(shù)，提升爆破效率，進(jìn)一步節(jié)省炸藥用量，降低礦山爆破工序生產(chǎn)成本。

3 試驗(yàn)項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)

3.1 90 mm孔徑下深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

爆破設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到的爆破效果和炮錘二次爆破成本總和最低。

1)優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)包含：爆破自由面根據(jù)巖層走向選擇；爆破自由面物料清理；爆破排數(shù)選擇；起爆連線方式設(shè)計(jì)等。

2)前期通過(guò)測(cè)試測(cè)試出需調(diào)整到的孔排距，以4.0 m×3.8 m、4.0 m×4.0 m、4.2 m×4.0 m，4.5 m×4.0 m來(lái)測(cè)試。

3)測(cè)試時(shí)安排挖掘機(jī)及汽車進(jìn)行單獨(dú)出料方便單獨(dú)統(tǒng)計(jì)核算。

4)安排專門破碎錘進(jìn)行二次破碎以核算具體成本。

3.2 110 mm孔徑下深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

1)優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)包含：爆破自由面根據(jù)巖層走向選擇；爆破自由面物料清理；爆破排數(shù)選擇；起爆連線方式設(shè)計(jì)等。

2)前期通過(guò)現(xiàn)有炸藥單耗及孔徑、孔排距推算出110 mm孔徑需調(diào)整的孔排距，孔排距暫定為5.0 m×4.8 m、5.2 m×5.0 m來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆爆及出礦量跟蹤實(shí)驗(yàn)。

3)測(cè)試時(shí)安排挖掘機(jī)及汽車進(jìn)行單獨(dú)出料方便單獨(dú)統(tǒng)計(jì)核算。

4)安排專門破碎錘進(jìn)行二次破碎以核算具體成本。

4 爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)

4.1 起爆順序

采用孔、排毫秒延期逐孔逐排起爆[8]，為保證百分之百起爆單孔上下各填裝一枚8號(hào)工業(yè)數(shù)碼電子雷管同時(shí)起爆。

4.2 爆破網(wǎng)路

礦山深孔爆破采用2號(hào)巖石粉狀或乳化藥卷，其密度為0.95～1.25 g/m3，裝藥結(jié)構(gòu)采用耦合裝藥，爆速為大于3200 m/s，殉爆距離大于3 cm?？着c孔延期45 ms，排與排延期110 ms，孔與孔、排與排均采用串聯(lián)方式連接至起爆器。

4.3 炮孔堵塞

炮孔堵塞采用粘土、黃沙混合物。粗沙∶粘土=1∶1.5(粗沙粒經(jīng)最大不超過(guò)2 cm)，各孔堵塞長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)各孔前排孔邊距及孔口風(fēng)化帶的影響而定。填塞長(zhǎng)度取3.5～4 m。靠近臨空面的第一排炮孔填塞長(zhǎng)度為4.0 m，第二排填塞長(zhǎng)度為3.8 m，第三排填塞長(zhǎng)度為3.5 m。

4.4 網(wǎng)路聯(lián)接

爆破網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接由爆破專業(yè)設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)，并做好網(wǎng)路的保護(hù)工作。如果用大把抓的方式連接，雷管均用膠布捆綁5層，采用反向聯(lián)接。聯(lián)接完成后由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)查確認(rèn)無(wú)誤后，方可以進(jìn)行堵塞工作。

5 深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)展概況及爆破效果

2020年7月14日開(kāi)始實(shí)施，按照4.0 m×3.8 m、4.0 m×4.0 m、4.2 m×4.0 m，4.5 m×4.0 m四種孔排距有序測(cè)試。7月17日完成4.0 m×3.8 m孔排距爆破測(cè)試，爆破前后情況如圖1所示：爆破前自由面處理干凈，未留未出余礦及根底。爆破后整體沉降效果明顯，炮區(qū)巖石向臨空面拋擲效果顯著，礦石塊度滿足破碎生產(chǎn)要求，大塊率3%，隨著出礦的深入底部較小，較按孔排距4.0 m×3.5 m進(jìn)行爆破后一臺(tái)破碎錘增加2小時(shí)工作量處理根底。7月21日完成4.0 m×4.0 m孔排距爆破測(cè)試，爆破前后情況如圖2所示：爆破前自由面處理干凈，未留未出余礦及根底。爆破后整體沉降效果較好，大塊率5%，整體滿足破碎生產(chǎn)需求，出礦后根底較大2～3 m寬、3 m高，出料后需2臺(tái)破碎錘作業(yè)4 h處理根底以免影響下次爆破。7月24日完成4.5 m×4.0 m孔排距爆破測(cè)試，爆破效果如圖3所示：爆破前自由面處理干凈，未留未出余礦及根底。拋擲效果較差，第三排巖石未拋出，大塊率較高達(dá)到10%，爆破后需2臺(tái)破碎錘作業(yè)4小時(shí)對(duì)大塊進(jìn)行二次破碎，出礦過(guò)程中需一臺(tái)破碎錘一直配合作業(yè)對(duì)挖掘機(jī)剔出的大塊進(jìn)行破碎，生產(chǎn)效率極大降低，出礦后留根底較大處理難度大危險(xiǎn)度高。8、9、10月份按照4.2 m×4.0 m孔排距在礦區(qū)中部115～130 m階段及礦區(qū)西北部130～145 m階段進(jìn)行穿孔爆破，爆破效果如圖4所示：爆破前自由面處理干凈，未留未出余礦及根底。爆破效果一般，爆破后前排拋出效果較好，后排拋出效果較差，大塊率達(dá)6%，且出礦過(guò)程中隨時(shí)可能需要破碎錘進(jìn)行配合對(duì)踢出大塊堆進(jìn)行二次破碎，出礦后遺留根底較大3～4 m寬、3 m高，整體配合破碎錘進(jìn)行二次破碎及處理根底未影響全月生產(chǎn)。11、12月由于產(chǎn)量較大加上前幾個(gè)月按照4.0 m×4.2 m孔排距進(jìn)行爆破時(shí)底部根底較大影響生產(chǎn)遂調(diào)整孔排距為4.0 m×3.8 m在主采區(qū)(115～130 m階段)進(jìn)行穿孔爆破。其他外圍區(qū)域由于自然條件限制未完全按照4.0 m×3.8 m孔排距進(jìn)行穿孔爆破。

圖 1 +145平臺(tái)4.0 m×3.8 m孔排距爆破前后現(xiàn)場(chǎng)圖Fig. 1 Scene before and after blasting of +145 bench with hole spacing and burden of 4.0 m×3.8 m

圖 2 +145平臺(tái)4.0 m×4.0 m孔排距爆破前后現(xiàn)場(chǎng)圖Fig. 2 Scene before and after blasting of +145 bench with hole spacing and burden of 4.0 m×4.0 m

圖 3 +145平臺(tái)4.5 m×4.0 m孔排距爆破前后現(xiàn)場(chǎng)圖Fig. 3 Scene before and after blasting of +145 bench with hole spacing and burden of 4.5 m×4.0 m

圖 4 +130平臺(tái)4.2 m×4.0 m孔排距爆破前后現(xiàn)場(chǎng)圖Fig. 4 Scene before and after blasting of +130 bench with hole spacing and burden of 4.2 m×4.0 m

2021年進(jìn)行爆破優(yōu)化項(xiàng)目的第二階段：通過(guò)調(diào)整鉆孔孔徑，孔徑從90 mm調(diào)整到110 mm，進(jìn)而擴(kuò)大孔排距，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，繼續(xù)降低炸藥單耗，同時(shí)增加單次爆破礦石量。2、4、5、6月各進(jìn)行一次110 mm孔徑爆破試驗(yàn)，110 mm孔徑下試驗(yàn)孔排距5.0 m×4.8 m，爆破前后情況如圖5所示：爆破前自由面處理干凈，未留未出余礦及根底。爆破后整體沉降效果明顯，炮區(qū)巖石向臨空面拋擲效果顯著，礦石塊度滿足破碎生產(chǎn)要求，大塊率5%，由于該孔徑下5.0 m×4.8 m孔排距爆破試驗(yàn)后底部根底出現(xiàn)變大趨勢(shì)，為保證正常生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益未再進(jìn)行5.2 m×5.0 m孔排距試驗(yàn)。

圖 5 +145平臺(tái)5.0 m×4.8 m孔排距爆破前后現(xiàn)場(chǎng)圖Fig. 5 Scene before and after blasting of +145 bench with hole spacing and burden of 5.0 m×4.8 m

6 深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)項(xiàng)目取得效果

2020年實(shí)施深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)項(xiàng)目第一階段以來(lái)整體爆破單耗控制在0.138 kg/t左右，炸藥單耗由2019年全年平均0.164 kg/t，降低到2020年實(shí)施該項(xiàng)目后平均0.138 kg/t(扣除19年及20年外租破碎錘鑿礦量，2020年租賃破碎錘鑿礦量50萬(wàn)t。2019年租賃破碎錘鑿礦80萬(wàn)t)。未扣除外租破碎錘鑿礦量情況下2019年平均單耗為0.1457 kg/t，2020年全年平均為0.1332 kg/t，生產(chǎn)每噸礦石節(jié)省炸藥0.0099 kg，全年節(jié)省炸藥用量99.38 t，實(shí)施爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)后每月持續(xù)改進(jìn)情況詳見(jiàn)表1。2021年實(shí)施該優(yōu)化試驗(yàn)項(xiàng)目第二階段，共按照項(xiàng)目計(jì)劃按照5.0 m×4.8 m孔排距試驗(yàn)四次，炸藥單耗控制在0.114 kg/t。110 mm孔徑下按照5.0 m×4.8 m孔排距試驗(yàn)四次結(jié)果見(jiàn)表2。

表 1 2020年實(shí)施爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)后每月持續(xù)改進(jìn)統(tǒng)計(jì)表

表 2 110 mm孔徑爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)匯總表

7 結(jié)束語(yǔ)

(1)老龍山石灰?guī)r礦在90 mm孔徑下選擇4.0 m×3.8 m孔排距達(dá)到爆破效果，炸藥綜合單耗從2019年全年平均0.164 kg/t，降低到20年實(shí)施該項(xiàng)目后平均0.138 kg/t，并滿足每日生產(chǎn)所需礦石量。

(2)110 mm孔徑下炸藥單耗在5.0 m×4.8 m孔排距下達(dá)到0.114 kg/t，滿足綜合經(jīng)濟(jì)效益及生產(chǎn)效率。

(3)第二階段優(yōu)化試驗(yàn)初步結(jié)果統(tǒng)計(jì)110 mm孔徑下炸藥單耗低、單次爆破礦量多，間接增加了有效生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)也存在鉆孔效率低、直接造成人工成本偏高，下一步公司需重新核定穿孔人工工資。