提高金堆城南露天爆破质量的实践

2011-02-02殷延军金堆城钼业股份有限公司陕西华县714102

中国矿山工程 2011年4期

殷延军（金堆城钼业股份有限公司，陕西华县 714102）

1 前言

南露天基建剥离工程是金堆城钼业股份有限公司的重点工程，前期工程按计划运行，但南露天的地质情况与北露天略有区别，北露天主要为安山玢岩，而南露天除了有安山玢岩外，还有部分的石英岩，南露天爆破中根底和大块明显高于北露天，除地质条件因素影响外，岩性变化引起的爆破参数选择和施工质量控制也存在不足之处。根底和大块的增加严重影响了铲装和运输效率，还严重影响采掘作业正常推进，给生产管理和安全、文明生产带来许多麻烦。因此，必须找出产生大块和根底的产生原因，才能有针对性地制定相应的解决措施。

2 南露天根底和大块率超标的原因

2.1 区域地质条件

南露天地质条件复杂，每一个新平盘的边缘都是原始地表，岩层中常含有很多泥土夹层；石英岩与安山玢岩差异也较大，安山玢岩属于中等偏易爆岩体，而石英岩的可爆性跨度又较大，从易爆到难爆。在没有辅助手段的条件下无法确定爆区岩石的可爆性，因此也无法准确设计与爆区岩性最优匹配的爆破参数。这是造成南露天大块和根底超标的主要原因。

2.2 穿孔质量

在南露天生产过程中，穿孔质量控制不严，孔深超欠严重，也是影响南露天根底和大块的主要原因之一。

2.3 爆区几何形状不规整

在生产安排过程中，应使爆区总体形状比较规整，减少后排孔爆破时的夹制作用，避免在爆区衔接部位出现差错，造成根底、挡墙等质量问题。

2.4 车装乳化炸药

实际调查发现，每台炸药车在装完2～5个孔后，炸药性能才能达到最佳状态。车装乳化炸药性能不稳定，造成爆破破碎效果不均，也是影响南露天根底和大块的原因之一。

实践表明，炸药与被爆岩石的特性波阻抗匹配是影响爆破效果的重要因素之一。南露天地质条件复杂，岩石可爆性跨度大，石英岩的匹配系数已达1.71，而一种炸药配方无法适应岩性变化对阻抗匹配的需求，也是产生根底和大块的原因之一。

2.5 爆破设计及炸药因素

南露天爆破造成岩石的过度粉碎、强烈的抛掷、地震波、空气冲击波等均属于无益能量消耗，这部分消耗的能量占炸药总能量达85%以上，而真正用于破碎岩石的能量还不到15%。因此必须合理设计，以提高炸药能量利用率。

2.6 炸药与岩石相关因素

（1）炸药和岩石的波阻抗匹配。为了炸药能量利用率，必须根据岩石的波阻抗来选择炸药的品种，使炸药的特性阻抗与岩石的特性阻抗相匹配。Ze和Zr直接影响炸药的能量向岩石传播的效率，从应力波知识可知，爆轰压力传给岩石的压力为:

当Ze/Zr=1时，岩石将受到最大压力，炸药能量传递给岩的能量也就愈大。

（2）炸药与孔壁的耦合。不耦合装药会使炸药能量受到很大损失，从而影响岩石的破碎效果。

2.7 爆破工艺因素

（1）爆区自由面设计不合理。实践表明，呈凹弧的自由面其夹制作用最大，直线自由面的次之，而凸弧自由面的最小。因此，为克服凹弧自由面较大的夹制作用，孔网参数必须缩小或者单孔药量必须增加。

（2）底盘抵抗线Wd与孔间距a和排间距b。孔间距a太小，容易造成沿炮孔连心线开裂，而使抵抗线方向岩石得不到充分破碎；孔间距a过大，相邻孔之间岩石爆不下来，一般a=(1.2～1.5)W。

根据经验，保证最优爆破效果的孔网面积（a×b）是孔径断面积（π·d2/4）的函数，两者的比值是一个常数，为1 300～1 350。

（3）堵塞、装药结构、起爆药包位置对爆破作用的影响。堵塞作用是阻止爆轰气体过早地泄漏到大气中去，延长高压气体作用时间，提高炸药能量利用率；炮孔连续装药施工简单，但爆破后大块率高；采用分段间隔装药，使炸药沿炮孔长度均匀分布，以改善爆破效果。通常有三种起爆位置，正向起爆、反向起爆和中间起爆(双向起爆)。实践证明反向起爆较好，原因是应力波方向从孔底向自由面传播，延长压力作用的时间，起爆点炸药威力较大。

（4）炮孔布置、穿孔及装药质量的影响。钻孔不平行，孔口位置、孔距、排距都合理，但底部出现偏差，产生根底和大块。深孔爆破大块产生的主要部位是前排炮孔和后排炮孔。因此，合理选择后排炮孔的孔网参数及合理的孔口堵塞长度是减轻后冲、降低爆破大块率的有效途径。

（5）起爆顺序与间隔时间对爆破作用的影响。在多排孔爆破时，应用ORICA逐孔微差爆破可获得良好的爆破效果，主要是由于辅助自由面增多，应力波的叠加、岩块相互间的碰撞挤压作用及地震波的相互干扰的结果。

3 深孔爆破产生根底的原因

底盘抵抗线过大时产生根底在台阶根部，其根底形状多为棱柱体；孔网面积较大时产生根底在中间部位，其根底形状一般为球冠体；炮孔超深偏小时产生根底在台阶矿石底部，其根底形状多为棱椎体。产生根底主要有以下几种原因。

（1）底盘抵抗线偏大。由于上一次爆破后冲和岩层倾角的影响，容易造成台阶坡面角较小，再加上钻机安全作业距离的限制，穿孔位置靠后，使前排底部的抵抗线偏大，见图1所示。前后爆区衔接不到位容易造成抵抗线过大，坡底线与裂隙区边缘之间的大块区的矿岩裂隙很少，台阶前留有爆堆，进行爆破时会产生挤压爆破的效果，过量爆堆的夹制作用将会导致根底形成。

（2）孔网参数不合理。当孔间距偏大时，炮孔的间距远远大于最小抵抗线，见图2。此时两个炮孔裂隙区较远，爆炸产生的裂隙不能贯通，尤其在台阶底部水平上无裂隙形成，易产生球冠形状的根底；当排间距偏大时，爆破效果同前排抵抗线偏大时类似，也易产生根底。

图1 底盘抵抗线偏大形成根底分析图

图2 孔网参数不合理形成根底分析图

（3）超深偏小、有断层、破碎带穿过爆区或岩性突变地段、一次爆破排数过多、炮孔充填过小。个别炮孔超深偏小，炸药重心相对上移，使裂隙区上移，造成台阶底部水平面裂隙不连贯，爆破后往往出现根底；由于断层破碎带大多被风化物或碎石充填，炸药产生的爆轰气体会沿着弱面方向逸出，相邻炮孔间的裂隙难以发育完全，在台阶底部易留下根底；在爆破过程中，适当增多排数,采用微差起爆，可以改善爆破效果，但一次起爆排数过多，后排炮孔起爆时所受的夹制作用就增加，也容易产生根底；炮孔充填过小致使炸药能量过早向上抛掷，爆堆过高，产生大量大块。

（4）拒爆断爆现象。拒爆断爆也很容易形成根底。产生根底的部位，主要取决于炮孔质量、装填质量、拒爆现象等，可产生于爆堆的任何部位。

（5）压渣厚度不合理。压渣厚度最适宜尺寸为8～10m，当压渣超过15m时，会出现大量根底，并使大块率升高。

（6）上盘反倾斜岩层出现根底。由于岩层之间存在结构面，且结构面与漏斗面相一致，爆破作用沿着弱面间进行，能量从弱面之间泄露，设计的爆破作用漏斗半径减小，会在前方留下根底。

4 深孔爆破产生大块的原因

（1）复杂地质构造。南露天由于裂隙层的消能作用，应力波快速衰减或被阻断，另一方面由于爆炸气体沿裂隙逸出，爆炸气压迅速下降，致使远离炮孔的岩体得不到足够爆炸能量。

（2）爆破参数设计不合理。在南露天深孔台阶爆破梯段爆破台阶要素中，见图3，同一爆区分布两种或两种以上矿岩，且矿岩交互出现，其可爆性差异较大，分布在交界处的炮孔会出现抵抗线不均匀，改变了原来设计的爆破作用方向，使爆破作用不够充分，留下了大块。

图3 梯段爆破台阶要素示意图

（3）施工过程质量控制不严，水孔装药操作不当。爆破施工中产生废孔，需废弃重打，如果废弃的炮孔不填塞，南露天使用混装车装填乳化炸药时，如果混装车的装药软管不能到达炮孔底部，或者提升过快，不能将孔内积水挤到炸药上部，乳化炸药沉不到孔底或被水挤断，形成不偶合状态，爆破时底部岩石很难破碎，都易形成大块和根底。

（4）工艺环节管理不到位，使前排压渣厚度不合理。南露天实践表明压渣厚度最适宜尺寸为8～10m，当压渣超过15m时，大块率升高，并出现大量根底；实践中尽量使后面各排炮孔呈直线布置，使爆区总体形状比较规整，从而避免在爆区衔接部位出现差错，造成根底、挡墙等质量问题。

5 现场试验跟踪统计

2010年6～10月在南露天的现场跟踪调查数据分析显示，石英岩的大块率在8.5%～25.2%，根底率在3.5%～11.1%；安山玢岩的大块率在1%～6.5%，根底率在0.5%～5.1%；板岩的大块率3%～7.8%，根底率在2.5%～5.8%。2010年10月开始采取综合治理措施后，石英岩的大块率在0.5%～5.2%，根底率小于1.5%；安山玢岩的大块率在0～1.5%，根底率小于0.1%；板岩的大块率1%～2.8%，未出现根底。