金属露天矿台阶爆破技术优化研究

郑 洲

【摘 要】金属露天矿台阶爆破是一项危险性极大的工程，其爆破质量直接影响到金属矿山的整体效益。为此，本文结合某矿山的实际情况，着重围绕爆破器材、爆破参数、装药结构和起爆方式等方面探讨了爆破设计方案的研究工作，并总结了爆破优化效果，以供实践借鉴。

【关键词】金属矿山；爆破技术；装药结构；效果分析

金属露天矿开采是我国矿业建设的重要组成部分，对推动城乡经济发展具有巨大的作用。台阶爆破作为金属露天矿开采的首要工序，具有较大的危险性，其爆破效果不仅影响到开采作业各项工序的效率及生产成本，而且容易引起爆破事故的发生，导致矿区人员的伤亡及财产的损失。目前，我国许多金属露天矿普遍存在爆破经验欠缺、施工单位爆破技术落后、施工人员综合素质低等问题，造成爆堆大块率偏高、爆破效果不明显、采矿场台阶作业面工作线不平整和局部根底、岩墙等现象的出现，严重影响到金属露天矿的正常作业及经济效益，这些问题的存在也迫使了矿区管理人员急需加强爆破技术优化工作的研究力度。本文通过探讨金属露天矿台阶爆破设计方案，提出一些个人见解，希望对进一步完善露天矿爆破技术有所帮助。

1.地质概况

根据矿山的地质条件和几年来的爆破经验总结，将该矿分为难爆区域和中等区域。难爆区域岩性主要为黑云母花岗岩，节理裂隙不发育，岩石完整，蚀变类型为石英—绢云母—水白云母化，岩石硬度系数在8～10，坚硬；中等区域岩性主要为次斜长花岗斑岩、次英安质角砾熔岩及流纹质晶屑凝灰熔岩，节理裂隙较发育，岩石较完整，岩石硬度系数6～8，较坚硬。爆区台阶高度15m，工作台阶坡面角65°～70°，爆区长度60～100m，爆区宽度20～40m。

2.爆破设计方案

2.1 爆破器材

雷管采用奥瑞凯高精度毫秒延期导爆管雷管，误差小于延期时间的2%，可与起爆弹配合使用。炸药主要采用易普力混装乳化炸药，在现场直接混制，泵送入孔，利用空气间隔器来进行间隔装药，间隔器可以承受0.4MPa的压力。

2.2 爆破参数

1）钻机及钻孔直径。依据矿山初步设计，采用矿山现有的钻孔设备：KQ150潜孔钻机，钻孔直径为165mm；YZ-35C牙轮钻机，钻孔直径为250mm；CM351潜孔钻机，钻孔直径为140mm。

2）炸药单耗。炸药单耗的确定是深孔台阶爆破的主要参数之一。Langefors公式指出，岩石台阶爆破所需装药量可视为爆破结果的各种变量的一个函数，写成最小抵抗线的幂函数为：Q=k2W2+k3W3+k4W4。

3）超深Δh。超深Δh值主要由岩层情况与抵抗线W值而定，一般取Δh=（0.1～0.25）W，难爆根底取：Δh=（0.25～0.3）W，在使用多排微差爆破时，最后几排的Δh值要稍加大。

4）堵塞长度。良好的堵塞可以减少飞石，延长孔内爆炸气体作用时间，提高炸药能量利用率，加强破碎效果。目前对于炮孔填塞长度LS一般是用孔径、孔深和最小抵抗线或岩性来表达的，可采用经验式LS=（20～25）D或LS=（0.8～1.0）W进行相应的设计计算。

5）底盘抵抗线Wd。采用过大的底盘抵抗线会造成根底多，大块率高，后冲作用大；过小不仅浪费炸药还易产生飞石危害。根据爆破时间经验，底盘抵抗线与台阶高度H之间存在如下关系：Wd=（0.6～0.9）H。

6）孔排距。孔排距由公式a=mb和b=（0.6～1.0）Wd计算可得，其中，a为孔距；b为排距；m为炮孔密集系数，结合我国露天矿山经验数据，m一般取0.9～1.2。

7）间隔装药参数。按空气柱所在位置，空气间隔装药可分为：中间间隔、底部间隔、顶部间隔、径向间隔。

8）逐孔起爆间隔时间确定。逐孔起爆技术是国外兴起的一种新型爆破技术，在国外矿山深孔台阶爆破中已被广泛采用，而我国除几个大型露天矿外几乎还未涉及该领域。其炮孔的起爆不是传统意义上的逐排，而是相邻炮孔按照一定的时间间隔依次起爆，同时相邻排之间也以另一时间间隔依次起爆。

在延期时间确定方法上，经实践验证，澳大利亚矿山的经验较为适合我国的实际情况。统计结果表明，地表延期时间分布与爆破效果的关系大致服从正态分布，理论给出的不是一个绝对的数值，而是一个倾向于最佳爆破效果的时间区间，经验表明，孔间延期时间为3～8ms/m，排间延期时间为8～15ms/m，其爆破效果较为理想。

通过爆破参数优化试验，最终得出了难爆区域和中等区域的台阶爆破参数。其中，难爆区域台阶爆破参数见表1，中等区域适当增加了孔网参数（排距增加0.5m）。

2.3 装药结构

为使空气间隔不耦合装药，保证间隔段的爆破效果，装药结构采用奇、偶排空气间隔段交错布置。

乳化炸药密度按1.15g/cm3计算，并考虑到扩孔因素得出：KQ150潜孔钻机Φ165mm孔径，线装药密度取QL=27kg/m；CM351潜孔钻机Φ140mm孔径，取QL=20kg/m；对于牙轮钻机Φ250mm孔径，取QL=63kg/m。

孔内采用空气间隔器，奇偶排落差装药技术节省了炸药单耗，降低了中部块度。空气间隔器可以承受0.4MPa的能量冲击，增加了应力波的传播时间，加强了岩石破碎，杜绝了根底的出现。

2.4起爆方式

采用奥瑞凯高精度毫秒延期导爆管雷管实现了逐孔起爆技术，先爆孔为后爆孔多创造一个自由面，爆破后相邻孔之间碰撞挤压，加强了岩石的二次破碎；同段起爆药量为单孔药量，很好地控制了爆破震动。

针对爆破后冲过大造成后排工作线不齐及台阶面裂隙率高的问题，爆破组采用Φ140mmCM351潜孔钻机钻孔试验了缓冲孔爆破，装药采取双空气间隔装药，有效解决了这一问题。增加缓冲孔的方法解决了后冲过大的问题，但是成本却很高。

为了解决后冲过大的问题但同时又不增加爆破费用，爆破组经过研究决定最后一排孔用100ms延期雷管来代替以往的65ms延期雷管，通过增加延期时间来减小后冲。通过长时间的爆破实践证明，这种方法基本上解决了后冲过大的问题。100ms延期雷管和65ms延期雷管价格是一样的，零投入但达到了预期的效果，大大节省了爆破成本。常用的起爆方式为斜线型起爆和V型起爆，其起爆方式网络联线图如图1所示，主控排与延行列传爆方向大于90°，很好地保证了松散度，易铲装，提高了铲装效率。

3.效果分析

1）通过爆破参数优化和新材料、新技术、新方法的应用，日均减少供矿时间4h，预计每年减少供矿时间1320h。大块率降低，电铲效率提高20%，在相同时间内可以增加20%的产量。三台挖掘机提前4h停止供矿用来剥离，预计每年为公司多创造效益5929万元。

2）通过爆破参数优化，彻底解决了矿石爆破的大块问题，提高了选矿厂粗碎站的供矿效率，减少了粗碎站故障率。预计每年节省费用为2611万元。按照矿山服务年限33a来计算创造的效益为19.6亿元，节省的费用为8.61亿元。

4.结语

通过探讨金属露天矿台阶爆破技术优化研究工作，可以得出以下几点结论：①使用奥瑞凯高精度毫秒延期雷管，能够实现逐孔起爆；②间隔器的使用可以节省炸药单耗，减少成本；③采用最后一排孔增加延期时间的方法，可以解决好后冲过大的问题，实践证明，这些新材料、新技术、新方法的应用，有效降低了爆破成本，并取得了较好的经济效益。

参考文献

[1] 祝光标.钱家山水泥矿山爆破装药结构优化的研究[J].建材世界.2012年第01期

[2] 闫志国.某铀钼露天矿分期开采技术研究[J].中国矿业.2012年第S1期