降低露天矿深孔爆破中大块率的研究

2014-07-01李家东李南方彭军伟

河南科技 2014年4期

关键词：大块炮孔装药

李家东李南方彭军伟

（栾川龙宇钼业有限公司，河南洛阳 471500）

降低露天矿深孔爆破中大块率的研究

李家东李南方彭军伟

（栾川龙宇钼业有限公司，河南洛阳 471500）

本文具体分析了露天矿深孔爆破过程中大块率高的原因，针对各个原因提出了降低大块率的技术措施,并介绍了新技术在降低爆破大块率中的应用。

大块率；岩体结构；爆破参数；新技术

深孔爆破作业是露天开采的重要生产环节，大块率是衡量深孔爆破质量的重要指标之一，近年来如何降低深孔爆破的大块率成为国内外研究的热点。大块率过高使爆破后铲装设备的铲装效率成本增高，同时增加破碎站粗碎和磨矿设备磨耗成本，而大块率较高又是很多露天矿普遍存在的问题，因此降低爆破作业产生的大块率对于降低生产成本、提高矿山总体经济效益、保障矿山安全作业具有十分重要的意义。本文综述了深孔爆破中产生大块率的原因，以及针对这些原因采取的降低大块率的技术措施。

1 产生大块的原因分析及优化措施

由于矿山的地质条件千差万别,影响大块成因的参数多种多样,其中包括炸药参数、爆破参数、岩体结构与力学特征等各种不同类型[1-2]。因此结合具体的矿岩条件,采用合适的爆破方法,优化爆破参数设计，对改善深孔爆破中大块率高的问题具有现实的经济意义。

1.1 岩性及岩体结构的影响及优化措施

岩体的岩性和地质构造对爆破产生大块的影响很大，破碎结构岩体，弱面和软弱夹层等地段都存在爆破质量差，大块率较高且根底残留高等问题。

1.1.1 裂隙结构岩体

破碎结构岩体地段爆破应力波随着裂隙溢出或被裂隙衰减，从而降低了爆破能量，岩石不足以被破碎而是顺着原本的裂缝裂开，形成大块。相对于清碴爆破法而言，微差挤压爆破法在碎裂结构岩体爆破中可显著改善爆破质量，降低大块率[3]。此外，有实践证明，采用不耦合装药对于降低大块率效果明显[4]。

1.1.2 层状岩体

弱面和软弱夹层地段使应力波在岩体中的传播过程十分复杂，爆破后容易产生根底、大块等问题。丁林敏等[5]经过计算机模拟及现场试验验证，得出层状岩体爆破时，应选择与台阶坡面垂直的岩层倾向方向作为爆堆推进方向，此时大块率最小。有研究者提出层状岩体过程中合理调整钻孔深度或增加辅助孔也可以有效改善爆破效果。

1.2 爆破参数的影响及优化措施

1.2.1 装药结构

由于传统的柱状连续装药结构药柱中心偏低，爆破过程中能量分散不均匀且充填料会吸收部分能量，在爆破过程中台阶上部破碎能量小，而导致台阶上部产生大块。采用分段装药，实现孔内微差爆破，使炮孔内炸药能量重新分布，可降低大块率的产生。歪头山铁矿采用空气间隔装药爆破技术，提高了装药高度，增大了台阶上部的爆炸力量，减少了台阶顶部的大块率。

1.2.2 孔网参数

在爆破过程中如果孔网参数选择不合理，容易产生大块。当孔网参数过大时，中心部位常常会产出大块；相反如果孔网参数过小会使药柱重心下降，炸药能量对台阶上部矿岩减弱，从而产生大块；若因掌子面地质条件和穿孔等因素而导致的个别炮空孔网面积偏大，爆后也易出现大块及根底。

在爆破作业中，孔网参数要解决的问题主要是抵抗线和孔距的确定。很多矿山实践表明，在合理的单孔负担面积不变的情况下，采用大孔距小抵抗线微差爆破的技术措施可以有效地降低爆破大块率。在实际爆破中应根据具体情况来设计孔网参数，对于石英云母片岩这样较容易爆破的岩石区域应适当扩大排距与孔距；而对于团块状浅粒岩这样较难爆破的岩石区域可以适当缩小排距与孔距。

1.2.3 起爆顺序

近年来矿山实践证明，比起排间顺序深孔爆破，V字型顺序起爆和斜线起爆顺序可以获得更好的破岩块度，能有效改善爆破质量。而具体应用何种起爆顺序要根据爆破岩体的具体情况而定，斜线起爆方式适用于存在2个或3个自由面的爆区，可以减少临空面的大块率。

1.2.4 填塞

填塞主要是为了降低爆炸气体的泄逸带来的能量损失，良好的填塞还可以增加气体在孔内作用的时间，对于改善爆破质量降低大块率具有重要作用。充填过大，台阶上部炸药能量不足，容易产生大块；充填过小会产生冲天炮而产生飞石且增大炸药消耗，填塞物一般为黏土、不含碎石的钻孔岩屑，一般情况下填塞长度为底盘抵抗线的0.7-1.0倍。

1.2.5 钻孔超深

超深过大往往使药柱重心过低，台阶上部容易产生大块，而超深过小容易产生根底，一般情况超深可按公式（1）（2）计算：

式中：W底——底盘抵抗线；D——装药孔直径。

1.2.6 底盘抵抗线

抵抗线过大，爆破质量将恶化，会造成根底多、大块率高等不良后果，甚至会出现硬埂，单位耗药量也会显著增加；过小，爆破过程中高低压气体直接进入大气，爆破效果降低，造成炸药的浪费，形成大块，且会产生飞石。计算底盘抵抗线的方法一般有以下几种：

式中，W底—底盘抵抗线,m;H—台阶高度,m;α—台阶坡面角,一般为60°～75°；B—从钻孔中心至坡项线的安全距离，对大型钻孔B≥2.5～3.0m。

1.2.7 单位炸药消耗量

炸药单耗大小不仅影响到爆破质量,而且还对爆破安全产生重大影响。如果炸药单耗过小会造成根底多，大块率高；而炸药单耗过大会造成爆堆的抛掷范围大，且产生飞石，对作业人员的安全造成威胁。王文才等人以瑞典兰格福尔斯的药量计算公式为基础，研究出了适合露天矿爆破的炸药单耗方法。

式中：S—单位炸药计算威力；R—岩石系数；F-炮孔倾斜度；q0—标准基岩中35%硝化甘油胶质炸药单耗，Kg/m3。

2 应用新技术降低大块率

2.1 交叉网络的应用

交叉网络遵循了宽孔距、小抵抗线的原理，是以同排起爆、斜线起爆、V型掏槽起爆为基础进行优化的一种起爆网络，孔距在起爆顺序上为原来的2倍。交叉网络起爆比常规的同排起爆、斜线起爆、V型掏槽起爆减少了冲击波在岩体中的渗流损失,使更多的爆破能量用来破碎岩石，具有大块产出率低、炸药消耗量少、机械磨损率低等优点。实践表明对不规则的台阶爆破交叉网络有着独特的效果,尤其是楔形体台阶爆破。在应用时炮孔质量是交叉网络爆破效果的关键，且交叉网络联线比较复杂，因此必须认真检查，避免出现事故。

2.2 同排相邻炮孔相向起爆法应用

同排相邻炮孔采用相向起爆可以使爆炸能量和应力岩在岩体中分布得更加均匀，其具体做法是一个从装药顶部起爆，相邻的另一个孔从装药底部起爆。某矿山在采用相邻炮孔相向起爆的生产试验结果表明，大块率分别从1%和2.4%降低到0.5%，电铲效率提高约三分之一。

2.3 顶部气体间隔爆破方法应用

采用中间分段间隔装药结构，虽然取得了一些实效，但具体实施中操作比较麻烦，而采用在整个炮孔装完，再在顶部放置气体间隔器的的爆破方法，实验证明这是既施工简单又行之有效的方法。南芬露天矿先后在大量的水孔和干孔中应用该方法效果非常理想，爆破块度明显降低，为后续的铲装、运输创造了良好的条件，大块率由往常的1.2个/千吨降到0.6个/千吨，块度比较均匀[17]。