某矿山中深孔爆破参数优化

吴启海

(贵州能矿织金磷化工有限公司)

某矿山中深孔爆破参数优化

吴启海

(贵州能矿织金磷化工有限公司)

地下矿山开采中，井下爆破效果是采场生产效率的重要影响因素。为提高中深孔爆破效果，依据某矿矿岩物理参数及实际采场结构参数，对上向扇形中深孔的爆破效果进行了数值模拟计算。根据数值模拟对比分析及工业试验，验证了孔底起爆时，整个爆孔爆炸更加充分，矿石块度更加均匀，爆破参数的优化改善了爆破效果，达到了预期的目的。

地下开采 中深孔爆破 数值模拟 工业试验

某矿山采用无底柱分段崩落法开采，上向扇形中深孔爆破，采场进路间距11 m，分段高度12.2 m，放矿试验比较理想。但在实际生产中矿石大块率比较高，粉矿也较高，炸药单耗和同类矿山相比偏大。经过分析后认为，中深孔布置及装药结构和起爆时间控制不合理，造成矿石破碎效果不好，炸药偏高，为此，研究采用数学建模和多物质ALE算法，找出比较理想的孔底距和孔口距、爆破延迟时间，以改善爆破效果[1-6]。

1 中深孔爆破参数模拟计算

1.1 数值模拟计算模型

模拟材料主要有矿体、炮泥、空气和炸药。其中矿体和炮泥为固体，将空气和炸药定义为流体，采用流-固耦合模拟算法计算爆破对矿岩的作用。根据矿山采场结构参数，模型整体尺寸为11 m×20 m×1 m，整个模型共划分102 000个单元。中深孔扇形炮孔爆破计算模型见图1。

图1 爆破计算模型(单位：m)

1.2 数值模拟计算参数

根据地质调查和岩石力学试验的结果，用于爆破数值模拟计算岩石的物理参数如表1所示。中深孔扇形炮孔布置、装填长度等爆破参数见表2。

表1 岩石物理参数

表2 中深孔上向扇形炮孔数值模拟参数

1.3 计算结果

本次数值模拟共计算了起爆点位于孔底和孔中间两种工况。计算流程为：首先将建好的模型划分网格后加载到软件中，设定好分析选项并输出文件，然后对文件进行修改，再读入修改好的文件进行计算；计算完成后，用LS-DYNA3D自带有限元计算软件，结合ANSYS对结果进行处理。孔中间起爆后及孔底起爆后不同时间应力波分布见图2和图3。

图2 孔中间起爆后不同时间应力波分布

图3 孔底起爆后不同时间应力波分布

1.4 数值模拟计算结果分析

从图2可以看到，当在孔中间起爆后，应力波从中间向炮孔两端传播，爆炸冲击波很快向自由面方向传播，应力波作用主要集中在炮孔孔口附近，孔口岩石的破坏程度比较好，而孔底部分的矿体破碎效果相对较差，造成孔底部位大块较多。从图3可以看到，当将起爆药包布置于孔底时，起爆后，冲击波迅速向孔口传播，在1.5 ms内爆破冲击波传播到自由面，使整个炮孔爆炸更加充分，应力波对孔底岩石作用时间较长，孔底岩石破坏比较充分，孔口部分的岩石在只有一个自由面的情况下，受到应力波拉伸破坏的作用，破碎效果也比较理想，矿石的块度更加均匀，爆破效果显著提高。因此，将起爆药包布置于孔底，爆破效果更好。

2 现场试验

2.1 试验布置

在分段凿岩巷道内打上向扇形炮孔，采用YGZ-90型凿岩机，扇形炮孔排面倾角为90°，边孔角45°，炮孔直径65 mm，排距1.8 m，孔底距2.2 m，孔口距1.0 m，堵塞长度1.0～1.5 m。为了避免孔口附近炸药过分集中，相邻炮孔采用交错填塞长度,扇形炮孔装药时，要确保孔口药柱的间距不小于孔底距的一半，即1.1 m。每排共布置11个炮孔，总长度120.1 m，最长14.5 m，最短5.4 m，一次爆2排。试验在一个进路中进行，共爆破8次。试验采用岩石膨化硝铵炸药，药卷直径50 mm，长度150 mm，重量250 g/卷，采用不同段别的导爆管微差起爆。布孔形式见图4。

图4 布孔示意

2.2 试验结果

本次试验装药量约2 418 kg，崩落矿石约 13 068 t，矿石块度基本均匀，最大块度不超过300 mm，炸药单耗约0.185 kg/t。根据试验结果，爆破效果与之前相比得到了很大的改善，炸药单耗也显著降低，达到了预期的目的。

3 结 论

通过中深孔爆破效果数值模拟研究，证明采用上向扇形孔进行爆破落矿时，孔底起爆比孔中起爆的爆破效果好，有利于降低大块率，并且改善了整体爆破效果。现场试验证明，爆破效果良好，炸药单耗也显著降低，为矿山下一步全矿优化爆破参数、改善落矿效果、提高矿山效益奠定了基础，为相似矿山提供了借鉴。

[1] 陈先锋.中深孔爆破孔底空腔装药机理的研究[D]．武汉:武汉理工大学,2004.

[2] 罗世云.大红山铜矿扇形中深孔爆破矿石块度控制研究[D].昆明：昆明理工大学,2013.

[3] 戴 兵.中深孔爆破块度控制及其测定方法研究[D].长沙：中南大学,2013.

[4] 李晓杰,曲艳东,闫鸿浩,等.中深孔爆破分层装药分层填塞研究[J]. 岩石力学与工程学报,2006(S1):3269-3275.

[5] 任 江.井下铁矿开采中深孔爆破技术研究[D].太原：中北大学,2011.

[6] 蒋复量.金属矿矿岩可爆性评价及井下采场深孔爆破参数优化的理论与试验研究[D].长沙：中南大学,2012.

Optimization on the Medium-length Hole Blasting Parameters in a Mine

Wu Qihai

(Guizhou Energy Mineral Zhijin Phos-Chemi Co.,Ltd.)

The effects of the underground blasting is an important factors that affect the stope production efficiency in the process of underground mining.In order to improve the medium-length hole blasting effect,the upward fanshaped medium-length hole blasting effect is computed by numerical simulation based on the ore-bearing rock physical parameters and actual stope structure parameters of a mine.The numerical simulation and industrial experiments results show that during the detonating hole bottom,the blasting hole explosion more fully,the ore blocks is more even,therefore,the blasting effect is improved by optimizing the blasting parameters,the intended purpose is achieved.

Underground mining, Medium-length hole blasting, Numerical simulation, Industrial experiment

2015-07-06)

吴启海(1981—)，男，工程师，硕士，550005 贵州省贵阳市南明区花果园大街109。