长山壕露天矿爆破根底产生原因及控制措施

2015-01-20李晓平

现代矿业 2015年12期

关键词：根底长山露天矿

李晓平

(湖州南方矿业有限公司)

长山壕露天矿爆破根底产生原因及控制措施

李晓平

(湖州南方矿业有限公司)

根底率高一直是长山壕露天矿爆破生产中的一个突出问题，出现根底后不仅需要进行二次爆破，增加开采成本，而且还影响到后续的铲装作业，减缓施工进度。通过分析该矿山根底产生的部位及原因，分别从破岩机理、参数优化、组织施工等方面提出了降低根底率的措施，对于改善爆破效果有一定的参考价值。

台阶爆破根底控制措施爆破效果

长山壕露天矿位于内蒙古乌拉特中旗境内，矿体受地层、构造破碎带及片理化带控制，含矿岩石主要为千枚岩、片岩、千枚状板岩等，岩石坚固系数8～10。矿带整体呈EW—NEE走向，以1条NE向的压扭性断裂构造为界，分为东西2个矿带。矿体在平面上呈雁列式或平行排列成群出现，间距10～20 m。矿山开采设计台阶高度12 m，分2个阶段完成，每个阶段形成6 m，钻孔直径140 mm，采用多孔粒状铵油炸药和混装乳化炸药，孔排距5 m×4 m，超深1m。对爆破结果统计分析发现，根底率一直居高不下，曾一度达到10%，不但增加了开采成本，而且对后续铲装作业及设备磨损影响较大，有必要采取措施加以解决。

1 根底产生原因

1.1 底盘抵抗线

在台阶爆破中，底盘抵抗线对根底的产生具有重要影响。随着长山壕露天矿产量的不断增加，时常出现清渣未完全完成便需爆破的现象，即存在一定程度的压渣爆破，导致底盘抵抗线有一定的增加[1]。炸药在岩石中爆炸产生的能量一部分用于破碎岩石，另一部分对岩石做功产生位移，如果底盘抵抗线过大，爆炸产生的能量不足以破碎前排岩石并发生位移，在台阶底部将留下根底。另外，矿山采用5 m×4 m的孔排距，由于炮区每次爆破排数较多，平均达到12排以上，排数越多后排岩石爆破夹制作用越大，因此最后一排根底率往往最高。

1.2 超深

台阶爆破超深是指在台阶高度的基础上超钻一定的深度，目的是利用超深部分的药量克服底盘岩石的阻力。超深需在一个合理范围内，超深不足的结果是炸药能量达不到破碎岩石的效果，将导致根底产生；超深过大一方面浪费钻孔和炸药，另一方面影响下一平台的爆破效果。长山壕露天矿原超深1 m，爆破后平台很不平整，出现较大起伏，主要是超深不足所致。

1.3 起爆方式

长山壕矿山采用国产非电毫秒导爆管雷管，将炮区中间2排作为主控排依次起爆，两边雁行依次起爆，如图1所示。该起爆方式弊端有：首先主控排起爆无自由面，为大规模的掏槽爆破，爆破夹制作用大，在相同超深情况下易产生根底；其次爆破后的爆堆不够集中，影响铲装效率。

图1 起爆方式

2 根底率控制措施

2.1 确定合理的底盘抵抗线

合理的底盘抵抗线是取得较优爆破效果的重要保证，底盘抵抗线的确定受岩石可爆性、孔径、台阶高度、台阶坡面角等因素的影响，一般可根据经验公式确定，常用的经验公式有以下几类[2]。

根据钻孔作业的安全条件计算底盘抵抗线：

Wd≤Hcotα+B ,

(1)

式中，Wd为底盘抵抗线，m；H为台阶高度，m；α为台阶坡面角，(°)；B为钻孔中心至坡顶线的安全距离，m。

若H=6 m，α=65°～70°，B=1.5～2 m，由式(1)可计算得：Wd=3.7～4.8 m。

根据台阶高度和孔径计算底盘抵抗线，公式为

Wd=Kd ,

(2)

式中，K为与孔径相关的系数；d为孔径，取140 mm。

在压渣爆破和小孔径条件下，K=20～30，代入式(2)，计算可得：Wd=2.8～4.2 m。

根据岩石坚固系数计算底盘抵抗线，公式为

Wd=(0.24HK′+3.6)d/150 ,

(3)

式中，K′为与岩石坚固系数相关的系数，见表1。

表1 岩石坚固系数K′取值

利用式(3)计算可得：Wd=4.4 m。

根据上述计算结果并结合长山壕矿山的爆破实践，综合考虑压渣的影响，前排抵抗线取4 m。

针对爆后平台不平整问题，采用宽孔距小排距的爆破技术，可增大爆破漏斗角，形成弧形自由面，为后排爆破创造了一个弧形裂隙，进而为岩石受拉伸破坏创造有利条件。该技术的关键是确定合理的炮孔密集系数。如图2所示，A、B、C、D为炮孔，C、A和B、D同时起爆，α为漏斗角，a、b分别为孔距和排距。当DA=DB=DC时，后爆炮孔D爆炸后在先爆炮孔A、B形成的边界面ACB上的边界阻力相等，炸药能量利用率最高，爆破效果最佳。此时，△ACD和△BCD为等边三角形，∠α=120°，利用几何关系可得:a=3.46b，即密集系数m=3.46。但在实际爆破中采用的是柱状药包，形成的是弧形自由面，且被爆岩体并非完全均质，而是各向异性，因此需要根据现场实际对密集系数加以修正[3]。现场爆破漏斗试验表明：当孔距a=5.8 m时，∠α≥120°，爆破效果较好。根据柱状药包爆破机理并顾及现场岩石特性，修正后的密集系数m=1.65，则排距b=3.5 m。

图2 台阶爆破漏斗平面

2.2 合理确定超深

常用的超深计算方法为几何法，如图3所示。当孔底至台阶底部的距离最小时可确保不出现根底，此时∠β=90°，炸药能量利用率最高。根据相关计算可得：超深取1.5～1.9 m，第2排起后排超深取1.3～1.6 m。综合上述计算结果并顾及有压渣爆破的存在，前排超深取1.7 m，从第2排起后排超深取1.5 m。另一方面，由于矿山爆破排数较多，最后一排岩石夹制作用大，最后一排超深取1.7 m[4]。