青海德尔尼铜矿爆破效果评估及优化

周 驭 周文海 楼晓明

(1. 青海威斯特铜业股份责任有限公司，青海 果洛814000;2. 福州大学紫金矿业学院，福建 福州350108)

爆破对于整个矿山而言是一项系统工程，仅爆破环节费用占到整个露天矿开采总费用的15% ～20%，所以对于矿山爆破效果评估及优化受到了矿山企业的重视。青海德尔尼露天铜矿山长期以来爆破效果一直不理想，工作面凹凸不平，矿石块度不均匀，大块率高且一直保持在45%左右，根底也较多。在处理底根和大块时增加了大量的爆破成本和机械成本，同时对铲装运输造成极大影响。一方面使露天矿的生产效率受到极大影响，另一方面对于矿山生产计划造成严重的阻碍。为了改善德尔尼铜矿爆破效果以及加快矿山生产计划，特对德尔尼铜矿爆破效果做出综合评估，找出主要影响因素，最终提出优化方案，以期达到提高矿山经济效益的目的。

1 德尔尼铜矿爆破效果评估综合模型［1-4］

依据统筹全局、由主及次、由粗及细原则，把爆破效果影响因素按指标分配划为三级。以施工地质条件、爆破工艺设计和爆破现场管理为爆破效果评估体系的一级指标，其中一级指标应全局考虑爆破效果的所有主要影响因素。再根据指标间的隶属关系以及细分原则，将一级指标细分为划分二级指标，依次类推，划分三级指标。

1.1 评估指标权重的确定

指标权重赋值需反映2 方面内容:一是具有客观性，反映指标的相对重要性;二是反映专家、决策者、评估者对指标的主观性。前者是根据指标间的相互联系来确定权数，如灰色关联度法、主成分分析法等;后者是定性方法，由专家根据经验进行主观判断，然后与决策者进行协商后的决策得到权重。本研究采取定性方法对指标权重予以赋值，具体步骤如下。

(1)判断矩阵的建立。指标的重要性通过数量尺度来判断。如表1。

表1 判断矩阵定义Table 1 Definition of judgment matrix

由上表得出标度Mij，确定其重要性。其矩阵为

M = ［mij］n×n，

其中，n 为判断矩阵维数，矩阵中的元素应为mij=1/mji，mii=1。

(2)计算权重向量。权重向量是指下级因素对上级因素的影响程度。把判断矩阵的每一元素除以其相应列的总和，再计算每一行的平均值。根据线性规划算法，对判断矩阵的特征根求解得到特征向量。最后，通过归一化处理得到影响值。

(3)一致性检验。权数的分配初始值由专家及相关领导配得，其需要判断是否合理，必须要进行一致性检验。引入衡量判断矩阵一致性指标CI，如公式

CI = (λmax－ n)/(n －1).

其中，λ 为矩阵M 的特征值。

1.2 评估模型的方法——模糊综合后评估法

运用模糊综合评估是对德尔尼铜矿爆破效果受多种因素影响做出全面评估的一种十分有效的决策方法，它的特点是评估结果不是绝对地肯定或否定，而是以一个模糊集合来表示，具体步骤如下。

(1)先确定一个指标集

U = (x1，x2，…，xn)

和一个评估集

V = (v1，v2，…，vn).

(2)其次，对单个指标评估，通过建立模糊关系矩阵R，构造等级模糊子集，逐个对评估指标ui量化。从一个指标来看被评估等级子集的隶属度，从而得出模糊关系矩阵:

其中，矩阵R 中rij指被评估事物从指标ui来看对vj等级模糊子集的隶属度。

(3)最后进行综合评估。对模糊权向量

M = [m1，m2，…，mn]，

运用模糊矩阵合成的运算方法来计算，得

B = M·R ∈F(V).

2 模糊综合评估模型的应用

2.1 运用层次分析法确定指标权重

层次分析法确定权重如表2 所示。

2.2 指标的隶属度确定

爆破效果后评估指标的评估等级分为优、良、中、差、较差。根据模糊统计原理，各评估指标的等级隶属度如表3 所示。

2.3 模糊综合评估模型

施工地质条件模糊评估结果为(0.024，0.267，0.334，0.399，0)，说明其评估效果差;爆破工艺设计模糊评估结果为(0.291，0.317，0.370，0.022，0)，说明其评估效果中;爆破现场管理模糊评估结果为(0.216，0.292，0.364，0.128，0)，说明其评估效果中。由评估模型计算得出德尔尼铜矿爆破效果模糊综合评估结果为(0.198，0.296，0.373，0.138，0)，说明德尔尼铜矿爆破效果评估结果为中。具体建模计算过程为

表2 层次分析法确定权重Table 2 Weight determination by analytic hierarchy process

表3 指标隶属度确定Table 3 Determination of index membership degree

3 爆破效果优化

德尔尼铜矿区由于地质施工环境较不理想，岩层结构较为复杂，岩石风化、节理及断裂严重，结构面较多，对爆破施工造成严重影响。针对此种现状，施工单位没有针对具体环境处理好爆破工艺以及现场管理，最终导致整体爆破效果不佳。通过对德尔尼铜矿爆破效果模糊综合评估，最终数据显示对于爆破效果影响因素主要是爆破工艺的穿孔、装药、充填和网络设计以及现场管理的根底率、大块率和铲装效率。本矿区爆破现场常常存在穿孔的孔向和孔位的把握不当，经常超钻，欠钻，造成爆后下个台阶的不平整或留有大量根底，给下一台阶的爆破施工制造困难;并且由于装药结构和堵塞不合理性，对爆破的块度均匀率、根底、爆破振动以及飞石控制都有极大的影响;爆破网络的不合理设计不仅对于爆破效果造成严重影响，而且造成爆破成本的浪费以及爆破安全危机的可视性。因此，为了改善爆破效果，提高矿山生产能力、增加经济效益，给出如下优化方案［5-6］。

(1)穿孔优化，见表4。

表4 穿孔作业优化Table 4 Drilling operation optimization

(2)装药及充填优化，见表5。

表5 装药及充填优化Table 5 Charging and filling optimization

(3)爆破网络及连接优化。对不同的爆破部位，选取不同的爆破参数和装药结构，将爆破破碎分为松、散2 个标准，对不同位置的炮孔的爆破参数按其爆破破碎标准试爆后调整，优化前后的参数见表6、表7 所示。孔径为102 mm 的深孔，取最小抵抗线W1=2.5 ～4 m;孔径为150 mm 的深孔，取最小抵抗线W1=3.5 ～5 m，为减小爆破振动，一律采用逐孔起爆。

表6 优化前爆破网络Table 6 Blasting network before optimization

表7 优化后爆破网络Table 7 Blasting network after optimization

起爆网络改为奥瑞凯高精度微差导爆管雷管逐孔起爆，网络图如图1，爆破效果良好。

图1 优化后爆破网络Fig.1 Blasting network graph after optimization

4 总 结

(1)通过对德尔尼铜矿爆破项目评估优化，矿山爆破效果取得稳步提升，较以前整体爆堆外形有很大改善，爆堆规整，抛掷合理，后冲龟裂较轻，边界清晰。切实提高爆破效果，大大提高了矿山经济利益，实践证明，此次评估优化在安全、经济、技术上都是切实可行的。

(2)通过此次的爆破评估以及优化研究，监测发现，大块率减少了20%左右，铲装效率也提高了10%～15%左右，盲炮率从原来的5.3%下降到2.7%，爆破安全现状较以前有所改观，根底状况也有了明显的改善，为下个台阶作业创造了较好的条件，提高了矿山生产效率、经济效益。

(3)矿区爆破效果评估优化后，不仅大大减少了爆区临近岩块振动效应，而且对于最终边坡的稳定性起到了前期辅助作用。观察发现，优化后爆区岩体裂纹裂隙、岩块间振动孔隙、飞石控制以及台阶塌陷较以前有明显改善，这样不仅对于后期凿岩钻孔提供了更好的作业环境，而且对于台阶成型以及最终边坡的处理创造了优越条件。

［1］ 赵国彦，黄治成，刘 高，等. 中深孔爆破效果的AHP －模糊综合评价方法［J］.矿业研究与开发，2010，30(2):106-108.

Zhuo Guoyan，Huang Zhicheng，Liu Gao，et al.Comprehensive AHPFuzzy evaluation of effect of medium-length hole blasting［J］.Mining Research ＆ Development，2010，30(2):106-108.

［2］ 袁 梅，王作强，张义平，等. 基于模糊数学－层次分析的露天矿深孔爆破效果评价研究［J］. 矿业研究与开发，2010，30(5):81-84.

Yuan Mei，Wang Zuoqiang，Zhang Yiping，et al.Evaluation and study on the effect of deep-hole blasting in open-pit mine based on fuzzy mathematics and analytic hierarchy process［J］.Mining Research ＆Development，2010，30(5):81-84.

［3］ 叶海旺，常 剑. 基于模糊决策和层次分析法的采矿方法选择［J］.武汉理工大学学报，2009，31(8):145-148.

Ye Haiwang，Chang Jian. Choosing mining method based on fuzzy decision and analytic hierarchy process［J］. Journal of Wuhan University of Technology，2009，31(8):145-148.

［4］ 程 峰，王杰光，靳丽辉. 数学理论在金属矿山安全评估中的应用［J］.金属矿山，2007(3):77-80.

Chen Feng，Wang Guangjie，Jin Lihui. Application of fuzzy mathematics theory in mine safety assessment［J］.Metal Mine，2007(3):77-80.

［5］ 马 力，李克民，丁小华，等. 黑岱沟露天矿抛掷爆破效果的模糊综合评价［J］.金属矿山，2011(9):58-64.

Ma Li，Li Kemin，Ding Xiaohua，et al.Fuzzy synthetic evaluation on casting blast effect of Heidaigou Surface Coal Mine［J］.Metal Mine，2011(9):58-64.

［6］ 王永奇，郑尚松，戴 兵. 用沙坝矿中深孔爆破参数优化研究［J］.金属矿山，2011(10):72-74.

Wang Yongqi，Zheng Shangsong，Dai Bing.Optimization of mediumlength hole blasting parameters in Yongshaba Mine［J］.Metal Mine，2011(10):72-74.