宽孔距小抵抗线毫秒微差爆破技术在露天矿的应用

管学铭　刘洪忆　张国云　唐明亮

(1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.云南磷化集团有限公司)



宽孔距小抵抗线毫秒微差爆破技术在露天矿的应用

管学铭1,2刘洪忆1张国云2唐明亮2

(1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.云南磷化集团有限公司)

摘要通过采用宽孔距小抵抗线毫秒微差爆破方式，对晋宁磷矿露天矿山原有的爆破技术进行了优化，适当增加单孔负担面积，增大孔间距的同时减小抵抗线，在保证充填高度的情况下，降低爆破岩石单耗，相对减少了钻孔进尺量和雷管使用量，降低了穿爆成本，经济效益十分明显。

关键词露天矿爆破宽孔距小抵抗线毫秒微差

炸药的性能一定时，各类岩石都有一个合理的炸药单耗，因此，在给定的炮孔直径下，每个炮孔都有适宜的负担面积。多排孔爆破时，孔距和排距是一对相关的参数。瑞典学者兰格福斯早期提出的宽孔距小抵抗线微差爆破技术[1]，即在保持单孔负担面积(即延米爆破量)不变的情况下，通过加大炮孔间距、减小孔排距、增大炮孔密集系数，改善爆破质量的深孔控制爆破技术。目前，该技术已广泛应用于露天矿山[2-6]，不论在改善破碎效果，降低炸药单耗，提高爆破效率，增大延米爆破量等方面都表现出了巨大的潜力。

1工程概述

晋宁磷矿是国有大型露天磷矿，隶属于云南磷化集团有限公司，年出矿量280万t，年剥离量超过1 000万m3。目前以6#坑东采区为主，剥离的岩石位于矿体顶板，为反坡层状结构，以砂岩为主。随着剥离的逐步推进，矿体顶板岩石出露越来越大，风化程度低，硬度较大，主要为石英砂岩及含砾石石英砂岩、白云岩、夹泥质白云岩泥质砂岩等，岩石坚固性系数f=5～8，大部分剥离岩体只有通过爆破松动后方能开挖。

采用山特维克DI500/DI550型穿孔设备，该设备适应性好，钻孔效率高，钻孔直径150 mm；三角形布孔，钻凿竖直孔，孔网参数5 m×5 m，孔深10 m，根据爆破后开挖高度，实际超深约1 m；2#岩石硝铵/乳化炸药，单孔药量约81 kg(根据地质条件、钻孔情况等可调)；导爆管毫秒延期，逐排逐孔微差起爆，爆破网络稳定性好。爆破后，破碎块度适中，除局部大块外，基本能够满足铲装设备的要求。为了达到更为满意的破碎效果，适应钻机配备要求，降低穿爆成本，提出了宽孔距、小抵抗线、毫秒微差爆破技术方案。

2爆破工艺改进

原有爆破参数下充填高度过高，炸药能量作用不够均匀，导致上部局部出现大块，因此，在考虑增大孔距、减少抵抗线的同时，适当增加每孔负担面积、增加延米爆破量的方法，以期得到更好的爆破效果。

2.1炮孔直径及孔深

采用原有的设备配备、钻孔方式、三角形布孔方式，孔径仍采用150 mm，孔深10 m，超深1 m。

2.2孔网参数

根据岩石力学特性，参照实际爆破施工中的相关经验，使用了3，3.5，4 m 3种抵抗线值。根据宽孔距小抵抗线爆破中炮孔密集系数为2～6的原则，在保证堵塞长度不低于孔深1/3时最大装填药量的经验参考值，提出了5种可行的孔网参数组合形式，并进行了爆破试验。孔网参数分别为：8 m×3.5 m，8 m×4 m，9 m×3 m，9 m×3.5 m，10 m×3 m。

2.3单孔药量

根据经验，单耗为0.32 kg/m3，5种孔网参数所对应的单孔装药量分别为90，102，87，99，96 kg。采用连续装药、正向起爆，孔内起爆雷管延期时间500 ms。经过对装药的测算，并现场装药验证，以上5种装药量均能保证充填高度不低于3.3 m的要求。原爆破参数及试验爆破参数如表1所示。

2.4起爆方式

按照不同孔网参数所对应的药量装药，严格按照孔深装填，保证充填高度，充填堵塞后，即可连线起爆。起爆过程仍采用逐排逐孔非电导爆管毫秒微差起爆方式，孔内起爆雷管延期时间500 ms，同排炮孔孔间微差65 ms，排间微差147 ms。起爆网路如图1所示。

表1　不同孔网参数的爆破参数

图1　起爆顺序

2.5试验结果与优化

以上5种不同孔网参数的现场爆破试验均取得较好的效果，块度小且较均匀。但是由于穿孔质量不能保证，局部出现根底。为了避免因穿孔质量对爆破造成过大影响，同时考虑延米爆破量增加的幅度以及原有导爆管雷管脚线长度限制等因素的影响，考虑选取延米爆破量大且孔间距稍小的孔网组合，并对其进一步优化，以达到更好的效果，最终选取了8 m×4 m的孔网参数。

8 m×4 m方案爆破岩石破碎块度小，前排局部造成飞石，因此，采用适当减小岩石单耗的方法，最终采用0.30 kg/m3的单耗，单孔药量由102 kg减少到96 kg。

3技术经济评价

以上试验结果证明，宽孔距小抵抗线爆破技术不仅取得了较好的爆破效果，而且增加了延米爆破量，减小了岩石单耗，节省了炸药用量，降低了爆破成本。

(1)炸药单耗。宽孔距小抵抗线爆破实质上是在保证爆破质量的前提下，通过改善孔间距与孔排距之间的关系，使得炸药能量得到了充分利用。由于孔间距增大而排距减小，既增加了应力波的反射作用，又使实际爆破抵抗线小于标准爆破漏斗的抵抗线，使前排孔爆破为后排孔创造了自由面，为岩石破坏创造了更好的条件；另外，由于抵抗线的减小，排除了孔间的应力降低区，使得炸药能量利用率更高。根据爆破过程中炸药的实际用量，炸药单耗降低了0.02 kg/m3，对于年剥离量1 000万m3的矿山，每年可节省炸药200 t左右，经济效果明显。

(2)穿孔进尺量。由于单孔负担面积由原来的25 m2增加到32 m2，延米爆破量由22.5 m3/m增加到28.8 m3/m，按照年爆破量1 000万m3估算，一年可以减少穿孔进尺量约97 200 m，约占全年总量的22%，大大降低了全年穿孔总成本；同时，穿孔进尺量的减少，也减少了钻机配备数量，降低了矿山投资；通过对孔网参数的调整，钻机稍显富余，充分发挥出了钻机的效率，延长了钻机使用寿命。

(3)爆破器材消耗。由于钻孔负担面积增大，孔数减少，爆破时采用毫秒导爆管雷管双线网络，每孔2枚导爆管雷管，导爆管雷管的消耗量也大大减少。据估算，采用原始爆破参数时，雷管消耗量为0.008枚/m3，采用宽孔距后为0.006枚/m3，全年可减少1/4左右的雷管使用量，约2万枚。

4结语

宽孔距小抵抗线爆破技术在晋宁磷矿的应用取得了较好的效果，不仅改善了爆破质量，充分利用了炸药的能量，而且由于相对进尺量的减少，对于钻机配备略显不足的矿山来说显得尤为重要。另外，由于穿孔进尺量的减少，单耗的降低以及爆破器材消耗量的减少，使得矿山生产成本得以下降，矿山企业来说经济效果明显。在今后的实际生产中，爆破参数还有待进一步的优化，以期获得更好的效果。

参考文献

[1]韦爱勇,王玉杰.控制爆破技术[M].西安:电子科技大学出版社,2009.

[2]郑灿胜,庄健康,李战军.宽孔距小抵抗线技术在深孔爆破中的应用[J].矿业工程,2010(3):40-42.

[3]张平,刘松,刘海瑞.大孔距小排距技术在中深孔爆破中的应用[J].建材世界,2013(6):78-80.

[4]杨波.宽孔距小抵抗线爆破技术在云浮硫铁矿的应用[J].广东化工,2007(6):146-147.

[5]夏超,何君.宽孔距爆破机理分析及在黄麦岭磷矿的应用[J].爆破,1989(3):13-16.

[6]龚杰.宽孔距小抵抗线多排孔微差爆破技术[J].爆破,2001(2):37-38.

(收稿日期2015-10-13)

管学铭(1988—)，男，硕士研究生，100083 北京市海淀区学院路30号。