黄山东17号铜镍矿中深孔爆破参数优化改进

张洋（新疆亚克斯资源开发股份有限公司 哈密　839000）



黄山东17号铜镍矿中深孔爆破参数优化改进

张洋
（新疆亚克斯资源开发股份有限公司 哈密839000）

摘要17号铜镍矿从2013年开始采用分段强制崩落法中深孔开采，该回采工艺已经运用了三年，工艺日趋成熟、效率高、生产安全可靠。依据现场实际生产中，出现部分矿体爆破后粉矿多、块度不均匀，火工材料单耗偏高以及人员装药出现的安全隐患，于2015年就回采爆破参数进行优化。

关键词分段强制崩落法爆破参数优化中深孔爆破

1　概况

亚克斯公司黄山东17号铜镍矿从2013年开始采用分段强制崩落法开采，该回采工艺已采用了三年时间，工艺日趋成熟、效率高、生产安全可靠。分段强制崩落法设计分段高度为12.5 m，进路间距15 m。通过近三年运用，实际生产中出现部分矿体爆破后粉矿多、块度不均匀，火工材料单耗偏高以及人员装药出现的一些安全隐患，于2015年就回采爆破参数进行优化。爆破参数包括炮孔直径、最小抵抗线、炮孔密集系数、孔底距、炸药单耗和边孔角。本文根据爆破漏斗理论和放矿步距的要求，所用凿岩设备（YGZ-90）性能，结合本矿近几年井下中深孔爆破设计参数的实践，进行了认真研究和分析，确定了符合本矿实际的回采爆破参数。

图1

2　 17号铜镍矿矿体赋存特点

2.1岩浆岩

黄山东17号铜镍矿岩浆岩以中基性为主，次为超基性岩及酸性岩。矿体呈似层状，其形态随五号超基性岩体形态变化而变化，空间形态近似船形，纵剖面呈弧形凹斗，横剖面近似U字形。矿区内有15、16、17、48号等数个矿体，矿岩属中等稳固。

2.2矿体赋存特点

矿体在12号勘探线埋深最大834 m，倾角33°～62°，随走向向东、西两端，矿体埋深变浅，矿体倾角随之变缓，分别是10°和39°。矿体品位随厚度变大、变缓而变富，在矿体下盘和产状由陡变缓之处，是岩浆熔离-贯入型富矿富集有利部位。其中17号矿体是矿床内最大矿体，最大厚度33 m，最小厚度2 m，但矿体连续性较差，矿体上下盘矿岩边界不规整，矿体内夹石较多，矿化不均匀属典型鸡窝矿。

3　 17号铜镍矿中深孔爆破存在的问题

⑴受地质条件的影响，堵孔与错孔时有发生，影响到装药质量。

⑵受炸药物理性能影响，装药过程中出现返粉率比较高的问题。

⑶爆破后矿石块状不匀、粉矿多、矿石过碎。达到设计截止品位时边孔虽然可以露出，但空间不足（设计边孔角50°），不能形成人员装药合理空间。为确保形成足够装药空间必须加大出矿量，从而造成过度出矿形成的矿石贫化以及人员暴露在悬空矿石下装药，造成安全隐患。

生产实际中出现的前两个问题，可以通过实践加以改进。在实践操作上，对存在堵孔的客观现象，采用输药管捅的方法也可能加以解决。返粉率较高的问题，可通过控制风压和提高职工操作技能来解决。最后一个问题则要从理论上分析，然后再在实践中优化中深爆破参数。

4　凿岩爆破参数的确定

4.1炮孔直径

炮孔直径的大小直接影响到炸药单耗与崩矿量、大块率，直接关联到凿岩机与铲运机的效率等指标，增加炮孔直径可增加每米炮的装药量，从而提高每米炮孔的崩矿量，但是相应的降低了凿岩机凿岩速度，随着直径的增大，装药返粉率也随之上升，增加了炸药成本，爆破过程中大块率增加，影响铲运机的出矿效率和铲运机的使用寿命，所以合理的确定炮孔直径应考虑以下几方面的因素：

⑴合理的炮孔直径要充分发挥凿岩设备效率；

⑵有利于提高爆破质量，使爆破下来的矿石块度满足千吨大块率的要求，同时减少二次改炮量，减少炸药成本，提高铲运机的出矿效率与使有寿命；

⑶有利于采矿技术经济指标的优化，降低采矿综合成本。炮孔直径选择一方面与采矿方法有关，另一方面取决于凿岩设备。17号铜镍矿采用的采矿方法为中深孔分段强制崩落法，矿岩系数F为8～12之间，中等硬度，断层与裂隙带较多，局部矿岩较为破碎，穿孔设备采用圆盘钻架式YGZ-90钻头直径范围为55～76 mm，同时合理选择凿岩速度，重点考虑装药爆破效果，最后确定炮孔直径范围为65 mm。

4.2炮孔排距（最小抵抗线）

实践证明，在同等装药结构的条件下，最小抵抗线是影响爆破质量的重要因素，如果过小，易破坏眉线和悬顶；如果过大，易产生悬顶和大块率等质量事故。最小抵抗线取决于矿岩的可爆性、炮孔直径、炸药性能与补偿空间状况等因素。为此在选取炮排距时，参照了以下两种计算方法和南京梅山铁矿的中深设计。

⑴根据孔径和矿岩性质确定。17号铜镍矿矿石硬度系数为8～12，属中硬矿岩，选用经验公式：

W=（25～30）d

式中，W为最小抵抗线；d为炮孔直径，分别取值为65 mm和70 mm。

经计算：W1=1.625～1.95m，W2=1.75～2.1 m。

⑵根据利文斯顿爆破漏斗理论（单孔装药）计算。

式中，d为炮孔直径，分别取值0.65 dm和0.75 dm；p为炸药密度，取值0.969/cm3；μ为装药系数，取值0.7；m为炮孔密集系数，取值0.8～1.2；q为炸药单耗，取值1.0～1.1 kg/m3。

经计算：W=1.398～2.14 m。

南京梅山铁矿中深孔为前后大小排布置，最小抵抗线为1.6 m。

综合以上结论，17号铜镍矿最小抵抗线确定为1.8 m以内，考虑到为减少爆破大块率，同时不改变50°边孔角设计，又能增加作业人员装药空间，取消早期设计方案中大小排设计，采用前后排炮孔交叉布置崩矿，矿步距为1.8 m孔底距为1.9～2.1 m。

4.3炮孔密集系数和底距

炮孔密集系数是孔底距与最小抵抗线之比，它们之间的关系用以下公式列出：

a=mW

式中，a为孔底距；m为炮孔密集系数。

炮孔密集系数、孔底距、最小抵抗线三个参数决定中深孔的密度，其中最小抵抗线反映了排与排间的孔网密度，而底距反映了同排内的网密度，炮孔密集系数则是用来调整它们之间的关系。它们影响到整个中深孔爆破技术经济指标。17号铜镍矿炮孔密集系数经过调整后为1.2，底距实际为1.9～2.1 m。

4.4炸药单耗

炸药单耗取决于矿石的可爆性、炸药性能和最小抵抗线等因素，其值可通过爆破漏斗实验确定。

亦可通过下列公式进行计算：

式中，k为修正系数，取1.2～1.4；p为矿岩密度3 t/m3，；f为矿岩普氏系数，取8～12。

根据公式得出:q=0.416～0.73 kg/t。

4.5炮孔设计

根据以上爆破参数的研究结果，确定炮孔直径为65 mm，崩矿步距1.8 m，孔底距1.9～2.1 m，边孔角50°、炸药单耗0.416～0.73 kg/t。计算每排装药量为272.2 kg、装药长度97.2 m。

炮孔设计施工参数见表1、图2。

表1　785分层6线2#凿岩巷炮孔设计参数

图2　炮孔设计图

5　结论

17号铜镍矿中深孔爆破参数设计优化结论：

⑴现场使用的2号岩石硝铵炸药，通过785分层6线与12线的试验结果表明，现场试验地段的两种矿岩体，爆破漏斗体积与炸药单耗均有所不同。矿岩体的爆破性以及炸药消耗量随着矿岩条件的变化而变化；

⑵根据现场勘察分析和现场爆破试验，17号铜镍矿785分层6线和12线矿岩可爆性评价分析结果表明，6线的15、16号矿体可爆性要好于12线的17号矿体；

⑶爆破漏斗试验结果表明，矿岩体节理裂隙除对爆破漏斗形成有很大影响，其控制了爆破漏斗形状、爆破块度、炸药单耗等重要爆破效果指标，在实际生产过程中应加强现场对爆破盘区的工程地质调查，认真分析及时调整爆破参数；

⑷通过统计与分析，分别得出了785分层6线与12线两种不同岩体的最佳爆破参数见表2，经济技术指标见表3。

表2　爆破参数表

表3　2015年部分采矿经济技术指标

通过2015年全年的生产实践表明，使用优化后的爆破参数，爆破后矿石块度均匀，爆破质量事故控制在合理的范围内，采矿经济技术指标较合理，为今后黄山东区域内同类型铜镍矿中深孔爆破，取得了较为科学的数据，有利于该参数在同类型矿山的推广。

参考文献

［1］解世俊.金属矿山地下开采〔M〕.北京：冶金工业出版社，2006.

［2］采矿设计手册编委会.采矿设计手册〔M〕.北京：中国建筑工业出版社，1992.

［3］杨建国，郭建平.分段凿岩阶段矿房法在遂昌金矿难采厚脉金矿段的应用〔J〕.江西有色金属，2003（3）：24～26.

［4］黄山东17号铜镍矿改扩建初步设计.乌鲁木齐有色冶金设计研究院.

收稿：2016-01-20

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.03.010