基于侧向爆破漏斗试验的高村采场爆破参数优化

陈能革

(马钢集团矿业有限公司)



基于侧向爆破漏斗试验的高村采场爆破参数优化

陈能革

(马钢集团矿业有限公司)

针对高村采场爆破效果差、大块率高等难题，开展了侧向爆破漏斗试验，确定了抵抗线参数对爆破质量的影响程度；在此基础上，进行了一般坚硬岩石和特别坚硬岩石的爆破参数优化分析，获得了合适的爆破孔网参数，改善了爆破效果，提高了生产效率，降低了爆破开采成本，为矿山安全高效开采提供了指导。

露天矿山 侧向爆破漏斗 孔网参数

马钢高村采场矿产资源总储量为3.46亿t，平均品位为TFe 20.48%，服务年限为24 a。矿山设计生产规模为700万t/a，采剥总量为1 850万t，台阶设计高度为12 m，最终边坡角为35°～42°，采场最高标高为+102 m，最低标高为-186 m，最终边坡高288 m[1]。矿山采用深孔逐孔微差爆破，KY250A型牙轮钻机穿孔，孔径为250 mm，以乳化炸药为主。由于矿岩条件及开采参数等多种因素的影响，矿山爆破质量差，大块率居高不下，根底现象较为突出，直接制约着企业开采成本，亟待开展爆破参数优化研究。通过侧向爆破漏斗试验，开展采场爆破参数优化分析，确定合理爆破参数，以改善爆破质量和提高生产效率。

1 侧向爆破漏斗试验

1.1 试验材料

试验炸药为生产用φ180 mm乳化炸药，密度为1.1～1.35 g/cm3，殉爆距离为5 cm，爆速为3 200 m/s。雷管采用山东银光化工集团有限公司生产的高精度导爆管雷管，每孔2发。

1.2 试验方案

在确定安全的前提下，结合高村采场生产爆破进行侧向爆破漏斗试验，试验炮孔直径为250 mm。为了不影响矿山正常生产，单个试验炮孔布置在距离主爆区2倍孔距以外的地点；为消除生产爆破对试验孔的影响，试验孔先于主爆区起爆。爆破后对爆破漏斗参数进行测量，对爆破块度组成进行拍照以待块度图像分析。

根据利文斯顿爆破漏斗理论，炸药在岩石中爆破时，传给岩石的能量与速度取决于岩石性质、炸药性能、药包质量、药包埋置深度等因素[2-3]。其中药包埋置深度是影响爆破效果的关键因素。对于侧向爆破漏斗试验，抵抗线相当于利文斯顿爆破漏斗试验的药包埋置深度。为确定爆破抵抗线对爆破质量的影响，设计采取增大和减小抵抗线的方式，与正常爆破抵抗线的爆破效果进行对比分析。通过改变单孔爆破抵抗线大小，寻找最优爆破参数。

爆破漏斗试验共计6组，方案1和方案2为正常生产抵抗线试验，方案3和方案4为减小抵抗线试验，方案5和方案6为增大抵抗线试验。每次试验的爆破参数见表1。

表1 侧向爆破漏斗试验参数

1.3 试验结果分析

目前，图像分析法是分析爆破块度的常用方法之一[4-5]。这里把岩块长度大于800 mm的视为大块，爆破漏斗试验块度情况见图1(图中标杆间隔长度为10 cm)。每次爆破的大块率统计见图2，试验后爆破漏斗参数测量结果见表2。

由图2和表2可知，对于减小抵抗线的方案3和方案4，爆破漏斗角、爆破漏斗体积以及延米爆破量皆大于其他方案，且这2个方案的大块率和炸药单耗都小于其他方案；其中，方案3最大延米爆破量为81.8 m3/m，炸药单耗最小，为0.28 kg/m3，大块率最小，为0.98%。对于增大抵抗线的方案5和方案6，相比其他方案，爆破漏斗角减小，炸药单耗和大块率增大；其中，方案5炸药单耗最大，达到0.49 kg/m3，大块率最大，为7.53%。

图1 爆破漏斗试验块度情况

图2 侧向爆破漏斗试验大块率统计

方案漏斗角/(°)漏斗体积/m3前冲距离/m后冲距离/m延米爆破量/(m3/m)单耗/(kg/m3)1108852203.556.10.442114100722269.40.4231241260325.581.80.284120102035670.30.345889357564.50.49698888106.862.50.47

根据利文斯顿爆破漏斗理论，随着炸药埋置深度的增加，爆破漏斗体积逐渐增大；当埋置深度为最适宜深度时，漏斗体积达到峰值；随后继续增加炸药埋深，漏斗体积呈现迅速减小趋势。

试验结果表明，在矿山当前爆破参数下，在一定的幅度内减小抵抗线，可以增大延米爆破量，降低炸药单耗，减小爆破作业成本；同时有助于降低大块率，改善爆破质量；矿山当前的抵抗线大于最佳抵抗线，即对应于利文斯顿爆破漏斗试验中炸药的埋置深度大于最适宜深度，故应适当降低抵抗线，使其向最佳抵抗线靠近，以取得最佳爆破效果。

2 现场参数优化

2.1 一般坚硬矿岩

对于一般坚硬矿岩，按照初步设计参数，正常生产孔网参数爆破区域的大块率为4.52%；爆破孔网参数优化后，大块率为2.45%，大块明显减少，大块率降低45.6个百分点，优化效果显著。从现场爆破效果看，爆堆松散集中，块度均匀，未见根底现象，便于铲装运输。优化前后爆破参数对比见表3。

表3 一般坚硬矿岩优化前后爆破参数对比

2.2 特别坚硬矿岩

以往在特别坚硬的矿岩地带爆破时，炮孔负担面积较小，单耗较高，大块多，大块率在7%～10%。对采场北部坚硬矿石进行了爆破孔网参数优化后，大块率降低至4.37%，爆破质量得到明显改善，提高了铲装效率，降低了爆破成本。优化前后爆破参数对比见表4。

表4 特别坚硬矿岩优化前后爆破参数对比

3 现场施工控制措施

(1)根据采场不同位置的岩性条件，及时调整爆破孔网参数，以取得良好的爆破效果。

(2)加强现场施工管理，准确测定钻孔位置；装药前，对钻孔倾角、孔深等参数进行测量，以便控制装药量、堵塞长度等参数。

(3)爆破工程技术人员在装药前应对第一排各钻孔的最小抵抗线进行测定，对形成反坡或有大裂隙的部位应考虑调整药量或间隔填塞。底盘抵抗线过大的部位应进行处理，使其符合爆破要求。孔口抵抗线过小者，应适当加大填塞长度。

(4)装药过程中出现阻塞、卡孔等现象时，应停止装药并及时疏通；装药结束后，应进行检查验收，验收合格后再进行填塞和联网作业。

4 结 论

根据侧向爆破漏斗试验，得到矿山当前的抵抗线大于最佳抵抗线，通过对矿山一般坚硬矿岩和特别坚硬矿岩的爆破参数优化，大块率分别由原来的4.52%和7%～10%，降低至2.45%和4.37%，改善了爆破质量，提高了生产效率，为矿山安全高效生产提供了重要指导。为确保爆破质量，现场施工中应加强科学管理；根据现场条件，因地制宜地采取有效控制措施。

[1] 毕可程.大孔径预裂爆破技术在高村露天铁矿的实验与应用[J].现代矿业,2011(7):85-86.

[2] 汪旭光.爆破手册[M].北京:冶金工业出版社,2010.

[3] 王玉杰.爆破工程[M].武汉:武汉理工大学出版社,2009.

[4] 吕 林.图像处理技术在岩体块度分析中的应用[D].武汉:武汉理工大学,2011.

[5] 林大泽.爆堆块度评价方法研究的进展[J].中国安全科学学报,2003,13(9):9-13.

2016-09-12)

陈能革(1966—)，男，高级工程师，243000 安徽省马鞍山市。