地质理论在露天中深孔爆破中的应用

杨晓声(大冶有色金属股份有限公司铜山口铜矿，湖北 大冶 435124)

地质理论在露天中深孔爆破中的应用

杨晓声(大冶有色金属股份有限公司铜山口铜矿，湖北 大冶 435124)

根据铜山口铜矿露天爆破的实际状况，结合岩体结构、岩层走向，岩性节理、断裂等分析露天中深孔爆破。将理论与实际相结合，优化布孔方式与爆破参数，从而降低大块率、底根数，提高采场采掘工作效率。

中深孔爆破； 岩体； 优化参数

1 前言

铜山口铜矿从1970年开始露天大爆破开始，至今已有四十多年，长期以来在设计爆破方案时，往往只考虑炸药性质、爆破工艺、爆破参数等对爆破效果的影响，仅将爆破岩体看作孤立的岩石。由于岩石长期受到地质作用的影响，岩石存在着各种各样的结构及构造。甚至有时候忽视了节理断层面的存在，致使发生了一些使矿山造成损失的事故。

2 国内外研究动态

(1)岩体爆破的理论研究状况。80年代前主要对节理岩体爆破产生的现象进行了理论分析，80年代后主要是建立模型分析。总体来说，并没有全面和系统地对节理岩体在爆破载荷作用下多发生的炸药爆轰、应力滑移、裂纹开裂以致破碎成块和抛掷全程的认识。

(2)岩体爆破的实验研究状况。绝大多数研究结果都是以实验数据为基础，主要侧重单方向的数据统计，然而爆破中有许多影响因素，即使相邻的区域也会出现不同的结果，多种因素相互制约，爆破器材的更新换代，采掘设备的迅猛发展，导致过去的实验结果参考价值降低。

3 铜山口露天爆破生产状况

3.1 地理位置和地质概况

矿区位于鄂东南褶断束大冶复式向斜南翼次一级倒转向斜西端南翼。矿区地层自老至新为三叠系下统大冶群第三至第六性段灰岩、二叠系下统栖霞组灰岩和第四系地层。区内燕山期岩浆呈岩株、岩瘤、岩脉侵入。岩性为花岗闪长斑岩、闪长岩，位于矿床中心的岩株为成矿母岩。

3.2 矿体及控矿构造

铜山口矿床是由6个铜(钼)矿体和若干小钼矿体组成，见图1。矿区内裂隙构造十分发育，不同方向的裂隙呈网状交织。矿石自然类型有石榴子石矽卡岩、石榴子石化大理岩铜矿石、角砾岩铜矿石。矿石主要有用元素为铜，伴生有益组份为钼、银等。主要金属矿物为黄铜矿，其次为斑铜矿、辉铜矿、辉钼矿等。矿石平均密度2.96 t/m3，硬度系数f在8～12之间，松散系数1.44～1.87，湿度0.962%，设计台阶12m，台阶坡面角65°～70°，最终边坡角顶帮、底帮均为46°～50°。

图1 铜山口铜(钼)矿床矿体分布剖面图

3.3 露天采场采掘设备

穿孔设备使用250mm直径的牙轮钻，采剥使用国产电铲及大型油铲，运输使用BZKD20大车。

3.4 中深孔爆破设计

通过长期的爆破工作累计经验及爆破设计参考，现采场爆破参数为：炮孔直径d=250mm;炮孔排距b=4～5m;炮孔孔距a=5～7m;抵抗线w=3～4.5m;超深h=2～3.5m;炸药单耗q=0.5～0.7kg/m3。

乳化炸药等爆破器材由楚天化工公司提供，运输工作由矿山负责。

4 爆破岩体岩性分析

按照中国科学院地质研究所提出的岩体结构类型为爆破岩体结构类型，结构面和结构体是在一定的地质环境中形成的，因此地质类型和构造特征是研究岩体的重要依据。结合铜山口露天采场常见几种岩性总结如表1所示。

表1 铜山口露天采场岩体岩性

5 试验

5.1 炮孔布置

根据岩体的性质，将等间距布置炮孔改为不等距布置。

在实际布孔中，根据岩体的力学性质、结构面分布的不均匀性及方向性，以单个孔位为能量中心，以不同岩体为介质，不同岩性的岩体需要的爆破能量不同，采取不等间距的方式布置炮孔。布孔原则主要依据在结构面较密集较发育的地方，将孔距排距间距加大，从而减少孔数；在结构面较少不发育的地方，减小孔距排距，布置较多的炮孔。多年生产经验表明，按照这种方法布孔可取得较为良好的效果。

5.2 装药方式

对含有软夹层(破碎带)的爆破孔位，在爆破时采用分段装药中间间隔的办法。

为了防止在爆破中，爆轰能量从岩石缝隙逸出，出现爆破效果不理想，采取分段装药，在软弱夹层处进行用岩渣间隔装药的方式。一般在保证6m充填的情况下，采取下段用8段雷管，上段采用9段雷管，间隔部分尽可能覆盖夹层。效果良好，同时降低了单耗，如图2。

图2 分层间隔装药结构示意图

5.3 起爆方式

根据岩体岩性发育状况不同，采用不同的起爆方式。

采场一般爆破方法有V型起爆、波浪起爆、逐排起爆等。这些起爆方式取得的效果良好，但由于起爆方法是把岩体看作均匀理想化岩体，但实际情况并非如此。可以根据结构面的分布状况及发育状况，对于结构面分布较密、发育较好的区域，优先其他区域起爆，更容易为下面的炮孔创造更多的自由面，可以有效改善爆破效果，尽量避免同一次起爆的岩体含有过多的不同岩性。

5.4 抛掷方向

根据爆破岩体的产状不同确定最小抵抗线抛掷方向。

对于一些沉积岩(如采场北扩方向的灰岩)和某些变质岩(如北扩大理岩)均有明显的层理，其产状对抛掷方向和爆破效果均有显著影响。当设计抛掷方向与岩层层理近似垂直时，以北扩+26m台阶为例，爆破效果非常好；当抛掷方向与岩层方向平行时，往往很难达到爆破设计预期效果。

节理在各类岩体中是普遍存在的，节理面的存在不仅仅影响爆破设计，对采矿安全的控制也具有很大的意义。

5.5 生产中常见的布孔方式

5.5.1 常规布孔

常规的矩形布孔中在露天应用十分广泛，实际生产中，一般会采取梅花状的孔位来发挥爆破的更大效果，在梅花状孔位的网络图中，炸药分布更均匀，爆破震动也相对减小；由于露天采场的特性，一次爆破后的后一排分界处为下次爆破的自由面，如若采用梅花状孔位布置会使得新形成的自由面十分不平整，对接下来牙轮钻的穿孔造成不利，所以一般在后一排的孔位中，在两侧减少一个孔位，可以很好地解决这一问题，同时也减小了炮孔间作用力的夹持束缚，可以为下一次爆破提供更好的作业面，从整体上提升整个台阶的爆破作业效果，见图3。

图3 减少边缘A孔的布孔示意图

5.5.2 破碎带和断层带的布孔

由于单个台阶的岩性变化出现断裂破碎带，或边邦台阶由于岩体受外力出现变化，沿节理面出现断裂，在爆破设计中常有整个作业网络中出现断裂带，在实际生产中断裂带对爆破效果影响很大，由于缝隙的存在会使爆破能量未按控制方向溢出，造成设备和人员的安全事故。为了安全生产，通过改变爆破方向布孔使其与断层走向尽可能垂直。断裂带对穿孔也存在不利影响，会导致空压机无法将岩渣吹至孔外，甚至导致无法成孔。若无法改变抛掷方向的情况下，炮孔应避开在断层裂隙上，并在断层裂隙两侧对称布孔。

5.5.3 高边邦处布孔

由于北扩工程标高较小，露天高差很大，在高边邦爆破中要考虑到崩落的岩石对下方设备的冲击以及增加的运距成本，采取保守爆破，减少炸药量，会在边邦处留下“长城”，对后续工作开展不利。一般采取加大孔深，大抵抗线，高充填高度的办法，如图4所示，1、2、3号孔为正常孔，超深1.5～2m，4号孔为高边邦孔，一般超深2.5～3m。

图4 高边邦超深孔示意图

5.5.4 爆破大距离抵抗线布孔

当牙轮钻穿孔必须保证安全而不能到达理想穿孔位置时，或上一次爆破后冲、旁冲距离很大时，会导致抵抗线较大，如若按照以往的爆破方式，很难将自由面爆破开，采用多装炸药的方式会导致一系列安全问题，也会对后排孔造成很大冲击，建议可以采用第一排孔数较后排加密的方式。

6 结语

从地质角度考虑露天爆破的影响及爆破参数铜山口矿还处于起步阶段。露天中深孔爆破很重要，对整个露天开采成本及采剥计划都有着很深远的影响。

现阶段剥离任务较大，北扩方向主体岩性为灰岩及受热变质的大理岩，都有着丰富的节理及断裂。

由于铜山口地区地下水十分复杂，如何利用岩体本身节理、断裂进行布控、起爆，将决定采掘的生产成本及安全问题，所以地质知识在中深孔爆破的应用十分有意义。

[1] 吕新彪，姚书振，林新多.湖北大冶铜山口矽卡岩—斑岩复合型铜(钼)矿床地质特征及成矿机制[J].地球科学，1992，(2).

[2] 董立国.露天采石场中深孔爆破的布孔实践[J].河北煤炭，2009,(4)：11-13.

[3] 王鸿渠.地形地质条件对爆破效果的影响[J].公路，1964,(11):14-21.

[4] 王 娟.浅谈地形与地质条件对爆破的影响[J].农业科技与信息，2008,(12):41-42.

[5] 赵兆龙，王世文，庙延钢.地质地形条件对小龙潭露天矿爆破震动的影响[J].露天采矿技术，2007,(5):20-22.

[6] 陈建平，朱瑞赓.爆破岩体分类[J].水文地质工程地质，1987,(5)：30-33.

[7] 陈建平，高文学，陶连金.爆破工程地质控制论[J].工程地质学报，2006,(5).

Application of geological theory in medium-length hole blasting in open pit mine

According to the actual situation of open pit blasting of Tongshankou Copper Mine, and combined with the rock mass structure, the direction of strata, the lithologic joint and fault, the medium-length hole blasting technique was analyzed. Combining theory with the actual production, the holes arrangement and blasting parameters were optimized. The boulder yield and root ore were reduced and the mining efficiency was improved.

medium-length hole blasting; rock mass; parameter optimization

TD235.4

A

杨晓声(1988-)，男，吉林松原人，助理工程师，从事矿山地质工作。