易风化破碎岩体露天高精度逐孔爆破技术研究*

2017-10-23严少洋焦华喆陈峰宾陈新明王树飞刘晨生

采矿技术 2017年5期

关键词：炮孔高精度炸药

严少洋，焦华喆，陈峰宾，陈新明，王树飞，刘晨生

(河南理工大学土木工程学院，河南焦作市 454000)

易风化破碎岩体露天高精度逐孔爆破技术研究*

严少洋，焦华喆，陈峰宾，陈新明，王树飞，刘晨生

(河南理工大学土木工程学院，河南焦作市 454000)

结合某金矿矿岩破碎易风化和遇水崩解的特点，为了更好的控制易风化破碎岩体露天采场矿体位移和降低爆破振动对边坡的影响。利用矿业软件Surpac布置矿区爆破孔、爆破软件ShotPlus进行爆破网络设计，对岩移方向、单孔起爆时间、起爆过程进行了模拟。通过ShotPlus模拟实现高精度爆破，确保爆破顺序及岩体移动方向按照预期进行，矿区现场试验结果表明，采用高精度导爆管起爆，使起爆间隔时间小于8 ms的炮孔降到最少，有效降低了爆破对边坡岩体的振动破坏，取得了良好的工程效果。

易风化破碎岩体；高精度爆破；逐孔爆破；露天矿

0 引言

爆破技术是采矿工程中的关键技术，爆破参数的选择是否合理直接影响到矿山生产效率和岩体稳定，因此不断优化爆破设计参数是提高矿产开采效率和采矿安全系数的重要措施[1-7]。露天采矿爆破对其周围建筑物或者边坡的稳定易造成不利影响，为有效解决露天采矿爆破对建筑物的破坏，谢承煜等[8]采用爆破振动信号测试系统及动力有限元数值分析方法对露天采矿区爆破进行检测和模拟，研究表明，爆破振动速度和数值分析结果在变化规律和趋势上基本相似。余圣华、于江浩、田会礼等[3-4，9]采用孔间微差爆破技术进行现场试验，结果表明，取得了良好的减震效果。

结合某金矿矿岩岩体强度低、较破碎、易风化崩解、遇水易泥化等特点，为了更好的控制矿体位移，降低矿石的贫化率、损失率以及爆破震动对边坡稳定性的影响，决定采用高精度逐孔爆破技术及爆破软件对露天设计参数进行优化，使得爆破震动对边坡的影响降至最低。

该露天金矿位于贵州省黔西南州贞丰县境内，每月的爆破方量在100万m3左右，金矿岩石类型主要为泥岩、砂岩、以及泥岩和砂岩的互层结构，岩体具有强度低，较破碎、易风化崩解、遇水易泥化等特点[5]。矿区边坡顶部标高为750 m，坑底标高为450 m，露天边坡最大高度约为300 m，边坡台阶高度为20 m，坡面角大部分在65°左右。露天开采过程中，边坡的东南西北4个方向都出现过失稳破坏的现象[10-11]。因此，研究保证边坡稳定是有必要的。

1 露天逐孔高精度爆破参数

1.1 爆破台阶高度

提高爆破台阶高度可以减少每个台阶爆破的循环次数，从总体上提高露天矿山生产效率，在满足挖掘设备的效率和保证安全的情况下，爆破台阶的高度越大越好[12]。由于PC1250的最大挖掘高度在12 m左右，结合边坡台阶高度20 m的特点，应设计采用2次爆破形成20 m台阶，每次爆破高度为10 m。

1.2 钻机及孔径

增大爆破孔直径可以扩大爆破孔网参数，从而提高每次爆破规模[13]。因该露天矿每月的爆破方量在100万m3左右，生产爆破设计全部采用165 mm的垂直孔，钻机采用L8和780型钻机。

1.3 炮孔超深

超深的作用是增加炮孔底部的装药量，以克服底盘抵抗线的阻力，主要是为防止出现根底[4]。炮孔超深影响挖掘机效能和地面平整度，对下一个台阶钻机的效率也会有较大影响。超深一定要适度，不同的岩石类型和孔网参数，炮孔超深长度也不同，超深过小则易出现根底，过大又使台阶底部破碎严重，影响下个台阶的穿孔效率，且浪费炮孔及炸药。

根据不同岩性、不同炮孔超深的现场试验研究，经过大量的现场工程实践，所得结论如下：设计采用0.5 m和0.8 m两种不同的超深，在泥岩和砂岩内采用0.5 m，灰岩内采用0.8 m超深。

1.4 孔网参数及布孔方式

露天爆破孔网参数及布孔方式是影响爆破效果的关键因素[5]。针对废石爆破区域和矿石爆破区域分别开展了孔网参数优化研究，并得出如下结论：

在废石爆破区域内，孔网参数主要采用5 m×6 m、5.5 m×6.5 m、6 m×7 m 3种，根据岩石的类型、硬度，岩层走向和节理裂隙发育产状灵活选择。靠近自由面前排炮孔最小抵抗线取值为4～5.5 m，爆破时能让前排孔的岩石充分抛出，为后排孔提供良好的补偿空间，使岩石充分挤压、破碎，减少爆破后冲，改善爆破效果。布孔方式采用“梅花型”。

在矿石区域为了控制爆破位移，减少矿石贫化，孔网参数选择6 m×7 m，也采用“梅花型”布孔。

620 m台阶分区及爆破布孔见图1、图2。矿体内孔网参数为6 m×7 m，每排孔的走向与矿体走向相垂直。

图2 矿体内孔网参数布置

2 逐孔起爆技术

逐孔爆破技术是一种国内外逐步推广使用的扩大爆破规模、降低爆破危害、改善爆破效果、提高采矿效率及降低穿爆成本的一种新型爆破工艺[2-7，16]，已被国内大型露天矿山台阶爆破广泛使用，与排间微差及“V”形、斜线起爆技术相比，它具有破碎岩石块度均匀、爆破震动低等优点。利用Orica高精度导爆管雷管，结合最佳延期时间，采用逐孔起爆技术对该露天矿爆破参数进行了全面优化。

2.1 雷管的选择

为了适应现场混装炸药车装药温度较高(一般大于72℃左右)，以及大规模爆破装药时间长、因导爆管长时间浸在含水炸药中需有较高的抗酸碱性能和抗拉性能等因素，采用了Orica高精度导爆管雷管。这种导爆管为双层复合结构，在-40℃～80℃条件下仍能可靠传爆，孔内只放一发孔内雷管，不仅能安全、可靠起爆，还能降低生产成本。

2.2 装药结构及起爆方向

通过技术对比与优化，该露天矿选用现场生产的乳化炸药(水孔)和铵油炸药机械化直接装入炮孔，炸药感度较低，需要起爆药具加强起爆能力才能确保炸药稳定爆轰。起爆弹的能量大小直接影响到孔内炸药能否完全爆轰。

根据大量现场试验，得出露天矿10 m台阶爆破每孔的装药量为140～160 kg，选择规格为500 g/个的起爆具。炮孔采用连续装药，孔底反向起爆方式(见图3)。

图3 孔底反向起爆

2.3 爆破效果

由于废石区域内采用10 m台阶一次性开挖，所以爆破后松散度越高越有利于提高挖掘设备的效率，而矿石区域内爆破时，控制矿的损失与贫化是最大目标。因此，在保证挖机能够挖动、矿块能够通过选厂破碎站网格的情况下，矿体只需松动，爆堆平整就可以(见图4)。统计表明：露天开采矿石爆破的炸药单耗平均为0.32 kg/m3，爆破大块率平均为0.5%。

图4 露天采场松动爆破效果

3 爆破过程的Shot Plus模拟

用Shot Plus软件进行爆破网络连接设计，对岩石移动的方向、单个孔起爆的时间、起爆过程进行模拟，统计地表和孔内雷管使用情况。

爆破时岩石移动方向与矿体走向一致，有利于控制矿石的损失与贫化。在二期(靠近一期坑)边坡区域爆破时，岩石朝自由面相反方向移动，可以有效避免前排炮孔岩石向前抛掷，岩石将下方安全平台填满，滚入一期坑，影响一期坑正常生产。在矿石区域，岩石朝自由面相反方向移动，可以避免矿石向前抛掷，无法准确确定矿体界限，造成矿石贫化和矿量损失。

通过Shot Plus模拟，实现高精度爆破，确保爆破顺序及岩层移动方向是按预期的方向进行，以达到改善爆破效果和控制损失贫化的目的。

通过Shot Plus软件可以很容易找到起爆间隔时间小于8 ms的所有炮孔(小于8 ms视为同响)，可通过调整爆破网络连接，使起爆间隔时间小于8 ms的炮孔降到最少，降低单响药量，减少爆破震动，使爆破震动对边坡影响降到最低(见图5)。

图5 起爆间隔时间小于8 ms的炮孔

每个孔地表延期时间和孔内延期时间见图6。模拟起爆全过程见图7，可演示起爆的先后顺序以及是否有漏联等。

4 结论

针对露天生产爆破，在深入研究该矿岩特性的基础上，对露天生产爆破进行了长期的参数优化与现场实践，得出以下结论：

(1) 通过爆破参数优化，获得的最佳爆破参数如下：爆破台阶高度为10 m，孔径为165 mm；为了克服底盘阻力，防止出现根底，采用了0.5 m和0.8 m两种不同的超深尺寸；确定在废石爆破区域内孔网参数主要采用5 m×6 m、5.5 m×6.5 m、6 m×7 m 3种，靠近自由面前排炮孔最小抵抗线取值为4 ～5.5 m，在矿石区域孔网参数选择6 m×7 m，采用“梅花型”布孔。

图6 每个孔地表及孔内延期时间

图7 起爆全过程模拟

(2) 为确保爆破顺序及岩层移动方向按预定方向进行，以达到改善爆破效果、控制损失贫化的目的，采用Shot Plus软件进行爆破网络设计，对岩石移动方向、单个孔起爆时间、起爆过程进行模拟，同时采用高精度导爆管雷管起爆，使起爆间隔时间小于8 ms的炮孔降到最少，降低了单响药量，使爆破震动对边坡的影响降到最低。

(3) 通过露天爆破参数优化，使该露天开采矿石爆破的炸药单耗平均值下降为0.32 kg/m3，爆破大块率平均达到0.5%，爆破效果达到预期效果。

[1]张大松.露天采矿爆破中存在的问题分析及措施[J].华东科技(学术版)，2016(05)：355-356.

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