武山铜矿爆破参数优化研究

熊伟毅

（江西铜业集团公司，江西 南昌 330000）

1 研究背景

武山铜矿是一座地下开采矿山，始建于1966 年，经过多次改造，于2009 年扩产达到5000t/d 的采选规模。南、北矿带分别采用下向水平分层进路式胶结充填采矿法与下向水平分层进路式胶结（水砂）充填采矿法。采用YT27 气腿式凿岩机凿岩，采用秒延期导爆管雷管起爆、乳化炸药进行爆破。

根据江西铜业股份有限公司批复武山铜矿三期扩建工程立项的文件精神，三期扩建工程建设完成后，武山铜矿将形成10000t/日采选能力。经过多年生产经验的积累和探索，目前武山铜矿采矿综合能力也有提升，但主要体现在采矿盘区个数的增长，其单个盘区采矿效率上升不明显。优化爆破参数是提高武山铜矿盘区单产能力的关键技术，由于回采爆破存在较大的自由面，爆破效果较好，故研究爆破参数优化主要对切采爆破参数进行优化就可以有效提高采矿盘区单产能力。

2 切采爆破参数布设优化

切采进路凿岩爆破时，影响掏槽爆破的因素较多，且各因素之间相互影响、相互制约，而掏槽爆破参数的选择，是决定采矿爆破炮孔利用率的主要因素。选择合理的掏槽参数和掏槽方式，形成槽腔，为后续炮孔爆破创造出良好的爆破自由面，提供岩石破碎补偿空间。因此，选择合理的掏槽参数和掏槽方式，创造出良好的爆破自由面，使掏槽部分岩石最大程度破碎并抛出，获得较高的炮孔利用率，从而提高爆破效率。

2.1 掏槽眼参数优化

为克服目前直眼掏槽和斜眼掏槽的不足，提高采矿爆破效率，根据岩石爆破理论，采用准直眼掏槽方式作为优化方案。准直眼掏槽方式充分结合了直眼掏槽和斜眼掏槽各自的优点，所有炮孔深度同等，次掏槽孔垂直于自由面，主次配合，并采用合理的时间间隔进行分层分次掏槽。该掏槽方式槽底炮孔间距较大，可杜绝穿孔现象，主掏槽眼稍微倾斜准直眼（倾角在80°～88°之间），与现有掏槽方式相比，准直眼掏槽方式具有以下优点：形式简单，易操作，槽腔大，效率高，成本低。

为了优化准直眼掏槽参数，利用岩石力学的极限平衡理论和爆生气体的准静态理论，分析准直眼掏槽槽腔形成过程，采用数值模拟及相似性试验，来确定不同爆破条件下的准直眼掏槽炮孔的布置方式、深度、倾斜角度、间距、装药量和微差起爆间隔时间等技术参数。准直眼掏槽爆破布孔及装药结构，如图1 所示。

图1 准直眼掏槽爆破布孔及装药结构图

图1（a）中，1#～6#孔为准直眼掏槽炮孔，使用一段雷管，作为主掏槽孔，先起爆。炮孔稍微倾斜，炮孔与工作面形成80°～88°夹角；中心7#，8#孔为直眼掏槽炮孔，它们作为辅助掏槽孔，后起爆。位于6 个相邻准直眼炮孔的对角线交点位置，炮孔深度与准直眼炮孔相同，上部为空孔，下部装有少量炸药，使用二段雷管。1#～6#孔先于7#，8#孔起爆，起爆时可充分利用7#，8#孔的上部未装药所形成的2 个空孔，提供了一定的自由面和补偿空间。起爆后，1#～6#孔的装药将对其所包围的岩体进行破碎，将靠近自由面的岩石抛出，而剩下下部一部分岩石虽未抛出去，但在爆炸作用下受到损伤，其节理和裂隙会得到扩展，为7#，8#孔下部所装炸药爆破提供了自由面和有利条件。1#～6#孔爆破后情况如图1（c）所示。7#，8#孔爆后情况如图1（d）所示。7#，8#孔爆破为双孔爆破漏斗作用，它努将1#～6#孔爆后未破碎的岩体破碎，而且将1#～6#孔爆后已破碎但未抛出的碎渣抛出，形成深度与体积达到所希望的槽腔。

准直眼掏槽的优点在于：①利用掌子面作为自由面，将准直眼与自由面形成微倾斜，最大化利用爆破自由面，增强了爆破效果；②准直眼掏槽比直眼掏槽减少了掏槽孔数量，降低了凿岩成本，扩大了槽腔体积，为后续炮孔爆破提供了更大的补偿空间和自由面；③由于准直眼与自由面形成较大的夹角，与相比，爆破时破碎的岩石抛掷距比斜眼掏槽小，爆堆更集中，不易损坏巷道里的设备和支护；④主掏槽孔之间孔底间距B 远远大于直眼掏槽和斜眼掏槽相应的尺寸，可杜绝穿孔现象，便于充分形成爆破补偿空间。⑤充分利用空孔效应：由于7#，8#孔上部部分未装药，在1#～6#孔爆破时，形成空孔效应，最大化增强了先期爆破效果，提高炮孔利用率；

该技术本质上是综合了斜眼和直眼掏槽技术的优点而形成的一种新技术。

2.2 起爆方式与装药结构

起爆网路设计：爆破时采用秒延期导爆管雷管。

爆破时采用“孔内秒延期导爆管雷管簇联式爆破网路”：掏槽孔采用1 段秒延期导爆管雷管，辅助孔采用2 段、3 段、4 段等秒延期导爆管雷管，周边孔采用5 段、6 段秒延期导爆管雷管同段起爆，使裂隙沿炮孔联线发展。孔内导爆管一把抓后与孔外起爆雷管连接，外起爆雷管连接用激发针引爆。

导爆管爆破网路采用并联，导爆管与起爆雷管连接，起爆雷管通过导爆管与放炮电缆连接，放炮电缆连接起爆器。起爆器引爆雷管，雷管通过导爆管引爆起爆雷管，起爆雷管引爆每眼导爆管，每眼导爆管再集中引爆每眼雷管。爆破网路连接采用秒延期电雷管起爆法起爆药包，然后起爆炸药。要确保爆破网络连接正确，导爆管不能打结或拉细，并注意连接次序。采用孔内微差爆破，以雷管的不同段别实现微差爆破。雷管装在孔底，反向起爆。根据围岩不同性质调整装药参数进行不偶合装药，周边炮孔同段起爆，使裂隙沿炮孔联线发展。

起爆顺序为：起爆器合闸→引爆秒延期电雷管→引爆每眼雷管→起爆炸药。

图2 图切采爆破起爆顺序图

装药结构：炮孔深度均为1.8m ～2.5m，直径40mm，每炮孔装填3 个～6 个药卷，堵塞长度20cm。装药结构如图3 所示。

图3 装药结构示意图

2.3 爆破参数的确定

确定最优的爆破参数需要综合考虑爆破单耗、爆破进尺及延米爆破量。提出与爆破单耗、爆破进尺及延米爆破量有关的爆破综合期望指数（F）来最终选取最优爆破参数。爆破综合期望指数与单循环爆破进尺及延米爆破量成正相关。与炸药单耗成反相关关系，由此可以得到以下爆破综合期望指数的公式为：

式中：A 代表爆破进尺；B 代表延米爆破量；代表q 炸药单耗。根据现场预测结果代入公式（1），可以得到所有预测组合的爆破综合期望值，如表1 所示。

由搜索结果可知，当N-300-E9 盘区切采爆破最优参数为：掏槽孔倾角83°，掏槽孔排拒0.35m，辅助孔孔距0.75m，周边孔孔距0.75m 时，综合爆破效果最好。采用上述方法也可得到S-400-W4 盘区及S-400-W6 盘区切采最优爆破参数，如表2 所示。

表1 预测组合的爆破综合期望值

表2 不同岩性盘区切采爆破最优参数表

3 结语

实践证明，通过对掏槽孔倾角、掏槽孔排拒、辅助孔孔距、周边孔孔距等参数采用上述方法，得到各盘区切采最优爆破参数，综合爆破效果最好。