基于虚拟孔底距的孔口预留最大不装药长度的确定及应用

缪国卫

摘要：

某黄金矿山采用上向扇形中深孔爆破落矿时存在粉矿过多，眉线口及后排炮孔破坏严重等问题。通过理论分析和现场实践，提出了采用虚拟孔底距确定孔口预留最大不装药长度的方法，设计了2种预留长度的孔口间隔装药方案，并进行了现场工业试验。工业试验结果表明：采用孔口间隔装药方案二能够很好地解决现场爆破出现的问题，降低了孔口起爆药量，减轻了孔口爆破振动的影响，技术经济指标显著。归纳总结了经验公式，为确定孔口预留最大不装药长度提供了新的依据。

关键词：扇形中深孔;孔底距;虚拟孔底距;不装药长度;间隔装药

中图分类号：TD23文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2020）03-0032-04doi：10.11792/hj20200306

目前，扇形中深孔在国内矿山的应用已经非常成熟[1]，孔口间隔装药也是常用的降低炸药單耗、减轻孔口爆破振动的手段之一[2]。但是，在各种孔口间隔装药方案中，孔口预留不装药长度并没有可依据的公式或方法进行计算，大多是依靠现场经验确定，存在很大的差异性，而且有可能需要多次现场试验才能确定最终的孔口间隔装药方案。本文基于扇形孔孔底距参数，提出了采用虚拟孔底距确定孔口预留最大不装药长度的方法，为扇形孔孔口预留长度的确定提供了普遍适用且切实可行的解决方案，同时通过现场工业试验证明了该方法的可靠性和实用性。

1 工程背景

某黄金矿山主回采矿体为蚀变花岗岩矿体，矿体形态总体呈带状，局部呈囊状，结构规整，连续性好，走向60°左右，倾向北西，倾角60°～80°，厚度10～45 m，平均厚度达29 m，属急倾斜中厚至厚矿体，矿岩普氏硬度系数f=8～12。该矿山主要采用无底柱分段崩落采矿法进行回采，生产能力1 200 t/d，回采划分的中段高度30 m，分段高度15 m，回采进路规格为2.6 m×2.6 m，回采进路间距12 m。采用上向扇形中深孔爆破。

2 虚拟孔底距确定孔口预留最大不装药长度

根据该矿山矿体的赋存条件，选择采用上向扇形中深孔爆破，在回采进路内采用YGZ-90型钻机搭配TJ-25型圆盘钻架进行穿孔作业。凿岩爆破参数[3]为：炮孔直径d=65 mm，边孔角45°，孔底距a=2.0 m，排间距b=1.6 m，每排布置11个炮孔，孔深6～14 m，每排炮孔总长度约122 m，排面角90°，炸药单耗约0.62 kg/t。

上向扇形中深孔设计见图1，参数见表1。

在装药爆破过程中，矿山采用的孔口预留方式为每个孔孔口预留1 m不装药，爆破后出现如下问题：

1）爆破粉矿过多。由于扇形孔孔口装药量过多，造成爆破后产生大量粉矿，不仅容易产生粉尘，而且极易造成粉矿流失，同时大量粉矿进入溜井还会增加溜井堵塞的风险。

2）回采进路眉线口及后排炮孔破坏严重。爆破后眉线垮塌破坏可达1.5 m以上，后排炮孔破坏严重，甚至全排破坏。不仅增加了补孔工作量，影响下次爆破效果，而且严重威胁了井下人员及设备的安全。

为解决现阶段矿山井下爆破中出现的问题，提出采用孔口间隔装药方式，以减少孔口起爆药量，减轻孔口爆破振动。为实现孔口间隔装药，同时考虑到井下装药施工的方便，设计了2种孔口预留不装药长度c1和c2，c1>c2，2种孔口预留不装药长度交错布置，装药设计见图2。

从图2可以看出：不装药长度c1越大越能降低炸药单耗，从而能够更好地减少孔口起爆药量，减轻孔口爆破振动的影响。但是，c1过大又会造成爆破大块产出增多。因此，在保证爆破效果的前提下，确定c1能达到的最大值十分必要。本文创新性地提出了基于虚拟孔底距确定孔口预留最大不装药长度的方法，以确定c1值。

以c1的长作弧，作为扇形中深孔爆破的虚拟边界，该边界将扇形中深孔爆破范围划分为上、下2个部分，上部炮孔全部为全装药炮孔，不予考虑;而下部炮孔中存在2种炮孔：装药孔和不装药孔。假定该虚拟边界为爆破边界，下部炮孔中的装药孔为爆破孔，忽视不装药孔。此时，设装药孔之间的孔底距为a′，命名为虚拟孔底距。由于孔底距（a）是矿山成熟应用的炮孔参数，因此只要满足a′<a，下部装药孔即可将虚拟边界下部范围正常崩落。此时，在满足a′<a的条件下，c1能够达到的最大值即为孔口能够预留的最大不装药长度，而c2可根据现场情况确定，一般取值为1.0～1.5 m。

3 现场试验

3.1 试验方案选择

依据虚拟孔底距方法，通过作图确定该矿山上向扇形中深孔爆破孔口最大不装药长度约为5.5 m。结合现场实际情况，设计3种孔口间隔装药方案：方案一，c1=4.0 m，c2=1.5 m;方案二，c1=5.0 m，c2=1.5 m;方案三，c1=5.5 m，c2=1.5 m。3种方案及原参数的技术指标对比见表2。

由表2可知：采用孔口间隔装药方案后，炸药单耗明显降低;对比原参数，方案一和方案二的大块率并没有明显升高，说明这2种方案对爆破效果的影响不大;但是，当采用方案三（即c1取最大值）时，大块率明显升高，这说明在虚拟孔底距a′=a时，会由于虚拟孔底距过大而产生额外的大块，影响爆破效果及出矿效率。

根据现场试验结果，方案二在技术经济指标上比较均衡，在保证现场爆破质量的前提下能够最大程度节省爆破成本。因此，最终确定最优孔口间隔装药方案为方案二，即c1=5.0 m，c2=1.5 m，其具体设计见图3（为保证a′<a，4个边角孔孔口预留长度为c2，即1.5 m），具体参数见表3。

3.2 应用效果

现场工业试验选定在该矿山M1矿体90 m中段Ⅱ回采进路进行，设计崩矿步距为2排，试验期间共爆破炮孔31排，崩落矿量总计约18 000 t。

从技术角度看，在现场工业试验中，采用孔口间隔装药方案二爆破后几乎无粉矿产生，眉线口破坏仅约0.4～0.6 m，后排炮孔个别破坏，很好地解决了该矿山井下爆破出现的问题。非孔口间隔装药爆破与方案二爆破的爆破块度及眉线口破坏情况对比见图4。 根据虚拟孔底距确定了孔口预留最大不装药长度，方案二的实施，大幅度降低了孔口起爆药量，减少了粉矿的产生;同时大大减轻了孔口爆破振动及其影响，较好地保证了眉线口的完整度，减轻了后排炮孔的破坏程度，具有良好的现场应用效果。

从经济角度看，与原参数相比，方案二每排炮孔装药长度减小了19.5 m，节省炸药约62 kg，直接降低炸药单耗约0.11 kg/t，節省爆破成本约0.95元/t（以炸药单价8.60元/kg来计算），经济效果显著。

3.3 经验公式

根据现场工业试验的相关经验，提出虚拟孔底距（a′）的计算公式：

a′=ka（1）

式中：a′为虚拟孔底距（m）;a为扇形中深孔孔底距（m）;k为经验系数。

根据现场经验，当k值接近1.0时，爆破后大块率有明显升高趋势;当 k值为0.8～0.9时，根据虚拟孔底距（a′）所确定的孔口预留最大不装药长度c1值在技术经济指标上比较均衡。

4 结 语

在上向扇形中深孔爆破中，采用孔口间隔装药能够有效地降低炸药单耗，减轻孔口装药过于密集而带来的不良爆破影响，而孔口预留不装药长度的确定是其关键。本文提出基于虚拟孔底距确定孔口预留最大不装药长度的方法，并进行了现场工业试验，取得了良好的试验效果。该方法基于上向扇形中深孔的孔底距提出，而孔底距是各个矿山成熟应用或经过优化后应用的工业参数，因此该方法具有可靠性。同时，该方法具有普遍适用性，普遍适用于扇形中深孔爆破，为扇形中深孔爆破中孔口预留不装药长度的确定提供了可靠实用的方法和依据。该方法还具有操作简单、容易实现、现场施工简便的特点，具有较高的推广应用价值。

[参 考 文 献]

[1] 袁华山.中深孔爆破技术在中厚矿体开采中的应用[J].现代矿业，2015（1）：55-57.

[2] 张儒学.空气间隔爆破技术在昆阳磷矿的应用[D].昆明：昆明理工大学，2016.

[3] 李雪明.大红山铁矿爆破参数优化研究[D].昆明：昆明理工大学，2008.

Abstract：When a gold mine uses upward fan-shaped medium long hole blasting and caving method，the too many powdered ores are produced and the brow line and back row borehole are seriously damaged.Therefore，based on theoretical analysis and field practice，the method to determine reserved maximum charge-free length in the hole with vir-tual blast hole bottom space is proposed，2 hole spaced charging plans with reserved length are devised，and field industrial tests are carried out.Industrial tests show that the hole spaced charging plan No.2 can effectively solve the blasting problems in the field，reducing hole blasting explosive amount，mitigating the impact of hole blasting vibration and obtaining significant technical and economic index.Empirical formula is summarized，providing new basis for the determination of reserved maximum charge-free length in hole.

Keywords：fan-shaped medium long hole;hole bottom space;virtual hole bottom space;charge-free length;spaced charging