露天矿山生产中深孔爆破技术的应用

2020-11-26杨鑫壁

商品与质量 2020年22期

杨鑫壁

宏大爆破有限公司广东广州 511300

在露天矿山爆破施工中，相较于浅孔爆破，深孔爆破技术能够显著的改善爆破效果，提高生产效率节约生产成本以及便于实施边坡控制爆破等优势，因而深孔爆破也是目前露天矿山普遍采用的爆破方式，同时也是露天矿山爆破技术研究的主要方向。根据矿山类型、矿山生产规模、矿石品种等条件合理选择深孔爆破孔径、台阶高度、起爆方式、炸药品种、爆破单耗等一系列深孔爆破技术要素，充分发挥深孔爆破的优势，实现矿山开采的降本增效目的[1]。

1 深孔爆破技术的应用价值

相比于浅孔爆破技术，深孔爆破技术是指孔径大于50mm，孔深大于5m 的爆破技术。深孔爆破应用在露天采矿作业中，能够显著提升矿山开采效率，尤其是在提升钻孔效率、进行多排多孔同时爆破改善爆破效果等方面彰显出浅孔爆破技术无法比拟的独特价值。许多矿山在生产过程中都会面临三类浅孔爆破技术较难解决的问题，一是开采过程中控制剥采平衡十分困难，矿山投入巨大产出滞后；二是浅孔爆破的爆破量较小安全性差，无法满足目前国内矿山施工设备大型化施工环境复杂化的要求；三是当前国内矿山设计均对露天矿山最终边坡的稳定性提出了较高要求，浅孔爆破技术并不能很好解决矿山边坡控制爆破的问题。深孔爆破技术刚好能够一一对应地解决这三大问题。首先，除部分建材类矿山外绝大多数金属非金属矿山都面临前期剥离量巨大剥采失衡，投资回收周期较长的问题。浅孔爆破技术由于孔深孔径的局限性导致其一次爆破量普遍较小，无法有效解决该问题，而深孔爆破随着爆破器材和施工设备的发展，其单次爆破量有极大提升，而深孔爆破的孔径从50mm-300mm，孔深从五米到二三十米范围内均可自由选择，这为矿山施工者进行施工组织提供了较大的选择空间。矿山开采时，矿山施工者可以根据其不同的地形来进行适当划分，选择剥采比较小的区域利用深孔爆破爆破量大分台阶开采的优势集中组织施工快速揭露覆盖层达到尽快开采出矿石回收投资的目的。其次，随着矿山设备的大型化和选矿设备效率的提升，要求矿山开采中爆破施工的单次爆破量也越来越大，而近些年诸多矿山施工环境复杂，又要求爆破施工有较高的安全性。多段位的秒及毫秒微差雷管、高精度雷管以及数码电子雷管的应用，能够有效控制深孔爆破中单响药量大的问题，通过雷管延时和起爆网路设计，实现逐孔起爆或多段位小单响药量起爆，从而极大的提高单次爆破量，目前国内深孔爆破已有诸多单次爆破炸药量百吨级的爆破。除此之外，国内力推的现场混装炸药技术与深孔爆破技术相结合，极大的提高了深孔爆破的生产效率。这些新材料和新工艺在深孔爆破中的应用，避免了爆破器材在储存运输和使用中的一些重大安全隐患，也从本质上提高了深孔爆破的安全性。最后，目前多数矿山从矿山设计开始就对矿山终了边坡提出了控制爆破的要求。深孔爆破因为具有孔径和孔深有较大选择性的优势，对于矿山不同地质不同台阶高度的边坡，易于选择出最合适的孔深孔径及装药结构的组合方案。国内矿山多选用深孔预裂爆破的方式进行边坡控制爆破，通过精细施工，能够实现最终边坡半孔率70%以上，平整度正负30 公分以内。

2 深孔爆破技术存在的问题

2.1 深孔爆破对工作面平整度要求较高

随着深孔爆破施工设备逐步趋于大型化，要求其施工作业面必须有较好的平整度，以便于钻机作业和炸药运输等作业。在矿山施工早期，矿山的原始地形往往不具备大型设备施工作业的条件，因此在矿山未形成台阶之前，深孔爆破并不具备优势。

2.2 大型深孔爆破起爆网路设计和操作较复杂易出错

随着火工品制造工艺的提升，雷管的延时精确性和分段数不断提高，这也使得许多大型的爆破效果更好的起爆网路越来越多的被应用到深孔爆破中。但是大型的起爆网路因为雷管数量和雷管段别使用较多，同时大型的V 型、梯形、波浪形、逐孔起爆等网路本身就较复杂，因此深孔爆破时因设计失误和施工连接错误导致爆破效果差和爆破事故的现象时有发生。

2.3 大孔径深孔爆破的大块率和根底率较难控制

大型露天矿为了满足生产需要，钻孔较多的采用140mm-310mm 孔径的大孔径深孔爆破以提高爆破效率，而大孔径对应的就是更大的孔排距，大的孔排距丧失了较好的炸药能量分布优势，也使得大块率和根底率较小孔径爆破而言变得更高。

3 我国露天矿山中深孔爆破技术的应用

3.1 根据矿山类型及矿山设计方案选定钻孔机具

不同的矿山类型确定了不同的地质结构和不同的爆破岩石介质，而针对不同类型的矿山设计方案确定了矿山开采的分台阶方案和边坡控制方案。根据爆破岩石的普氏系数和分台阶方案可以选择符合成本要求的钻孔设备，同时根据不同的生产效率要求选择合适的穿孔孔径。

3.2 根据钻孔机具和矿山岩石性质选定爆破施工参数

根据选定的钻孔机具、矿山设计确定的分台阶高度和具体矿山岩石硬度系数，可以选定深孔爆破的重要参数，如：钻孔形式、炸药类型、爆破单耗、孔网参数、布孔方式等。

（1）钻孔形式的选定。钻孔一般分为垂直钻孔和倾斜钻孔两种形式。垂直钻孔具有操作简单成孔效率高容易保证钻孔质量，同时适用于各种岩层的优点，但是垂直钻孔相较于倾斜钻孔大块率和根底率较高，并且后排孔易发生拉裂影响边坡稳定性。倾斜钻孔利于改善爆破效果，提高爆破块度均匀程度，易于提高铲装效率，同时倾斜孔深孔爆破后台阶面齐平，钻机作业时边眼距较大易于保证钻工施工安全，但倾斜孔钻凿操作较复杂角度控制的一致性难以保证，同时在相同台阶高度情况下，倾斜钻孔长度比垂直钻孔大效率降低成本增加，而在后续爆破装药施工中倾斜钻孔装药时易塌孔、堵孔，施工不方便。根据工程的具体情况，前者的应用较为广泛，可以使爆破成本大大降低，且施工难度较低。后者花费的时间和成本比前者高，且施工难度较高。在露天采矿中，前者往往更为适用[2]。

（2）炸药类型的选定。目前国内矿山较多使用的工业炸药有多孔粒硝铵炸药、岩石膨化硝铵炸药、粉状乳化炸药、1 号和2 号岩石乳化炸药、浆状炸药等。其中硝铵类炸药为不防水炸药，乳化和浆状炸药为防水炸药。一般而言山坡露天矿岩层含水较少，可选择不防水得铵油类炸药，而凹陷型露天矿一般岩层含水较多，应选择防水炸药。有条件的可通过计算波阻抗匹配性来选择炸药种类。不具备条件是可以按照高爆速匹配硬岩，低爆速匹配软岩的原则来选择。

（3）爆破单耗、布孔方式和孔网参数的确定。研究结果表明，岩石的普氏系数与爆破所需要的的炸药量存在一定对应关系，深孔爆破确定岩石介质的硬度细数后可以根据对应关系初选爆破单耗。初选单耗确定后，首先根据孔径大小和炸药密度计算出线装药密度，然后根据孔网密集系数n（一般选取1．2～2）的初步选取，可以反算出初选单耗条件下的孔排距值。最后根据现场试爆确定最终的爆破单耗、孔网参数及布孔方式。布孔方式有矩型、方型以及梅花型几种类型，目前国内普遍采用梅花型布孔。在破碎效果和炸药能量分布上，梅花型布孔方式的优势已经得到了充分肯定。

3.3 根据单次爆破区域的实际情况选择合适的起爆网路和起爆方式

随着深孔爆破技术的发展，多种爆破起爆网路被应用到深孔爆破中。其中V 型起爆网路岩石相互挤压，破碎效果较好，但爆堆松散度差，适用于挤压爆破和掘沟爆破，排间起爆网路设计简单，爆堆松散度好，但是易产生大块，斜线起爆爆破效果比排间起爆要好，利于控制后冲现象适用于开沟和横向挤压爆破，逐孔起爆自由面多，爆破效果好，减震效果好，网路连接相对较复杂。起爆网路还有很多种，具体选择哪种起爆网路还需要根据每次爆破区域的不同地质情况和周边情况进行选择。起爆方式的选择，以前主要是选择向起爆还是反向起爆的问题。正向起爆主要是指起爆药包位于深孔装药的上部聚能穴向下的起爆方式，这种起爆方式有利于减少深孔爆破炮孔上部堵塞段的大块，但是孔底容易残留炸药形成根底。反向起爆主要指起爆药包位于深孔装药的下部聚能穴朝上，这种起爆方式有利于减少根底和孔底残药，但是不利于爆区上部大块减少。结合两种起爆方式的优缺点，目前露天深孔爆破中多采用多点起爆方式，即同一个深孔装药结构中在上中下或上下不同部位都放入起爆药包，兼顾两种起爆方式的优点，同时弥补两种起爆方式的缺点[3]。