浅谈矿岩分离爆破技术在铜—曼露天矿山应用的可行性

谭明洪，聂绪斯，鲁 智

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663701）

现目前，露天矿山多采用传统的台阶松动爆破技术，这种技术经过数十年的发展和完善，虽然技术成熟，但其只能将矿岩作为整体同时爆破，并向一个方向推移的局限性，导致了矿石与岩石混杂的区域，会增加矿石的贫化损失。在露天矿山采矿过程中，与传统的爆破技术相比，采用矿岩分离爆破技术，可实现矿石与岩石在爆破过程中的有效分离，从而避免在爆破过程中矿石的贫化损失，提高矿石品位。本文将结合铜街曼家寨露天矿山的现状和生产实际，从矿岩分离爆破技术的基本原理、技术特点、技术路线及实施方法等几个方面进行探讨。

1 矿岩分离爆破的基本原理

在露天采矿中，矿岩分离爆破技术应用的基本原理是：在爆破过程中利用药包爆炸过程产生的推动力以及孔间爆破时序，使得矿石与岩石分别按照设计的方向移动，从而实现两者的分离，避免混杂。其基本方法就是通过采取一定的技术手段控制矿石与岩石在爆破时的抛掷、移动方向以及爆破先后顺序等加以实现。

2 矿岩分离爆破技术的特点

2.1 能够有效的降低矿石采出的贫化损失

矿岩分离爆破技术最显著的特点是在爆破过程中将矿、岩充分的隔离，减少矿岩互相混杂的几率，从而实现较低的采出贫损，提高资源的利用率。结合铜-曼露天矿山的生产实际，根据矿体赋存规律，对于极薄至中厚的矿体，可以采取矿岩总体爆破，并实施精细化开采的方法采矿，而对于中厚至厚的矿体，则可以采用矿岩分离爆破技术，从而达到降贫损，提品位的效果。

2.2 提高爆破质量和生产效率

矿岩分离爆破技术一般需采取一定的技术手段对被爆破的矿石与岩石移动方向加以精准控制，这就要求该技术一个主要的技术特点就是，与传统的松动爆破技术相比，矿岩分离爆破技术一定程度上改善了被爆破体的裂缝与自由面，改变岩石运动方向的同时，改善了爆破效果。在起爆的同时，矿岩受到了不同爆炸应力波的破坏，能够在瞬时补偿空间的引导下，将矿石和岩石分别推向设计的方向。这一技术的应用，可直接省去了后续铲装运输工序进行矿岩分离的环节。从而实现改善爆破质量的同时，也提高了矿山的生产效率。

2.3 能够有效的降低爆破危害效应

矿岩分离爆破技术通常采用高精度毫秒延时雷管进行起爆。一方面，合理的孔间、孔内起爆时序可以做到精确的控制，以此来调整爆炸应力波在矿岩介质中的叠加状态和时间，使爆炸应力波不会过于集中而增加爆破振动，又不会过于分散而影响爆炸能量对介质的破坏作用，在一定程度上减少了爆破的地震效应，使矿岩破碎块度较为均匀；另一方面，矿岩分离爆破技术的实现需要付诸于精细的设计、施工等手段，充分利用爆破自由面，可以有效地控制爆破时破碎的岩体移动方向，控制爆破飞石的方向和距离，从而减少爆破飞石打击事故的发生几率，提高了爆破的安全性。

2.4 提高起爆网路设计的数字化程度

一般来说，在毫秒延时起爆的过程中，岩石运动速度非常高，技术人员可借助计算机模拟爆堆抛掷的功能，可预先对岩石移动方向做出判断。以此为矿岩分离爆破技术方案提供指导，减少炮孔间延时的误差，确保了矿岩分离爆破技术的应用效果。

铜-曼露天矿山采用矿岩分离爆破技术可充分利用数字化的手段，结合现目前矿山3Dmine 和Auto-CAD 等计算机辅助设计软件的应用，可以将炮孔的起爆时序进行精确地设计，使得相应炮孔按照特定的起爆顺序依次起爆，从而提高了爆破网路设计的数字化程度。

3 矿岩分离爆破在某露天矿山的应用探讨

根据矿岩分离爆破技术的特点和适用性条件，结合铜曼露天矿山的生产实际，可进一步拓展该技术在矿山的应用。针对铜曼露天矿山矿体赋存特征明显，泛指矿体厚度为中厚至厚大、倾角为倾斜至急倾斜、或水平微倾斜矿体等矿体。在特定条件，按照分区、分层或多点同时起爆的方式实施矿岩分离爆破技术，可以充分发挥该技术的诸多特点，为矿山创造经济效益。

3.1 矿岩分离爆破技术方法

3.1.1 矿岩分区爆破

图1 矿岩分区爆破炮孔布置示意图

矿岩分区爆破的方法适用于矿体为薄至厚或极厚，倾角较大的矿体，且临空自由面少的情况。主要针对29#、31#、43#等倾角大的矿体，其矿体周边矿岩分界线明显，结合爆区的矿、岩不同的物理力学特性以及生产上的块度需求，可以采取不同的炸药单耗、孔网、装药结构等参数进行爆破。因各自区块的炸药单耗及孔网参数等有所不同，宜采用分区爆破的方法，各区块采取微差间隔顺序起爆的方式，见图1所示，A 区、C 区围岩爆破孔网10×7m2，分别设置两个起爆点依次间隔25ms 起爆；B 区矿体爆破孔网参数7×5m2，设置150ms 的延时间隔随后起爆，即可做到矿体两侧围岩与矿体爆破分离。

3.1.2 矿岩分层依次爆破

该种方法主要适用于矿体厚度为中厚以上，倾角缓至水平的矿体。

根据矿体赋存条件和上下盘围岩的分布情况，可以采取一次钻孔矿岩间隔爆破或分层钻孔矿岩分层爆破两种方式进行。

主要针对矿山1#、10#等矿体厚大、缓倾斜矿体，其矿岩边界明显，矿体上下盘规则相对平整。根据矿体在台阶上的赋存情况，一般情况下，若矿体赋存在台阶中部，则选取一次钻孔矿岩间隔爆破的方式；若矿体赋存在台阶的顶部和底部则采取分层钻孔分层爆破的方式，见下图2 所示，缓倾斜的矿体主要赋存在台阶顶部，先将底部分层的矿体爆破采出后，再将下部围岩依次完成钻孔爆破。

图2 矿岩分层爆破炮孔布置示意图

3.1.3 矿岩分离多点同时起爆

该种方法主要适用于矿体厚度为中厚以上，倾角为倾斜至急倾斜矿体，且爆区临空自由面较多，爆破条件好的情况。主要针对13#、24#、62#等厚倾且走向长度大的矿体，在其已揭露出矿体的上表面、垂直于走向掌子面以及沿走向的东侧或西侧临空面等特殊情况下时，可采用分区布孔、矿岩分离多点起爆的方式。根据爆区矿岩分布和自由面条件，选择合理的多个起爆点同时或顺序依次起爆，将矿石和岩石分别向指定的方向抛掷或移动，从而达到一次性将矿岩爆破分离，自由面条件较好的情况时，可以采用多点微差间隔时间起爆，依次将围岩和矿石，爆破隔离，可极大的便于后续铲装工序。

3.2 矿岩分离爆破施工要求

3.2.1 孔网及爆破参数的选择

科学合理的选取布孔和爆破参数是矿岩分离爆破技术得以实现的主要技术手段。在爆破的过程中，药包爆炸产生的推动力，会随着炮孔的孔间距与布孔走向等参数的不同而变化，因此为了使矿石与岩石能够按照设计的方向移动，需保证最小抵抗线要能够达到控制爆堆移动方向的要求，通常是以矿体走向和自由面条件为参考，采用沿矿体走向或垂直于矿体走向方向进行布孔；而爆破参数应根据爆区矿石和岩石的物理力学特性以及爆后矿岩的块度要求来选择。

在铜曼矿山，矿岩的坚固性系数普遍不高，但围岩爆后块度要求低，而矿石块度要求尽可能的使之破碎均匀，因此爆破矿石和岩石的炸药单耗选取会有较明显的差异。

3.2.2 钻孔施工质量的保障

钻孔施工的质量保障是矿岩分离爆破技术得以实施的先决条件。在铜曼露天采场，主要以孔径250mm 的牙轮钻和孔径150mm～178mm 的潜孔钻作为主要钻孔设备。不同孔径的钻机合理灵活搭配使用的优势，可以在露天采场矿岩分离爆破技术中充分发挥。

一方面是大孔径牙轮钻机承担围岩区域的钻孔施工，可以有效的保障钻孔施工质量；另一方面，阿特拉斯小孔径的潜孔钻机能够在特定的矿石集中区域钻孔，便于缩小孔间距，合理均衡爆后矿石块度。

3.2.3 起爆时序控制的精确设计

孔间、孔内起爆时序的精确控制是实现矿岩分离爆破技术的有效方法。对于露天矿山来说，自由面条件是爆破效果好坏的一个充分条件，通常自由面条件较差的区域，矿岩分离爆破技术的实施效果大打折扣。因此，可以通过精准的时序设计，控制炮孔起爆顺序和延时间隔，使矿、岩能移动到预定的位置，形成聚堆效应。

现目前，铜曼矿山已将高精度数码电子雷管全面应用于爆破施工中。因此，基于数码电子雷管在爆破施工安全可靠、毫秒延时精确、时序控制自主灵活等诸多优势，将进一步增强铜曼矿山实现矿岩分离爆破技术的可行性。

3.2.4 爆区地质资料的收集

爆区地质资料的及时收集是实现矿岩分离爆破的技术基础。面对不同的地质地形条件，矿岩分离爆破的方式也截然不同，因此要求地质技术人员在实施矿岩分离爆破施工前，做好勘探与地质资料收集工作。其目的在于提高设计人员对实施矿岩分离爆破区域的矿岩性质的认识，从而确保爆破设计的科学合理。

现目前，铜曼露天矿山开展的炮孔岩粉取样的地质工作，可根据实际炮孔取样数据，精确定位矿岩分布层位、产状、深度等矿体赋存信息，便于确定区块内各炮孔不同的装药结构、药包埋深、药柱高度等，技术人员根据地质资料对区块内每一个炮孔定制化的设计单孔装药量、装药结构以及施工方法和顺序。

4 矿岩分离爆破技术在实际生产中存在的问题

根据国内外露天矿山在应用矿岩分离爆破技术的实际效果，结合铜曼露天矿山的现状条件，分析其中存在的问题主要有以下几个方面：

（1）安全性问题。在铜曼采场，由于矿岩分离爆破时，矿石和岩石采取的是不同的布孔和爆破参数，区域的地质岩性可能差异较大，在同一个区域台阶上可能包含大理岩、矽卡岩、片岩等三种岩性的层理结构，因此，在设计与实际施工环节，可能造成局部区域存在药量集中、过大等不合理情况，在分离爆破中可能出现飞石冲击、空气冲击波与地震波等次生危害效应。

（2）使用的局限性。由于矿岩分离爆破技术的使用条件局限性，使得部分地质地形条件复杂的露天矿山，难以大范围推广应用，仅能针对部分特殊的厚大、倾斜矿体加以应用。

（3）施工组织难度大。就现目前国内露天矿山，大多数情况是地形地貌复杂特殊，矿岩物理力学性质并非理想情况的单一稳定，矿体和围岩边界的岩体结构面也并非规整，虽然可以做到设计上的精细、控制的精准，但实际应用过程依然会受到诸多限制条件的影响，导致矿岩分离爆破的效果打折扣。

（4）实施的成本高。结合国内外矿山在矿岩分离爆破技术应用中的成熟实例，一般情况下，为了有效保障爆破的效率与质量，选取的炸药单耗往往较高，单次爆破消耗炸药量较大，单位爆破的成本较高，这就需要矿山结合自身实际需要，综合分析，以此来平衡实施矿岩分离爆破方法采矿。

5 结论

综上所述，结合铜曼露天矿山的生产实际，作者认为在应用矿岩分离爆破技术时，应采取“扬长避短”的方式，针对矿山自身特殊地质条件“因矿施法”，充分发挥矿岩分离爆破技术的优点。同时在实际生产中采取科学合理有效的技术手段，将该技术的安全方面、可靠性方面、高成本以及适用局限性等缺点对生产的影响降到最低，尽可能的为矿山创造效益。特别是在矿石与岩石分层、分区边界及产状特征明显的区域，可应用该技术实现矿石与岩石的定点、定时、定向爆破，使矿石与围岩在开采的初始阶段就形成相互隔离状态，从而降低开采过程的贫化损失，有效的提高了矿石的利用率。