金属矿山地下开采中深孔爆破工艺技术优化

张则禄

（山西中条山集团胡家峪矿业有限公司，山西 运城 043700）

地下矿山的开采规模扩大、深度增加，都会造成相应的技术难题。而露天开采资源的逐渐确实，以及生态环境遭受破坏和市场变化，各大矿产采用地下连续开采技术工艺，改善井下作业条件，以机械化方式加快生产，通过缩减回采周期便于深部低压的有效管理，以集中化开采方式缩减成本投入，有利于矿产开采效益的进一步扩大。深孔爆破技术是适应不同地质条件的开采技术，以其应用优势值得进一步研究推广。

1 概况

1.1 深孔爆破技术

深孔爆破最早应用于土石方，以其应用优势逐渐推广于地下矿山开采。深孔爆破技术更具灵活性，能够在保质保量的基础上提升经济效益，适应于不同的工程项目。深孔爆破需要控制好最小抵抗线，避免发生向后拉裂、爆破侧裂等问题，将震颤、噪音、飞石等控制在最小范围内。技术人员不仅要保障爆破质量，也需要控制好炸药用量，使钻孔、装载等施工流程的应用更加科学、合理，进一步缩减应用成本。地下矿山深孔爆破需要更要注重具体参数的合理选择，通过不断优化技术工艺，达到预期效果[1]。

1.2 金属矿地下连续开采基本情况

采矿，需要对地下矿床通过三个工艺流程的结合使用，以矿堆的采准、切割、回采完成矿石的开采。采矿方式主要有地上和地下两种开采方式。金属矿山中的地下开采形式较为普遍，且呈增长趋势，逐渐完成了各个开采工序的机械化，将许多人工作业方式解脱出来，朝着自动化方向发展。我国现阶段采用的地下采矿技术中，地下连续开采较为先进，主要表现为两种方式。一是矿体硬度偏小的情况下需要连续、平行地开展施工流程；矿体硬度较大的情况下需要将开采过程划分为多个施工段，在做好协调工作的前提下，针对性地平行施工。国外可用于地下采矿的设备齐全、配套完整，具有较高的机械化水平，实现了凿岩、装药、转运的全过程机械化作业，已经解放了人工操作的体力劳动，向无轨化、自动化、液压化技术方向发展。在国际先进采矿技术中，地下无轨采矿工艺具有代表性。采矿设备的无轨化、液压化标准已经实现。利用无人驾驶、机器人等高新技术，都是自动化的重要表现。

1.3 矿体种类和质量

金属矿主要表现为黑色（铁矿为主）、有色（铝、铜、铅、锌等）、贵金属（金、银）三大类别。铁矿的价值普遍偏低，主要采用露天开采形式，对于埋藏深的一类铁矿，需要采用崩落法、空场法等地下开采方式。在铁矿开采中使用胶结充填法，需要投入大量的生产成本，甚至偏高于矿石本身价值，经济效益也会直接受到影响。一般情况下，有色金属和贵金属一类的矿山以充填法更为适用，能够使矿石更好地避免发生损失和贫化，做产生的成本支出明显高于此类矿山的价值量，必然成为矿山开采的经济效益。同时，矿石的品位、杂质数量等因素都是衡量其质量优劣的重要标准[2]。

2 影响中深孔爆破效果的因素

2.1 中深空凿岩施工

中深空凿岩施工会影响到矿石的爆破落矿、放矿效果、回收和回采爆破装药、爆破成本量、人工劳力、装药安全性等环节的整体状况。在矿体水平深孔施工时间少，且地压和地质条件、水平爆破震动的影响性，都会对中深孔造成损坏，甚至出现堵塞、错位等问题，进而使深孔中的炸药用量不同程度地减少，影响到爆破质量。

2.2 爆破器材质量不合格

爆破器材质量与后期的爆破效果直接相关。如果爆破器材出现质量问题，往往会造成中深孔的前一排爆破很难正常启动，后一排不具备自由面，很难达到爆开要求，由此建立起一道岩墙。

2.3 人为因素

人员的体力和操作习惯，决定了个人的操作习惯和过程存在很大差异，装药后的具体爆破效果也会有所不同。这也需要更加规范每一个技术人员的装药方式，以良好的操作习惯和方法为基础，通过跟踪监督装药全过程，保障中深孔的装药和爆破质量，对施工过程中可能存在的问题和不足进一步强化。

（1）装药前技术人员需要仔细观察炮孔孔壁是否完好，中深孔的贯通、孔洞堵塞、贯穿上水平等问题未能及时发现，对炮孔和上水平贯穿孔为做好安全防护的情况下直接装药[3]。

（2）个人经验判断、人为操作能力都会对现场状况造成影响，撬除顶板、片帮浮石的不彻底，周边导爆管会因爆破区域的震动发生砸断、砸坏或拒爆情况，其中存在的拒爆问题需要再次爆破，孔洞内填充的炸药会不同程度地受潮，进而限制炸药爆能，使爆破效果受到很大影响。

（3）巷道空间特点决定了可用于装药的空间很小，装药人员不能安稳立于矿堆之上，人力的作用明显受限，成为装药施力不足的重要原因，中深孔填充的炸药量不能达到预期要求，无法保障其中的装药密度。

（4）人为操作方式和认知理念，会造成装药过程中所用装药器底风调节状况存在很大不同，或者是调节效果呈现明显的不适合，输药管的抽拔过程中的夹管、跑管等问题也会时常发生，中深孔内可用的炸药量很难保持良好的分布密度，影响到爆破效果。

（5）各类新型钻机的研发和利用，使爆破设备进一步优化，极大地改善了中深孔爆破质量，使矿山开采中应用的中深孔爆破技术表现出更大的应用优势。

2.4 中深孔爆破自由面

中深孔爆破中药包所在的岩体和空气接触面，称为爆破自由面，对爆破破坏有着很大作用，也是爆破漏斗的成因之一。现在许多矿区仍然采用人工装药方式，个人的经验判断、认知角度、专业技能等，都会使中深孔爆破自由面无法做出正确的判断，存在超前爆破等不合理行为，爆破过程中所涉及的自由面较为有限，必然影响到爆破效果。

2.5 爆破补偿空间

为了保障爆破效果，技术人员需要更加关注爆破补偿空间，如果空间不足会在排炮爆破过程中产生一定的压制作用，不能充分释放出中深孔的爆破能量，直接影响到整体的爆破效果。所以，预先针对中深孔爆破设立补偿空间，在确保其足够后，结合前一排对后一排产生的爆破作用进行全面考虑。一般情况下，前一排中深孔爆破无法达到预期效果，后一排会产生更多的抵抗线，如果抵抗线过大必然会影响到预期补偿空间的大小，后一排中深孔的可爆性也因此明显下降，形成超挤压爆破状态。长此以往，只会造成恶性循环，中深孔爆破也就需要采取更多、更适合的处理办法来解决。

3 中深孔爆破技术的应用

3.1 掏槽准备

掏槽施工，需要预先编制一整套的施工计划制动施工过程。合理的掏槽施工，是矿山岩体能够粉碎彻底的重要条件，进而优化后期的工作环境，例如炮眼的大小和质量，直接关系到矿山的掘进效率。我国用于矿山开采的主要有直眼、斜眼、混合三种掏槽方法，需要以具体的情况选择更加适宜的掏槽方式，深孔爆破环境是确定掏槽方法时必须考虑的因素，进而保障开采效率。同时，相关工作人员必须做好相应的安全防护措施，为施工进展奠定基础。

3.2 炮孔深度及直径

80mm～200mm是工程常用的深空钻井直径，以钻机类型、岩石特性为基础确定直径大小。一般情况下，钻机的型号，就表示孔径大小的确定，以此将深孔孔径固定为150mm、100mm、45mm不等；80mm～100mm是井下铁矿开采可用的最小炮孔直径。

3.3 最小抵抗线

中深孔爆破需要以最小抵抗线w作为重要参数，要求大小合适，控制爆破效果。炮孔前排所设的抵抗线过小，需要使用大量炸药，延长了钻孔时间，并产生很多飞石，影响到进度；炮区会因抵抗线过大导致推出困难，后冲和拉裂现象更易发生，使爆破进度逐步减缓下来。最小抵抗线的设定，一般需要从炸药威力、岩石硬度、炮孔角度和直径等全面考虑，但却很难实现量化，只能以已有的爆破经验为主要依据。

3.4 选择起爆方式

工作人员必须坚持全面考虑矿山的地质条件、掘进进度等状况，依据具体情况选择合适的起爆方式，保障起爆效果。反向爆破是现阶段主流起爆方式中应用较广泛的一种，要求钻孔底部科学设置炸药点，保障起爆过程的安全性，确保爆破力度向外大面积传播，使爆破效率明显提升。爆破所用炸药的具体使用量，要准确分析出深孔的具体特点，更好地保障爆破效果。

4 中深孔爆破的注意问题

4.1 起爆器质量不达标

起爆器质量直接关系到深孔爆破效果。起爆器质量不达标、技术不合格，是深孔爆破各类问题形成的主要原因。经过长时间的使用，起爆器的电容容量通常会普遍降低，进而影响到电压值，使起爆条件不能符合实际需求，甚至出现拒爆等情况。

4.2 雷管脚线

深孔爆破需要以雷管脚线的有效接触为前提，但是脚线金属线断裂、雷管绝缘层损坏等问题时常存在于实际操作中，造成雷管的不稳定，在起爆之后发生拒爆、误爆等不合理情况，增大了其中的风险隐患。

5 优化深孔爆破技术的方法

5.1 炮孔封堵质量

我国现今许多铜矿的爆破都以机械化为主要的装药方式，需要更加注意对炮孔堵塞长度的控制，以便于使炸药得到有效利用，保障爆破效果。堵塞质量的控制，首先需要堵塞方式的适宜性，进而控制冲击破产生后的能量损耗，使炮孔中的炸药使用量有所减少。

5.2 起爆网络与网路联结

井下爆破效果与起爆网络的联结和敷设状况息息相关。炮眼的有效利用，需要在联结起爆网络时，逐一确定雷管所用胶布是否紧密、联结网络是否完整和有序、导爆管质量是否受损等情况。

5.3 优化装药方法

确定装药方法，必须以井下现场岩体为基础进行间隔装药，保障爆破效果。间隔装药，需要规避其中的薄弱部位，在炸药分段处理后，确保在炸药矿岩中分布均匀，以爆破的最大阻力点作为炸药安装的首选位置；每段所用炸药量必须适度，将不装药部分控制在约1m，其中填充岩粉、上下段安装起爆雷管，以上下两段的同批同段为基本条件，确保起爆时间的统一，防止发生盲炮问题。封堵长度要以设计要求为标准，控制在许可范围内。多排孔爆破中采用的空间交错装药方式，能够错开各孔的装药段，使矿岩中的炸药能量分布更加均匀，全面提升炮区的破碎效果。

5.4 保障炮孔装药密度

针对技术人员建立完善的知识技能培训机制，全面提升员工的专业技术能力，确保中深孔爆破严格遵循装药技术标准完成装药过程，对每一次的药量装填都要做好统计，需要对炮孔药量及时补充，使爆破质量得到改善。

5.5 现场施工管理

爆破现场的管理，要求技术人员以实际状况进行设计，对爆破方案、孔位、起爆网络、施工安全等问题提高重视度，做好相应的技术交底。施工过程中的钻孔环节进行全过程监管，保障钻孔质量，在施工人员准确了解设计要求中明确的孔网参数后开展钻孔流程。钻孔之后的质量检验也很重要，对孔深、孔洞的光滑顺畅度等因素逐一确认，在发现不合格炮孔后必须返工处理，确保钻孔质量符合规范化要求。

6 结语

国内外学者在深孔爆破技术方面的研究工作已经有了很大进展，而新学科的引入，使爆破技术的应用中更加全面地考虑了弹性、岩体、断裂力学等。爆破技术中的很多因素都不能被量化，或者以经验性公式表现出来，而科研工作的深入，使炮孔封堵质量、起爆网络与网路联结、装药方法、现场施工管理等环节进一步优化，为爆破精度的提升奠定了坚实的基础。