露天矿山台阶爆破过程中产生大块和根底的解决办法*

2022-03-09白二涛

云南冶金 2022年1期

白二涛

（青海鸿鑫矿业有限公司，青海格尔木 816000）

牛苦头露天采场为深凹露天矿山，边坡角要求在65°～70°之间，组成该矿边坡的岩性主要有大理岩、花岗岩、矽卡岩等，岩石硬度系数8～12。前期该露天矿山采用中深孔多排微差爆破，在爆破过程中经常会产生大块以及根底，导致工作平台凹凸不平，不仅给后续铲装、运输工作带来困难，而且二次爆破使得采矿成本提高。本文通过多年的爆破实践，主要针对露天矿山大块以及根底产生的因素进行详细的分析和总结，并提出一系列解决办法来减少大块和避免根底生成。

1 大块、根底的产生

1.1 产生部位

通过对牛苦头露天采场长期的爆破工程实践来看，大块产生的主要部位是：孔网布置较大部位、孔口部位、同一爆区软、硬矿岩的分界处、底盘抵抗线过大的台阶底部、节理裂隙较发育、地质较复杂位置、未堵塞的废孔周围、及盲炮周围。根底主要出现在水孔区域，孔网布置较大部位、底盘抵抗线过大的台阶底部，超深选取不当位置、盲炮部位。

1.2 产生的原因

爆后出现根底和大块的主要原因包括以下几个方面：①未按设计穿孔，使得炮孔底部不在同一标高上；②水孔区域，装药施工困难，一部分药量装不到孔底，导致出现根底；③超深选择不合理，超深过大时降低了装药的药柱，爆炸能量消耗在底板以下原岩中，因此导致大块的出现。超深较小时，会抬高底盘，容易产生根底；④相关孔网参数不太合理；⑤起爆的方式和爆破延迟时间选取不合理；⑥前排炮孔底盘抵抗线偏大；⑦节理裂隙较发育，爆能未有效利用；⑧未堵塞的废孔；⑨爆区成孔不理想，平均每次爆破施工都会存在5%～10%的堵孔；⑩钻孔质量不符合验收标准；盲炮。

2 提高爆破质量的技术措施

2.1 选择合理的爆破参数

2.1.1 底盘抵抗线

底盘抵抗线指的是台阶坡底线至第一排炮孔中心轴线的水平距离，它是影响露天矿山深孔爆破的一个重要指标[1-3]。如果该参数过大的话，就会导致爆破效果不佳，造成较大的根底；过小的话爆破能量不能得到充分利用，爆破效率低。在实际爆破工作中，为克服头排孔底盘抵抗线过大，通常在头排孔布置倾斜钻孔或加密孔。目前牛苦头露天采场底盘抵抗线为矿石为2.5 m，废石为4 m。

2.1.2 孔距和排距

查询露天爆破设计规程，我国大部分露天矿山深孔爆破采用公式b=0.866a，式中a表示的是孔距，b则表示的是排距，这是梅花型布孔的等边三角形公式即每个炮孔之间的距离相等，可以充分利用爆炸能量对岩石进行做功，以达到预期的爆破效果[1-3]。牛苦头露天矿山根据多年的爆破经验以及爆破参数优化，目前固化的参数如表1。

表1 优化前后台阶爆破参数表Tab.1 Bench blasting parameters before and after optimization

优化后的孔网参数，孔排距分布更加合理，更有利于提升爆破质量、降低炸药单耗。

2.1.3 超深

超深是指钻孔超出台阶底盘标高的那一段孔深，其作用是降低装药中心的位置，以便有效地克服台阶底部阻力，避免或减少根底，以形成平整的底部平盘[4-5]。按照经验超深值确定h=（5～10）d。牛苦头露天采场根据岩石性质进行划分，坚硬矿岩超深取（1～1.5）m，软岩超深取0.5 m。

2.1.4 填塞长度

炮孔的填塞要注意保护好药包的引出线路，不得受损，不得掉入孔中。此外填塞物，只能用穿孔中排出的岩渣和炮泥填塞，严禁用块石填塞。填塞结构应采用连续填塞，直到孔径填满为止，注意填塞质量，回填作业时使用地表粗颗粒及钻渣进行均匀回填并进行捣实。牛苦头露天采场通过近几年对填塞长度不断的优化，目前填塞长度取值为（3.5～4.0） m，其中矿石块段填塞长度为3.5 m，废石块段填塞长度为（3.5～4.0）m。

2.1.5 单位炸药消耗量

主要影响单位炸药消耗的因素除了岩石的可爆性能，还有就是炸药的物理特性以及自由面条件和其对块段要求[6-8]。依据岩石性质和爆破经验，在保证爆破安全的前提下，可以合理调整q来提升爆破质量。目前，牛苦头露天采场废石块段炸药单耗为0.40 kg/m3，矿石块段炸药单耗为0.65 kg/m3，预裂孔线装药密度为0.55 kg/m。该矿山经过多年的爆破效果论证，目前炸药单耗是合理的。

2.1.6 单孔装药量

牛苦头露天采场采用余长法确定单孔装药量，具体做法为在完成布孔设计的情况下，根据施工经验、该爆破块段上部破碎层厚度和该块段矿岩可爆性确定该爆破块段填塞长度的取值，从而确定单孔装药量。目前该矿山120 mm孔径的炮孔，矿石单孔药量为（80～100） kg，废石单孔药量为（75～90） kg。

2.2 严格穿爆管理，确保穿孔质量

2.2.1 布孔

①严格按照设计孔网参数进行布孔，每个孔都必须有对应的信息，包括孔号、孔深、孔口标高等，测量必须保证每个孔孔底在同一水平线上；②布孔完毕要将实际布孔孔位回收并制成电子图纸，并在钻孔完成后对比实际钻孔和布孔的误差。

2.2.2 钻孔

①钻机进场前爆破技术员要与钻机操作手进行技术交底，将爆区炮孔信息交底至操作手，钻机操作手严格按照炮孔信息要求的孔深、角度作业，严禁按照自我意愿胡乱钻孔；②在钻机施工过程中，如遇到抛渣过深、水量过大等无法成孔的情况，必须及时报告技术员，技术员根据实际情况进行调整，并记录调整后的炮孔情况，及时更改爆破设计。

2.2.3 验收

①验收时每个炮孔的孔深、角度、位置，与设计的数据进行对比，每个炮孔要求深度误差在±0.3 m、角度±2°、位置±0.5 m，对不合格炮孔必须进行补孔、透孔；②废石块段成孔率应达到90%，矿石块段成孔率应达到95%，预裂孔成孔率应达到100%。

2.3 优化装药结构

前期该露天矿山采用的是连续装药结构，布置两个起爆药包，分别位于装药高度的1/3、2/3处，正向起爆，由于连续装药结构的装药量大，在爆炸瞬间释放能量过快，能量利用时间短、利用率低，会导致孔口产生大块且不耦合装药存在沟槽效应，会导致炸药爆速降低。针对以上现状，2020年该矿山采矿技术人员、爆破工程技术人员针对连续装药结构的缺点，在对前期的爆破经验进行总结之后，从爆破技术角度出发，改变了以往连续装药的方式，改用空气间隔装药反向起爆，上下段各一个起爆药包。这样一来，采用空气间隔装药可以避免掉由于局部过早破碎而造成爆炸气体过早溢出，就可以使炮孔爆破的时间得到延长，使炸药能量分布变得均匀，减小了爆破粉碎区，扩大了爆破破碎区，降低了爆破震动，使爆破能量得到了很好的利用，从而使爆破的效果得到了改善。目前该矿山装药结构如图1所示。

图1 连续装药和间隔装药装药结构图Fig.1 Charge structure chart of continuous charge and interval charging

2.4 采用V形起爆方式

2.4.1 排间起爆

牛苦头露天采场前期起爆方式大部分采用排间微差爆破，如图2所示。排间起爆优点：①联网简单易操作；②爆堆铺散范围大，易于多台挖机作业；③爆堆角度低，安全性能高；排间起爆缺点：④单响药量大，爆破振动强；⑤爆堆铺散远，不利于陡帮开采；⑥爆破能量利用率低，爆破效果相对较差。

图2 排间微差网络示意图Fig.2 Network diagram of row-to-row short-delay

根据以往现场实施效果来看，采用排间起爆会导致爆破大块率过高，影响工作效率，增加破碎成本。为了解决矿岩大块率问题，该矿山采矿技术员通过研究分析和现场实验，改变矿岩的起爆方式，采用V型起爆，利用联网方式改变爆破过程中炮孔的自由面数目和应力波反射效果。

2.4.2 “V”形起爆

V形起爆网路示意图如图3所示。目前该矿山采用“V”形起爆顺序，通过孔内高段位雷管，孔外低段位雷管的组合先从爆破中部爆出一个V字形的空间，为后段深孔的爆破提供自由面，然后两侧同段起爆。该爆破顺序的优点是矿岩向中间崩落，加强了碰撞和挤压，改善了矿岩的破碎效果。

图3 V形起爆网络示意图Fig.3 Network diagram of v-type initiation

2.5 选择合理的毫秒延期间隔时间

选择合适的孔间毫秒延期间隔时间对爆破效果特别重要，牛苦头露天采场采用的公式为△t=kW[2-5]，式中△t为先后起爆的相邻孔间起爆间隔时间，ms；k是系数，露天台阶爆破大多在（2～5）左右。按照矿山多年来的爆破经验，孔间延时（25～75） ms左右，牛苦头露天采场选取25 ms型。

2.6 优化钻孔方法

在露天台阶爆破中，通常有2种钻孔形式，即垂直孔和倾斜孔。垂直孔适用于各种工程地质条件，操作相对来说比较简单，钻孔速度相对比较快，效率高。但是爆破后大块率较高，经常留有根底，而且台阶坡顶后拉现象比较严重，爆堆后方平台稳定性差。采用倾斜炮孔爆破时，抵抗线分布相对比较均匀，爆破后不容易出现大块和根底，但斜孔穿孔速度太慢，难以满足生产需要。

面对上述难题，牛苦头露天采场则采用垂直炮孔和倾斜炮孔相结合的方法来解决头排孔抵抗线较大的问题，即第一排孔打斜孔，后排孔打垂直孔，这样一来既不影响穿孔和爆破效率，又能很好地改善爆破质量。

2.7 确保水孔装药质量

该矿山采场坑内涌水较大，采矿作业区域内基本都为水孔，在实际生产中要抽干孔中的水是做不到的，为了确保水孔装药质量，采取如下措施：①使用高密度乳化炸药，前期该矿山使用90乳化炸药密度接近水的密度，导致药不到底，后期该矿山通过与生产厂家沟通，提高乳化炸药的密度；②投放药包不能太快，确保第一个药包沉降到位后才投放第二个药包；③当药包沉降太慢或不到位时，用平头长竹竿慢慢施压，切忌乱压乱捅，以免捅破条型药包。