玉龙露天铜矿高原冻土层大爆区精细化爆破技术

2022-03-18陈化南孟凡宝张亚洲

现代矿业 2022年2期

陈化南孟凡宝张亚洲白林

（成远矿业开发股份有限公司）

在高原高寒地区的露天矿山生产爆破中，存在缺氧、冻土层、炮孔结冰等不利因素。付洪贤等［1］针对青藏铁路建设中路堑爆破及冻土爆破特性进行了试验研究；保天才等［2］针对西藏巨龙矿业驱龙铜矿超高海拔爆破作业的一系列安全问题及安全管理措施进行了研究。祝自伟等［3-4］基于精细化爆破理论，研究分区化爆破孔网参数以及起爆方案，取得了良好的爆破效果。高原高寒地区露天矿山大爆区存在的不利因素，既有安全方面的，也有技术方面的，给露天矿山爆破工作带来与常规不同的负面影响。在高原高寒地区进行露天深孔大爆区精细化爆破施工技术研究，具有必要性和现实意义。

1 工程概况

西藏玉龙铜矿位于西藏自治区昌都市江达县青泥洞乡。矿区海拔高度为4 560～5 124 m，铜矿层埋藏浅，属土状软弱层，矿层顶板为大理岩或第四系堆积物，底板为角岩。大理岩、角岩为中硬—坚硬岩石，坚固性系数约为9，节理裂隙较发育。矿层及其顶板岩层富水性较弱，底板岩层具隔水作用。

随着矿山选矿厂改扩建工程投产，2021 年矿石需求量较2020 年增加了8 倍，剥离和采矿总量超120 000 m³/d，以往小规模爆破生产已不能满足选矿厂的生产需求。同时，由于绿色矿山开采理念对露天矿生产的要求，必须减少年爆破次数、设备避炮时间对生产的影响。因此，提高单次爆破规模，开展大爆区露天深孔爆破试验势在必行。

2020 年12 月，在玉龙露天铜矿小青龙采区开展了露天深孔大爆区爆破试验，总体思路是通过增加炮孔数目和排数来增加单次爆破总装药量，从而达到加大单个爆堆堆存量，以满足生产需求。爆破工业试验为矿山今后正常爆破作业积累了大量技术经验，同时，为类似爆破工程施工提供参考。依据矿山现场环境及条件，大爆区爆破试验在4 890～4 860 m平台开展，爆区炮孔总数为900个，总装药量为140 t，爆破面积为2万m²，爆破方量约为40万m³。

高原爆破技术难点：①含氧量低，人员施工风险大；②炮孔多、药量大、时间紧、任务重；③爆区规模大，起爆准确率要求高；④高原冻土层施工难度大；⑤高原涌水冻孔对施工精度和爆破效果产生影响。

2 爆破孔网参数设计

结合以往爆破实践经验，运用精细化爆破理念，力争在达到预定的爆破效果前提下，降低施工成本。矿山台阶高度H=15 m，炮孔直径d=140 mm，钻孔倾角β=90°。

2.1 炮孔参数设计

布孔方式选用等边三角形布孔，在2排主炮孔之间穿插布置辅助浅孔（图1）。主炮孔孔距a=7.5 m，排距b=4.2 m，密集系数m≈1.78（孔距与最小抵抗线的比值）。

根据经验公式，填塞长度Ls=（20～30）d，取4 m；底盘抵抗线WD=（20～40）d=2.8～5.6 m，取5.0 m；钻孔超深h=（8～12）d，取1.5 m。钻孔形式为垂直孔，则炮孔长度L=H+h=16.5 m。

炸药单位消耗量q取决于岩体性质、炸药性能、自由面条件和爆破目的（要求）四大因素。露天矿山台阶爆破时，炸药单耗与岩石的坚固性系数f成正比［5］，本爆区岩石坚固性系数约为9，节理裂隙发育，结合以往在该矿区的爆破经验，选取q=0.35 kg/m³。

2.2 装药设计

2.2.1 炸药的选择与装药结构

本爆区有部分水孔，水孔约占总孔数的三分之一，所以选用混装铵油和混装乳化2 种炸药；起爆药选用乳化药卷，辅助浅孔也选用乳化药卷，主炮孔采用连续耦合装药结构。

2.2.2 装药量

（1）水孔选用混装乳化炸药，密度为1.15 kg/m³，即140 mm 炮孔延米装药量为17.7 kg/m，填塞长度为4 m，装药长度为12.5 m，单孔装药量为220 kg。

（2）干孔选用混装铵油炸药，密度为0.86 kg/m³，即140 mm 炮孔延米装药量为13.2 kg/m，填塞长度为4 m，装药长度为12.5 m，单孔装药量为165 kg；

（3）辅助孔孔深1.5 m，每孔装填1 根3.0 kg 成品乳化炸药药卷。

爆区水孔数量为270 个，水孔用药量合计59.4 t，干孔480 个，干孔用药量为80 t，辅助孔160 个，用药量为0.5 t，爆区总用药量近140 t。

3 起爆网路设计

爆区整体为狭长形状，总长度达到了1.5 km，并且是上下2个台阶同时施工爆破，炮孔数目较多。所以，在网路的延期时间上要精确计算、设计。起爆点的选择至关重要，如果将起爆点设置在一侧，总延期时间过长，下部台阶的炮孔起爆后，飞石会对上部台阶的网路造成损坏；反之，将起爆点设置在中间，一旦下部爆区的网路出现意外发生传爆中断，那么上部台阶爆破下来的爆堆就会将下部爆区掩埋，处理难度极大。

综合考虑网路的可靠性和简化操作，采用孔外导爆管雷管延时起爆方式爆破。孔内全部装ms10段雷管，孔间采用ms2 段雷管接力，排间采用ms4 段雷管接力，采用组孔V形起爆方式，同时起爆1组的3个炮孔，整体爆区成V 字形起爆。为确保爆破安全可靠，采用复式起爆网路，如图2所示。

4 精细化爆破施工

为了保证此次爆破的顺利完成，面对众多困难，召开大爆区专项会议，针对各个难点分别制定应对措施及处理方案，成立了爆破工程指挥部，统一指挥爆破技术设计、施工组织、器材供应及安全保证等。采取了以下5项精细化爆破施工措施。

（1）为了在高原高寒爆区保证施工工人不会因为缺氧而发生危险，后勤人员准备了一台大巴车作为专门的补给车辆，备有充足的便携式氧气瓶、纯净水和食物等，用来保障施工人员的体能。为了保证大爆区爆破顺利完成，提前与炸药地面站沟通，增加了2台混装炸药车并提前将炸药原料准备充足，在施工当天增加了若干施工人员。

（2）良好的钻孔质量是保证爆破效果的前提，所有的炮孔必须满足精度要求。深孔验收标准：孔深允许误差为±0.2 m，间排距允许误差为±0.2 m，偏斜度允许误差为2%。为了保证钻孔质量，每台钻机上面都配备了数字显示的角度尺和测量孔深的米尺。发现不合格的炮孔及时处理，未达验收标准不得装药，超深的炮孔需回填至设计深度，孔深不足的炮孔需透孔使其达到设计深度，角度偏差超过允许范围值的需重新钻孔。成孔后，将孔口周围0.5 m 范围内的碎石、杂物清除干净，孔口岩壁不稳者，进行孔壁维护。

（3）高原涌水结冰冻孔是对爆破十分不利的影响因素之一。孔内产生结冰后，炮孔孔径变细，实际装药量达不到设计装药量，单耗也达不到设计要求，爆破效果变差。为了克服这个难题，采取了两方面的措施。一是做好钻孔设备调配以及施工衔接。事先计算好装药时间以及穿孔的设备能力，在最短的时间将所有的炮孔穿凿出来，然后立即进行装药，尽量减少穿孔与装药的间隔，做到无缝衔接。时间及穿孔设备安排如下：大爆区总炮孔数为900 个，总钻孔量约为12 510 m，每台钻孔设备穿孔能力为500 m/d，为了在48 h 之内穿凿完所有炮孔，在该爆区配置了14 台穿孔设备，穿孔能力达到7 000 m/d，提前在计划时间内完成穿孔任务。二是在有水的炮孔内撒工业盐，利用工业盐的性质来克服冻孔问题。每个炮孔在穿凿完成之后，向炮孔内撒工业盐，然后利用钻机向炮孔内施加风压，使工业盐均匀的喷洒在炮孔孔壁上面，达到防止冻冰的目的。

（4）装药是一个重要的环节，为了保证装药的质量，工程技术人员事先在所有炮孔孔边放置孔口传票，传票标注该炮孔的孔深、水深、装药结构、装药量和填塞高度，要求工人严格按照孔口传票进行装药。炮孔装药结束后，由工程技术人员用皮尺对所有炮孔的填塞长度进行检验，检验合格后方准填塞。

（5）在网路的延期时间上要精准施工。与以往的常规爆破网路连接不同，本次大爆区爆破采用复式起爆网路连接，因此在管理和施工上需要更加精细。每个节点由经验丰富的爆破员进行连接，连接完成之后在每个节点上面放置节点牌，节点牌上面标明点号、雷管数以及连接人员，节点牌放置之后，再由工程技术人员和施工负责人共同对起爆网路进行复检，保证起爆网路连接的可靠性。