露天深孔臺階爆破布孔工藝探討

余金勇

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

布孔工藝是爆破作業的第一道工序，雖然布孔施工作業在整個爆破作業中所占的勞動強度相對較小，但是它對后序的穿爆施工作業難度以及對爆破質量優劣的影響卻非常大。露天深孔臺階爆破作業過程中科學合理地把布孔工藝做好可以起到事半功倍的效果。因此，爆破技術人員在穿爆施工作業之前根據爆破設計認真做好布孔作業是十分必要的。

2 布孔工藝概況

大型露天礦山多使用穿孔直徑為200mm、250mm、310mm等的牙輪鉆機鉆孔，邊坡預裂孔多使用穿孔直徑為100～150mm的潛孔鉆機鉆孔，設計臺階高度一般為10～15m。目前，德興銅礦露天爆破作業布孔施工的方法是技術人員根據爆破設計的孔網參數使用50m長的皮尺人工測量布孔，孔位用竹簽做標識。從能量均勻分布的觀點看，三角形布孔較為理想［1］，因此布孔時一般采用多排孔三角形(又稱梅花形)布孔方式。

3 布孔工藝的難點問題

3.1 孔網參數與巖石性質的匹配

爆破區域巖石的堅固性強度、裂隙、節理等因素對爆破質量的影響非常大。露天采區面積寬廣，不同爆破區域的巖石性質千變萬化。因此，采區不同的爆破區域的孔網參數存在不確定性。

3.2 孔位布置是否精準到位

露天深孔臺階爆破炮區與炮區之間的銜接部位常常是大塊與根底產出較多的地方。這主要是由于布孔區域前方或側方的已爆破區域爆破時經常會產生后、側翻或后沖，當推土機清掃工作面后，原來的爆破界線變得模糊不清，此時炮區間的銜接孔布得超前或偏后都會產生大量的大塊或根底。

3.3 特殊地段布孔工藝的改進

露天采礦場存在一些特殊的爆破區域，如臨近最終邊坡區域爆破、難爆礦巖區爆破、采空區爆破等。在這些爆破區域布孔作業時常規的布孔方式不能滿足爆破質量的要求，布孔方式需要進一步改進。

4 布孔工藝的技術探討

4.1 孔網參數的優化

4.1.1 孔網參數與巖石性質的匹配

爆破技術人員在設計孔網參數時，應充分了解各爆破區域的巖石性質，根據巖石性質的類別選取不同的孔網參數。對于不同成因的巖石而言，一般地說巖漿巖可爆性較差(對爆破作用的抵抗能力最強)，沉積巖和變質巖的可爆性較好。巖石的基本性質、地質構造等因素對爆破效果影響較大。德興銅礦經驗孔網參數與巖石性質的匹配見表1。

表1 德興銅礦經驗孔網參數與巖石性質的匹配

4.1.2 孔距a、排距b的經驗公式

孔距和排距是一個相關的參數，在給定的孔徑條件下，每個孔都有一個合理的負擔面積［2］，即:

式中:S為單孔負擔面積;Q為單孔裝藥量;q1為線裝藥密度;L為鉆孔深度;h0為堵塞長度;q為單位耗藥量;H為臺階高度。

以上經驗公式設計出的孔網參數要在實踐中調整、修正、使設計方案趨于最優。

4.1.3 根據當前爆破效果動態分析優化孔網參數

根據臨近區域巖石的基本性質類似的假設原理，爆破技術人員在設計孔網參數前充分對布孔區域周邊已經爆破區域的爆破效果進行分析，結合各爆破區域的每周大塊率、根底數統計情況對相應未爆破區域的爆破參數進行適當調整。

4.2 炮區與炮區之間銜接孔的布置

清碴或眉線清楚的壓碴布孔時，在保證鉆機安全的前提下，距離眉線2～3m處布置前排孔，前排孔的布置示意見圖1。

圖1 前排孔臺階剖面圖

當布孔區域銜接界線模糊不清時，如果前排孔布在松方位置上，爆破時前排孔能量向軟弱面泄漏，而第二排孔又不足以克服前方的抵抗線，就會形成大量的大塊或根底。因此，技術人員在布孔前就應采用GPS測量儀定位，測出已爆破區域的界線后再布孔，使前排孔布置在設計位置的實方上，避免出現松方孔。

在條件允許的情況下，為了增加一次性爆破量廣泛推廣大區多排孔微差爆破技術，適當擴大爆破規模，不僅可以減少炮區間的銜接孔數，改善爆破效果，而且可以增大爆破規模以滿足礦山大規模開挖的需要［3］。

4.3 特殊地段布孔工藝的改進

4.3.1 臨近固定邊坡地段的布孔

臨近固定邊坡區域爆破后要求最終邊坡開挖到位、幫齊底平、安全穩定。目前，德興銅礦根據多年的經驗總結，臨近固定邊坡區域爆破采取以下布孔方式［4］:

(1)先根據采區最終開采境界放點布預裂孔，預裂爆破使用CM351-140潛孔鉆機鉆孔，選用2#巖石乳化藥卷裝藥。預裂爆破參數如下:孔深L≈16.5 m(據頂板高程)，孔距a=1.5m，平均線裝藥密度q線=1kg/m，傾斜角α =65°，單面炮齊發起爆。

(2)預裂爆破完畢后，以預裂孔為基準線向采區方向布設輔助孔1排，緩沖孔1排，以形成期望的坡面角(65°)，并保證坡底不受破壞。

根據長期的爆破實踐經驗，臨近固定邊坡爆破設計輔助孔孔深為6m，輔助孔孔距為4m，輔助孔距離境界線(即已爆預裂孔)4m，緩沖孔孔深為15m，緩沖孔距為7m，緩沖孔與輔助孔的排距為4m。以主炮孔孔網(6×8)m2為例，臨近固定邊坡布孔剖面示意見圖2，臨近固定邊坡布孔平面示意見圖3。

圖2 臨近固定邊坡布孔剖面示意圖

圖3 臨近固定邊坡布孔平面示意圖

4.3.2 難爆礦巖區域的布孔

難爆礦巖區域爆破多采用寬孔距、小抵抗線毫秒微差爆破技術，就是在保持炮孔負擔面積不變的前提下，加大孔距、減小抵抗線，增大爆破漏斗角，形成弧形自由面，為巖石拉伸破壞創造有利條件，即增大炮孔密集系數的一種爆破技術，寬孔距、小抵抗線爆破漏斗角見圖4。

圖4 寬孔距、小抵抗線爆破漏斗角

圖5 側向寬孔距布孔

因為爆破區域自由面充分可以有效改善爆破效果，所以難爆礦巖區域應盡量做到少量預留碴爆破［6］(一般預留碴5～10m)。布孔的排數選取要合理，德興銅礦難爆壓碴較厚區域一般控制在3～4排，清碴區域可增加至5～6排;在好爆的Ⅲ類巖區域可增加至6～8排。

4.3.3 采空區爆破布孔

采空區爆破需要克服漏藥及爆破能量泄漏等難題。在有地質資料的情況下，采空區布孔可以根據地質資料進行放點，避開采空區或巷道布置孔位;在沒有地質資料的情況下，可以先按設計布孔，然后驗收炮孔時根據鉆機作業情況進行補打孔，減少采空區或巷道對爆破效果的影響。

頂板(側)上方炮孔按保證巷道垮塌所需孔網參數設計布置:(1)沿走向中心線在巷道頂板正上方先布1排加密孔，孔底與頂板高差2.5～3.0m。以該排孔作參照定出頂板側上方炮孔的孔位。(2)頂板側上方距走向中心線5～6m(不大于6m)處左右對稱各布1排加密孔，孔底與巷道頂板高差≤2.5～3.0m。(3)同面炮其余炮孔的布置:以頂板(側)上方炮孔作參照，相鄰孔孔(排)距調整為6～7m，然后逐漸過渡到標準深孔臺階爆破孔網模式。

5 布孔工藝的展望

目前多數露天礦山的布孔作業仍需要現場測量放點來實現，效率低，精度差，影響穿孔作業的效率和精度。同時，大型露天礦山采區作業范圍廣，牙輪鉆機分布地點分散，由人工檢查反饋作業精度和參數效率低、漏洞較多，原有的布孔模式將逐漸不適應礦山生產管理精細化、數字化的發展需求。

GPS衛星定位技術在爆破布孔中的應用是礦山數字化發展的需要。應用CAD設計軟件進行精確孔網布置，再應用GPS衛星定位系統實現精確穿孔，然后應用爆破模擬軟件進行爆破模擬能夠更好的反映爆破技術人員的爆破設計思想從而優化爆破設計［7］。進行 GPS定位技術臺階爆破炮孔布置CAD設計方法的探索是爆破設計探索的目標［8］。露天礦牙輪鉆機GPS定位穿孔系統不僅能實現鉆機自動布孔定位，而且將數字化礦山建設引入了一個全新的領域。

6 結語

布孔工藝是露天礦山爆破作業中的一個關鍵環節，它對后序穿爆施工難度及爆破質量的影響非常大。在布孔過程中爆破區域的一些不確定因素需要技術人員認真去分析研究，從而不斷優化孔網參數及改進布孔方式，以達到更優的爆破效果。隨著數字化礦山的發展，技術人員應充分利用計算機分析軟件及GPS衛星定位技術，使炮孔布置更合理、準確、便捷，為爆破質量的提高創造必要的條件。

［1］于亞倫.工程爆破理論與技術［M］.北京:冶金工業出版社，2004:238-239.

［2］劉殿中，楊仕春.工程爆破實用手冊［M］.北京:冶金工業出版社，2004:190-200.

［3］王運敏.現代采礦手冊:上冊［M］.北京:冶金工業出版社，2011:759.

［4］周升福.銅廠采區黃牛前臨近固定邊坡爆破實踐［J］.銅業工程，2011(1):20-22.

［5］王根濤，郭遠超，馬力，等.逐孔爆破技術布孔方式研究［J］.露天采礦技術，2012(1):21-23.

［6］查克兵.優化爆破設計-提高難爆礦巖爆破效果［J］.有色礦山，1999(增刊):12.

［7］崔寒松，楊軍，余德運，等.GPS在礦山爆破設計及施工中的應用［J］.爆破，2013(2):106-109.

［8］王祥厚，楊用華，王作強，等.臺階爆破爆堆的計算與模擬的探討［J］.煤炭科學技術，2000(7):41-42.