降低露天礦深孔爆破中大塊率的研究

李家東 李南方 彭軍偉

（欒川龍宇鉬業有限公司，河南洛陽 471500）

降低露天礦深孔爆破中大塊率的研究

李家東 李南方 彭軍偉

（欒川龍宇鉬業有限公司，河南洛陽 471500）

本文具體分析了露天礦深孔爆破過程中大塊率高的原因，針對各個原因提出了降低大塊率的技術措施,并介紹了新技術在降低爆破大塊率中的應用。

大塊率；巖體結構；爆破參數；新技術

深孔爆破作業是露天開采的重要生產環節，大塊率是衡量深孔爆破質量的重要指標之一，近年來如何降低深孔爆破的大塊率成為國內外研究的熱點。大塊率過高使爆破后鏟裝設備的鏟裝效率成本增高，同時增加破碎站粗碎和磨礦設備磨耗成本，而大塊率較高又是很多露天礦普遍存在的問題，因此降低爆破作業產生的大塊率對于降低生產成本、提高礦山總體經濟效益、保障礦山安全作業具有十分重要的意義。本文綜述了深孔爆破中產生大塊率的原因，以及針對這些原因采取的降低大塊率的技術措施。

1 產生大塊的原因分析及優化措施

由于礦山的地質條件千差萬別,影響大塊成因的參數多種多樣,其中包括炸藥參數、爆破參數、巖體結構與力學特征等各種不同類型[1-2]。因此結合具體的礦巖條件,采用合適的爆破方法,優化爆破參數設計，對改善深孔爆破中大塊率高的問題具有現實的經濟意義。

1.1 巖性及巖體結構的影響及優化措施

巖體的巖性和地質構造對爆破產生大塊的影響很大，破碎結構巖體，弱面和軟弱夾層等地段都存在爆破質量差，大塊率較高且根底殘留高等問題。

1.1.1 裂隙結構巖體

破碎結構巖體地段爆破應力波隨著裂隙溢出或被裂隙衰減，從而降低了爆破能量，巖石不足以被破碎而是順著原本的裂縫裂開，形成大塊。相對于清碴爆破法而言，微差擠壓爆破法在碎裂結構巖體爆破中可顯著改善爆破質量，降低大塊率[3]。此外，有實踐證明，采用不耦合裝藥對于降低大塊率效果明顯[4]。

1.1.2 層狀巖體

弱面和軟弱夾層地段使應力波在巖體中的傳播過程十分復雜，爆破后容易產生根底、大塊等問題。丁林敏等[5]經過計算機模擬及現場試驗驗證，得出層狀巖體爆破時，應選擇與臺階坡面垂直的巖層傾向方向作為爆堆推進方向，此時大塊率最小。有研究者提出層狀巖體過程中合理調整鉆孔深度或增加輔助孔也可以有效改善爆破效果。

1.2 爆破參數的影響及優化措施

1.2.1 裝藥結構

由于傳統的柱狀連續裝藥結構藥柱中心偏低，爆破過程中能量分散不均勻且充填料會吸收部分能量，在爆破過程中臺階上部破碎能量小，而導致臺階上部產生大塊。采用分段裝藥，實現孔內微差爆破，使炮孔內炸藥能量重新分布，可降低大塊率的產生。歪頭山鐵礦采用空氣間隔裝藥爆破技術，提高了裝藥高度，增大了臺階上部的爆炸力量，減少了臺階頂部的大塊率。

1.2.2 孔網參數

在爆破過程中如果孔網參數選擇不合理，容易產生大塊。當孔網參數過大時，中心部位常常會產出大塊；相反如果孔網參數過小會使藥柱重心下降，炸藥能量對臺階上部礦巖減弱，從而產生大塊；若因掌子面地質條件和穿孔等因素而導致的個別炮空孔網面積偏大，爆后也易出現大塊及根底。

在爆破作業中，孔網參數要解決的問題主要是抵抗線和孔距的確定。很多礦山實踐表明，在合理的單孔負擔面積不變的情況下，采用大孔距小抵抗線微差爆破的技術措施可以有效地降低爆破大塊率。在實際爆破中應根據具體情況來設計孔網參數，對于石英云母片巖這樣較容易爆破的巖石區域應適當擴大排距與孔距；而對于團塊狀淺粒巖這樣較難爆破的巖石區域可以適當縮小排距與孔距。

1.2.3 起爆順序

近年來礦山實踐證明，比起排間順序深孔爆破，V字型順序起爆和斜線起爆順序可以獲得更好的破巖塊度，能有效改善爆破質量。而具體應用何種起爆順序要根據爆破巖體的具體情況而定，斜線起爆方式適用于存在2個或3個自由面的爆區，可以減少臨空面的大塊率。

1.2.4 填塞

填塞主要是為了降低爆炸氣體的泄逸帶來的能量損失，良好的填塞還可以增加氣體在孔內作用的時間，對于改善爆破質量降低大塊率具有重要作用。充填過大，臺階上部炸藥能量不足，容易產生大塊；充填過小會產生沖天炮而產生飛石且增大炸藥消耗，填塞物一般為黏土、不含碎石的鉆孔巖屑，一般情況下填塞長度為底盤抵抗線的0.7-1.0倍。

1.2.5 鉆孔超深

超深過大往往使藥柱重心過低，臺階上部容易產生大塊，而超深過小容易產生根底，一般情況超深可按公式（1）（2）計算：

式中：W底——底盤抵抗線；D——裝藥孔直徑。

1.2.6 底盤抵抗線

抵抗線過大，爆破質量將惡化，會造成根底多、大塊率高等不良后果，甚至會出現硬埂，單位耗藥量也會顯著增加；過小，爆破過程中高低壓氣體直接進入大氣，爆破效果降低，造成炸藥的浪費，形成大塊，且會產生飛石。計算底盤抵抗線的方法一般有以下幾種：

式中，W底—底盤抵抗線,m;H—臺階高度,m;α—臺階坡面角,一般為60°～75°；B—從鉆孔中心至坡項線的安全距離，對大型鉆孔B≥2.5～3.0m。

1.2.7 單位炸藥消耗量

炸藥單耗大小不僅影響到爆破質量,而且還對爆破安全產生重大影響。如果炸藥單耗過小會造成根底多，大塊率高；而炸藥單耗過大會造成爆堆的拋擲范圍大，且產生飛石，對作業人員的安全造成威脅。王文才等人以瑞典蘭格福爾斯的藥量計算公式為基礎，研究出了適合露天礦爆破的炸藥單耗方法。

式中：S—單位炸藥計算威力；R—巖石系數；F-炮孔傾斜度；q0—標準基巖中35%硝化甘油膠質炸藥單耗，Kg/m3。

2 應用新技術降低大塊率

2.1 交叉網絡的應用

交叉網絡遵循了寬孔距、小抵抗線的原理，是以同排起爆、斜線起爆、V型掏槽起爆為基礎進行優化的一種起爆網絡，孔距在起爆順序上為原來的2倍。交叉網絡起爆比常規的同排起爆、斜線起爆、V型掏槽起爆減少了沖擊波在巖體中的滲流損失,使更多的爆破能量用來破碎巖石，具有大塊產出率低、炸藥消耗量少、機械磨損率低等優點。實踐表明對不規則的臺階爆破交叉網絡有著獨特的效果,尤其是楔形體臺階爆破。在應用時炮孔質量是交叉網絡爆破效果的關鍵，且交叉網絡聯線比較復雜，因此必須認真檢查，避免出現事故。

2.2 同排相鄰炮孔相向起爆法應用

同排相鄰炮孔采用相向起爆可以使爆炸能量和應力巖在巖體中分布得更加均勻，其具體做法是一個從裝藥頂部起爆，相鄰的另一個孔從裝藥底部起爆。某礦山在采用相鄰炮孔相向起爆的生產試驗結果表明，大塊率分別從1%和2.4%降低到0.5%，電鏟效率提高約三分之一。

2.3 頂部氣體間隔爆破方法應用

采用中間分段間隔裝藥結構，雖然取得了一些實效，但具體實施中操作比較麻煩，而采用在整個炮孔裝完，再在頂部放置氣體間隔器的的爆破方法，實驗證明這是既施工簡單又行之有效的方法。南芬露天礦先后在大量的水孔和干孔中應用該方法效果非常理想，爆破塊度明顯降低，為后續的鏟裝、運輸創造了良好的條件，大塊率由往常的1.2個/千噸降到0.6個/千噸，塊度比較均勻[17]。

3 結語

在不同地質條件和不同爆破條件下，影響爆破塊度的因素很多，各個因素對爆破塊度的影響并不是獨立存在的，在爆破方法爆破參數的選擇過程中應注意各個因素的協調做到整體最優化。通過仔細勘察礦山實際情況，合理設計爆破參數以及應用新爆破技術，盡可能地降低大塊率，提高整體經濟效益。

[1]張建國,譚卓英.裂隙性礦巖微差擠壓爆破的理論與實踐[J].金屬礦山,1999,12:33-36.

[2]蔡路軍,馬建軍,樓曉明,周曉東.裂隙巖體不耦合裝藥爆破技術研究[J].中國礦業,2006,15(4):66-69.

[3]丁林敏，王茂玲.層狀巖體臺階爆破數值模擬研究與工程應用[J].礦業研究與開發,2011,31(6):92-95.

TQ172

A

1003-5168(2014)04-0034-02

李家東（1982—），男，河南周口人，采礦助理工程師，主要從事采礦及爆破技術工作。