孝義鋁礦底板奧陶系灰巖開采的爆破試驗

武永平，辛利民，2，張旭俊

(1.中鋁山西分公司孝義鋁礦， 山西孝義市 032303;2.北京科技大學， 北京 100083)

山西式鋁土礦共生大量粘土礦、鐵礦、奧陶系灰巖，具有重要開發利用價值。研究表明，孝義鋁礦區域內的灰巖具有高鈣、少硅等特點，是生產石灰的重要原料，石灰是氧化鋁、煉鋼生產、水泥生產的重要輔料。

孝義鋁礦長期以來重視鋁土礦主礦體和共生粘土礦、鐵礦的開發利用，但很少涉及底板奧陶系灰巖的開發利用。受采礦證開采范圍、排土場空間限制，以及認識不足，礦山在實際開采過程中，開采鋁土礦遺留的采空區被廢渣(土)回填，導致奧陶系灰巖層被遺棄，無法進行二次開發利用。因此，開展孝義鋁礦底板奧陶系灰巖的開發利用研究，具有十分重要的意義。

1 試驗區選擇

試驗選擇在孝義鋁礦西河底礦區北采西幫，試驗區底板標高為1166 m，頂板標高為1174 m，臺階高度為8 m，坡面角為72.6°。經過計算，試驗區面積約為2000 m2，灰巖總體積為8886 m3，礦石量為30212.4 t。試驗區開采設計如圖1所示。

2 爆破漏斗試驗

通過爆破漏斗試驗，可了解孝義鋁礦奧陶系灰巖的可爆破性能及相關參數，為后續開采提供技術參數。

穿孔設備為D100YZ2型履帶式潛孔鉆機，鉆桿標準桿4.1 m/根，風壓機為螺桿式空氣壓縮機。爆破鉆孔徑為100 mm，孔深為4.0 m，采用硝胺炸藥，用乳化炸藥起爆，線裝藥密度為6 kg/m，每個炮孔裝藥為10 kg，用鉆孔排出的廢渣及黃土堵塞炮孔。

圖1 試驗區開采設計

爆破漏斗試驗位置及炮孔裝藥如圖2所示。共進行了3個爆破漏斗試驗，孔間距分別為10.8，12.7，11.8 m，起爆方式為單獨起爆，相互之間段位差7段，確保相互間不發生干擾。爆破后，1#孔爆破效果如圖3所示。

圖2 炮孔位置及裝藥示意

經過現場測量，1#、2#、3#炮孔的地表擴散半徑如表1所示。

圖3 1#爆破漏斗實景

表1 各爆孔參數

經計算，爆破作用指數n分別為:鐵鋁巖0.93，奧陶系灰巖平均為0.75。

3 奧陶系灰巖爆破控制技術

通過爆破控制試驗，研究奧陶系灰巖爆破開采的工藝技術參數，爆破網絡、布孔方式、起爆方式、充填長度、炸藥單耗、排間微差段位等相關參數，為后續規模化開采奠定基礎。

采用松動爆破方式，孔內毫秒微差起爆。炮孔布置如圖4所示。

圖4 炮孔布置

本次爆破試驗孔數為24個。孔徑為100 mm，孔深為8.4 m左右，孔間距為4 m，排間距為4 m，臨近邊坡的最小抵抗線為5～7 m。

炮孔線裝藥密度為6.0 kg/m，平均每孔炸藥量為36 kg，共消耗炸藥840 kg;炮孔充填高度為2.0～2.2 m，充填物為鑿巖廢渣及黃土。

孔內為非靜電導爆管雷管，外部采用電雷管連線起爆。各孔孔網參數如表2所示。為了減少爆破對周邊村莊以及邊坡的影響，采用單孔逐個起爆。爆破后形成的爆堆如圖5所示。

圖5 爆堆實景

表2 爆破試驗孔網參數

結果表明，爆破效果較好，破碎灰巖的塊度適中，松動性良好，爆堆集中，和周邊圍巖沒有發生混雜現象，為下一步反鏟挖機高效裝載創造了條件。

試驗采用的布孔方式，起爆方式、充填長度、炸藥單耗、排間微差段位等相關參數適中。

經測算，爆破成本約為2.4 ～3.0 元/t。

4 爆破后灰巖成分分析

按照規范要求，對爆破后12個樣本進行粗破、中破、細破，最后制成200目左右的樣本。同時，按照等質量比，將12個樣本混合，制成一個混合樣。

在華南理大學國家分析測試中心對樣本進行成分分析，儀器為Axios PW4400 X射線熒光光譜儀，分析結果如圖6所示。

圖6 各樣本成分分析結果

分析結果表明，西河底礦區底板奧陶系灰巖的CaCO3含量高，普遍達到92%以上，內含雜質少，其中SiO2的含量不足1%。12個樣本的等質量混合樣品的CaCO3含量也達到了96.33%，說明分析的結果可信度高。

5 結論

(1)山西式鋁土礦共生大量粘土礦、鐵礦、奧陶系灰巖，這些共(伴)生資源具有很高的開發利用價值。

(2)爆破漏斗試驗表明，奧陶系灰巖的平均爆破作用指數n為0.75，可爆性好。

(3)爆破結果表明，試驗采用的布孔方式，起爆方式、充填長度、炸藥單耗、排間微差段位等相關參數適中。爆破成本約為2.4～3.0元/t。

(4)成分分析結果揭示，奧陶系灰巖的CaCO3含量普遍達到92%以上，SiO2的含量不足1%，表明孝義鋁礦奧陶系灰巖具有高鈣、低硅等特點。