和尚橋鐵礦改善爆破效果的技術實踐

袁英杰

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

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和尚橋鐵礦改善爆破效果的技術實踐

袁英杰

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

摘要爆破作為露天鐵礦開采中的重要工序，直接影響鏟裝、運輸、破碎等工序的生產效率和成本。以和尚橋鐵礦為例，介紹了小抵抗線爆破技術、水力增壓爆破技術、段微差逐孔起爆技術的應用實踐。通過以上應用技術的比較，為大幅降低爆破大塊率和根底，改善爆破效果，提高鏟裝和粗破碎效率，降低企業生產成本，提供了技術保障。

關鍵詞露天鐵礦爆破技術開采成本

近年來，受中國經濟轉型、增速下滑的影響，我國鐵礦資源需求增速逐步趨緩[1-2]，而國際鐵礦石產量不斷擴大，全球鐵礦石的供應仍處于增長階段，從而導致鐵礦石價格迅速下跌，一度跌至50美元/t以下。由于我國鐵礦石生產成本較高，鐵礦石價格的急劇下跌給我國鐵礦開采企業帶來了極大的打擊。有效降低采礦成本，提高競爭力已成為我國鐵礦開采企業的當務之急。爆破作業作為露天鐵礦開采的重要工序，對采礦成本具有較大的影響，提高爆破效果是降低露天鐵礦采礦成本的有效途徑。

1　爆破與采礦成本的關系

我國露天鐵礦開采成本中與爆破參數相關的工序主要包括穿孔、爆破、鏟裝、運輸、破碎。根據相關資料分析，各工序成本所占的比例為：穿孔及爆破約占20%、鏟裝約占15%、運輸約占30%，破碎約占25%、其他約占10%[3]。

露天爆破作業一般采用松動爆破，利用炸藥爆炸產生的能量將礦巖松動和破碎，并將礦巖向臺階坡面方向拋擲，形成一定形狀的爆堆，為后續的鏟裝工序提供條件。爆破作為露天開采的重要工序，爆破效果的好壞直接影響后續鏟裝、運輸、粗破碎等工序的效率和成本。礦巖爆破破碎塊度均勻、無根底，能提高鏟裝、運輸設備的生產效率，同時又能夠避免二次破碎大塊、處理根底的費用，降低成本。

露天鐵礦采礦成本與爆破質量的好壞存在相關性，而爆破質量可以通過爆破大塊率反映。爆破大塊率過大，破碎、鏟裝、運輸成本高，采礦總成本也相應較高；而隨著大塊率減小，破碎、鏟裝、運輸成本以及總成本會降低；大塊率繼續減小，雖然破碎、鏟裝、運輸成本會降低，但由于爆破成本的顯著增加會導致總成本的增加。因此，露天鐵礦開采中存在合理的爆破參數，使采礦開采成本最低。

中鋼集團馬鞍山礦山研究院提出的爆破優化，是指在保證穿孔、爆破、裝運及粗破碎等工序總成本最小的前提下，在滿足礦山某些特殊要求的條件下，尋找最優爆破參數。如果片面地追求爆破成本最低，可能會導致鏟裝成本、破碎成本甚至選礦成本的增加。因此，降低露天鐵礦開采成本不僅要降低爆破成本，還應考慮其它各項工序成本，通過獲得良好的爆破質量，使各工序成本之和最低。

2　爆破質量影響因素

影響露天礦爆破質量的因素主要包括爆區地質構造、礦巖力學特性、炸藥性能、爆破技術以及工藝參數、爆破施工管理等方面。

(1)爆區地質構造。礦巖中結構面會對爆炸能量的分布產生影響，從而影響礦巖破碎塊度。礦巖內節理裂隙發育，炸藥爆炸能量會先使節理裂隙斷裂，爆炸能量過早通過節理裂隙逸出，易產生大塊和根底。

(2)礦巖力學特性。礦巖的抗拉、抗壓強度特性直接影響爆破效果。礦巖抗拉、抗壓強度越大，礦巖破碎所需的能量也就越大，同時爆破大塊也就越多，也易出現根底。此外爆破時，硬巖、軟巖分界面容易形成大塊。

(3)炸藥性能。炸藥的爆速、猛度、作功能力、殉爆距離、密度以及抗水性能性能直接影響爆破效果。炸藥的爆速、爆熱、密度等影響爆炸沖擊波及應力波的峰值壓力、作用時間等，進而影響炸藥爆炸能量利用率[4]。

(4)爆破工藝以及技術參數。爆破參數主要包括前排底盤抵抗線、孔距、排距、單耗、裝藥結構、起爆順序等。孔網參數(孔距、排距等)過大而炮孔直徑較小，將導致炸藥單耗過小，容易產生大塊和根底；連續裝藥結構裝藥重心低，爆破時在臺階上部容易產生大塊；露天臺階爆破中自由面越多爆破質量越高，起爆順序能夠通過影響爆破自由面的數目影響爆破質量。

(5)爆破施工質量。鉆孔、裝藥、炮孔填塞等施工質量的好壞也會影響爆破質量。鉆孔精度不足，如鉆孔位置、傾角不合理，孔深不夠等容易導致大塊、根底的產生；炮孔填塞質量差則容易造成“沖炮”，導致炸藥爆炸能量利用率低，大塊率高等問題。

3　和尚橋鐵礦改善爆破質量的技術措施

和尚橋鐵礦為凹陷開采，年采剝總量1 500萬t，采用潛孔鉆機穿孔，孔徑200mm。目前已開采至-60m水平。礦體主要為磁鐵礦，礦石普氏系數為10～15，裂隙較發育，圍巖主要為閃長玢巖，普氏系數8～10，裂隙較發育。礦山淺部礦體及圍巖較破碎，深部礦體和圍巖堅硬，且節理裂隙較發育。采用袋裝乳化炸藥和奧瑞凱高精度雷管爆破。為改善該礦深部含水礦體和圍巖的爆破效果，進行了以下爆破技術試驗。

3.1小抵抗線爆破技術

通過中鋼集團馬鞍山礦山研究院在馬鋼南山鐵礦進行的水泥砂漿模型正向爆破漏斗試驗(砂漿模型為80cm×80cm×80cm，試驗藥量1g)發現，隨著炸藥埋深由淺到深，直到最佳藥深5.5cm時，破碎度K50(指篩下粒級重量達到50%時篩網的尺寸，cm)也隨著爆破體積增加逐漸增大，并在最佳藥深時達到最大值4.9。爆破體積最大時，K50也是最大，這說明爆破體積雖然最大，但其破碎效果差，大塊率高。通過現場爆破漏斗試驗，確定礦山合理的破碎抵抗線應為最大體積時抵抗線的0.6～0.8倍。

通過現場試驗，最終確定該礦排距5.5m，孔距8.0m，排距約為前排抵抗線的0.7～0.75倍，與現場爆破漏斗試驗結果一致。該技術應用后，大幅改善了礦山的爆破效果，降低了大塊率，增加了鏟裝效率。

3.2水力增壓爆破技術

礦山臺階高度12m，一般填塞長度6m，臺階上半部炮孔沒有裝填炸藥，炸藥全部集中到下半部臺階，造成臺階下半部分盡管爆堆較緊密，但粉礦率較高，而臺階上半部大塊較多的現象。水力增壓爆破技術，在炮孔炸藥上部設置一定高度的水柱傳遞并增加傳入巖體炸藥爆轟能量，水柱和上部填塞巖屑之間設置約3kg藥量的超前壓塞藥包[5]。爆破時，超前壓塞藥包提前25ms起爆，將填塞巖屑預壓實以增加填塞強度，然后主藥柱開始起爆，這時炸藥能量通過上部水柱傳遞給臺階上部巖石，達到提高爆炸能量利用率、改善臺階上部塊度組成分布的效果。爆破結構示意見圖1。

圖1　爆破裝藥結構示意

現場試驗確定水力增壓爆破水柱高度1.5～2.0m，填塞高度5.5～6.5m(含水柱高)，上部填塞巖屑2.5～4.5m。炮孔內含水時，可充分利用炮孔內的水，在預留水柱高度設置定位擋板(定位擋板上設置超前壓塞藥包)，并用定位繩在孔口固定。

該技術在現場應用表明：①延米爆破量提高了10.86%，爆破破碎塊度均勻；②通過加強填塞藥包，提高了填塞強度，有效保證了填塞效果，未出現沖孔現象；③水力增壓爆破比常規爆破的大塊率降低45%，大幅提高了炸藥能量利用率。

3.3短微差逐孔起爆技術

該技術利用先爆孔給鄰孔產生新的自由面及發育的短裂隙，降低臺階底部的夾制作用，避免根底的產生，能較好地控制爆堆形狀，使爆破質量得以改善，同時，由于減小了最大段藥量(即單孔藥量)，可有效降低爆破振動危害[6]。根據中鋼集團馬鞍山礦山研究院在馬鋼南山鐵礦對順序爆破振動和微差時間的關系對比測試，并結合波形分析，得出合理微差時間為20～30ms。礦山生產爆破器材雷管采用奧瑞凱25，42ms延期高精度導爆管雷管，相鄰兩孔微差時間為25～17ms。短微差逐孔起爆技術應用后，改善了爆破效果，大幅降低了爆破振動對邊坡及周圍居民的影響。

3.4含水炮孔炸藥穩定傳爆改進措施

炮孔內含水，加之礦體及圍巖較為風化，在裝藥過程中易出現裝藥不連續，導致根底。為此，在孔內設置一根導爆索，其中1發雷管與導爆索連接，解決了水孔裝藥不連續、出現殘藥的問題。

4　結　論

針對和尚橋鐵礦現狀，提出了采用小抵抗線爆破技術、水力增壓爆破技術、短微差逐孔起爆技術和含水炮孔炸藥穩定傳爆改進措施等。通過現場實踐，大幅降低了大塊率和根底，改善爆破效果，提高了鏟裝和粗破碎效率，大幅降低了爆破振動，降低了礦山生產成本，取得了較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]張艷飛，陳其慎，王高尚．中國鋼鐵產業合理產能分析[J].中國礦業，2014，23(6)：54-58．

[2]張艷飛．中國鋼鐵產業區域布局調整研究[D]．北京：中國地質科學院，2014.

[3]萬德林．露天礦爆破效果對鏟裝效率及生產成本的影響[J]．世界采礦快報，2000，16(9)：317-319．

[4]賴應得．論炸藥和巖石的能量匹配[J]．工程爆破，1995(2)：22-26．

[5]劉為洲，袁英杰，張西良，等．水力增壓爆破試驗[J]．工程爆破，2014(2)：10-13．

[6]劉為洲．南山礦凹山采場減震爆破試驗研究[J]．金屬礦山，2004(6)：22-23．

(收稿日期2016-04-26)

袁英杰(1979—)，男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市向山鎮。