某露天銅礦爆破開采綜合降耗試驗

蔣躍飛 喻圓圓 陳飛權 應 俊

(浙江省高能爆破工程有限公司)

某銅礦已進入深凹露天開采階段，礦床屬于火山熱液層控型銅礦床，區(qū)內斷裂構造發(fā)育，夾層較多，礦石成分復雜，巖性復雜多樣，礦巖層臺階主要以安山巖、綠簾石矽卡巖、石榴石矽卡巖等硬質巖為主，可爆性差。礦山年開采量為300萬m3，開采前期使用成品包裝炸藥及普通導爆管雷管進行爆破作業(yè)，炸藥成本高，單耗偏大，爆破效果時好時壞，爆后不僅存在大塊及留有根底，而且還出現(xiàn)巖石過度破碎及拋擲過遠，綜合成本居高不下。為此，引進混裝乳化炸藥技術，進行以“節(jié)能降耗，降低綜合成本”為目的的生產(chǎn)試驗。

1 現(xiàn)場混裝乳化炸藥運用

礦山開采前期使用成品包裝乳化炸藥進行爆破施工，一次配送總量受到礦區(qū)炸藥庫庫容的限制，而且炸藥成本高，約14 500元/t。經(jīng)過不斷協(xié)調和努力，爆破作業(yè)單位取得了使用現(xiàn)場混裝乳化炸藥的良好條件。

現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術是通過炸藥混裝車將已經(jīng)乳化好的乳膠基質及敏化劑等混合材料從地面站運至爆破點進行自動化裝藥,既保證了炸藥運輸及使用的安全性，同時也提高了生產(chǎn)效率[1]?；煅b車到達施工現(xiàn)場后，作業(yè)人員通過現(xiàn)場稱重方式來檢驗混裝車的計量準確度及乳化炸藥的真實密度，校準好炸藥的計量后，按照每孔設計裝藥量進行裝藥[2]。裝藥施工時，首先將裝有反向起爆藥包的塑料套袋放置于孔內，然后將輸藥軟管伸入塑料套袋至孔底進行打藥，保證底部裝藥到位，避免爆后留有根底。該礦混裝乳化炸藥約7 000元/t?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥具有運輸安全可靠，裝藥自動化程度高，裝藥耦合效果好，爆炸威力大且成本低的優(yōu)點。

2 爆破參數(shù)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化思路

爆破參數(shù)優(yōu)化不僅要考慮爆區(qū)巖石的性質及結構，還要兼顧生產(chǎn)任務、現(xiàn)場施工條件及后期鏟、裝、運工作效率，只有結合礦山實際情況進行爆破參數(shù)優(yōu)化，才能體現(xiàn)實用價值[3]。炸藥單耗偏高，易產(chǎn)生超爆，既爆后巖塊過度拋擲，后排爆溝寬且深，爆區(qū)巖石過度破碎，不利于節(jié)約爆破成本。炸藥單耗偏低，易造成大塊率過高、底部產(chǎn)生根底及爆而未動等現(xiàn)象，極大地影響了爆破效果，不僅增加了解小成本，而且對后期鏟、裝、運工作不利。只有選擇合理范圍的炸藥單耗，制定良好的爆破設計方案，才能得到較好的爆破效果，使生產(chǎn)效益最優(yōu)[4]。

施工現(xiàn)場的爆破參數(shù)優(yōu)化主要是通過調整炸藥單耗、孔網(wǎng)布置形式、孔距、排距、堵塞長度、前排抵抗線、炮孔超深、裝藥結構、爆破網(wǎng)路及加強爆破施工管理來實現(xiàn)[5]。首先根據(jù)前期開采爆破參數(shù)數(shù)據(jù)設定較合理的炸藥單耗，并匹配相應的孔網(wǎng)參數(shù)，同時優(yōu)化起爆網(wǎng)路及延期時間，嚴格落實施工質量控制措施,然后根據(jù)爆破效果反復試驗，在確保爆破效果的基礎上將參數(shù)調整到最佳。

依據(jù)前期爆破施工出現(xiàn)的情況，調整爆破參數(shù)的具體思路：①爆破后如果前排拋擲較遠，爆堆散而不集中，則可以降低前排炮孔的裝藥量，加大孔距或抵抗線；②爆破后爆溝深且寬，則可以加大排距或減少單孔裝藥量；③通過觀察鏟裝過程，如果發(fā)現(xiàn)爆堆中部粉礦率較高或塊度均很小，則可以適當?shù)募哟罂拙嗪团啪啵虎鼙驯砻鏇]有大塊或破碎非常充分，可以降低單孔裝藥量和裝藥高度；⑤爆后底部出現(xiàn)根底或底板欠挖，可以增加超深。常見單耗過高情況下的2種爆破效果見圖1。

2.2 優(yōu)化試驗

在現(xiàn)場爆破試驗中，主炮孔均采用垂直孔,寬孔距、小排距的三角形布置，炮孔超深分別為0.5，1 m，采用普通導爆管雷管進行微差爆破。由于該礦前期大直徑鉆桿的積壓、采場規(guī)劃不合理，導致爆破臺階高度為12和8 m，鉆孔直徑為165 mm，爆破參數(shù)只能在上述限制條件下進行合理調整。

圖1 常見單耗過高情況下爆破效果

試驗前布孔工作主要是機械地按照業(yè)主的生產(chǎn)任務來執(zhí)行，爆破區(qū)域的劃分及布孔思路和方法存在以下弊端：

(1)爆破區(qū)域劃分區(qū)塊較小，且多為正方形布置，不利于改善爆破效果。

(2)布孔思路僵化，不夠靈活，不注重經(jīng)濟效益。

(3)爆破區(qū)域兩翼邊界布孔不合理，導致該區(qū)域夾制作用大，爆破效果不好。

結合爆破試驗的效果，可從以下幾點來優(yōu)化布孔方式：

(1)前排多采用密集孔，在適當增加前排孔孔距的基礎上，減少前排炮孔的裝藥量，降低裝藥重心，保證第一排孔底部能夠炸開。

(2)控制爆破區(qū)域兩翼邊界的端部炮孔，可以通過調整排間炮孔的孔距，或適當調整爆破區(qū)域的邊界，保持設計的炮孔間距。

(3)根據(jù)長期的爆破經(jīng)驗，每次爆破應盡量將孔排數(shù)控制在6排以內，保證后排孔的爆破效果。

(4)整個爆區(qū)采用以臨空面的一端為長底的梯形布孔方式，可減小巖體的夾制作用，有利于爆體向掌子面方向推出。

(5)爆破區(qū)塊設計時長度應大于寬度的2倍，有利于減低單耗，并取得較好的爆破效果。

爆破區(qū)域布孔方式見圖2。

通過技術探討，主要通過以下方式進行了合理調整：

(1)適當加大爆破孔網(wǎng)參數(shù)。

(2)減小前排孔裝藥密度和裝藥量，解決爆后爆堆過散的問題。

(3)在無法改變鉆孔直徑的條件下，減少單孔裝藥高度和裝藥量來降低單耗。

(4)通過增加堵塞段空氣間隔，實現(xiàn)炮孔堵塞結構的改變，從而改善上部巖體的破碎效果。

圖2 試驗前后爆破區(qū)域布孔方式

(5)調整超深，改善爆破后臺階開挖面的平整度。

8及12 m臺階爆破試驗參數(shù)分別見表1、表2。

通過實際爆破試驗，對于8及12 m臺階的爆破參數(shù)進行了有效調整，既保證了爆破效果，提高了施工效率，又降低了爆破施工成本。爆破參數(shù)調整試驗結果見表3。

表1 8 m臺階爆破試驗參數(shù)

表2 12 m臺階爆破試驗參數(shù)

表3 爆破參數(shù)調整試驗結果

3 裝藥結構調整

通過增大孔網(wǎng)參數(shù)和降低單孔的裝藥量是最經(jīng)濟的降低單耗、提高經(jīng)濟效益的措施。但是隨著單孔藥量的降低，裝藥高度也降低，導致孔口堵塞段裝藥量不足，往往造成爆堆表層大塊率較高，影響爆破效果和鏟裝效率[6]。因此，需要通過改善裝藥結構來提高爆破效果。本礦山主要試驗了3種裝藥結構：

(1)在上部堵塞段增加一個炮頭，通過在堵塞段裝少量的炸藥來改善上部爆破效果，該方法會相應增加雷管費用和施工難度。

(2)炮孔底部采用耦合裝藥，在炮孔中部采用不耦合裝藥。即在炮孔中放入一個φ110 mm袋子，將炸藥裝入袋子中，來減少上部裝藥段的裝藥密度，提高上部裝藥高度，改善爆破效果，該方法也會增加施工難度和袋子購置費用。

(3)混裝炸藥裝至孔內后，發(fā)泡成形過程中，因炸藥膨脹，裝藥高度會提高0.2～0.6 m，在施工過程中可以利用這一特性，根據(jù)炮孔的深度，每孔分2～3次裝藥，增加炸藥發(fā)泡的高度，使同質量的炸藥裝入炮孔后，裝藥高度較一次性裝藥提高0.5～1 m，可有效改善堵塞段的爆破效果。

由于本礦區(qū)臺階高度多為8,12 m，根據(jù)多次試驗后總結,調整混裝車裝藥施工順序，分2次裝藥可以提高乳化炸藥的發(fā)泡高度0.5～1 m，通過堵塞段預留部分空氣間隔，使炸藥爆炸產(chǎn)生的能量能夠充分破碎上部巖石。裝藥結構見圖3。

圖3 裝藥結構

4 起爆網(wǎng)路優(yōu)化

該礦現(xiàn)使用普通導爆管雷管起爆網(wǎng)路，孔內雷管為MS15，孔外雷管采用MS3和MS5，主要采用逐排起爆方式。該起爆網(wǎng)路孔內外雷管的搭配未考慮雷管自身的延期誤差，孔內雷管MS15延期時間為880 ms,延期精度為±60 ms,上下延期誤差達120 ms，地表雷管MS3和MS5延期時間分別為50，110 ms，在孔內雷管延期時間范圍內，經(jīng)常會出現(xiàn)后面炮孔比前面炮孔先起爆,爆堆呈現(xiàn)波浪形態(tài)，甚至產(chǎn)生盲炮，對爆破效果影響較大，增加了二次爆破炸藥用量及機械破碎工作量[7]。

為充分考慮非電導爆管起爆網(wǎng)路中雷管延期時間的離散性，以及礦區(qū)大量庫存的MS15雷管品種，目前孔內裝MS15時，排間采用MS5+MS3的起爆網(wǎng)路，同排之間盡量多孔起爆，并用MS3段進行同排多孔延期，達到降低爆破振動及較好的爆破效果的目的。

待庫存雷管使用完畢，重新調整采購雷管的段位，建議孔內雷管選購MS12，排間雷管選購MS5，同排多孔間延時雷管選購MS3，通過這3種雷管組合設計起爆網(wǎng)路。導爆管雷管起爆網(wǎng)路調整情況見表4。

5 安全技術措施

5.1 鉆孔管理

鉆孔精度是控制爆破裝藥量、爆破效果、減少大塊的基礎因素，特別是對12 m臺階的爆破施工，影響非常大，明確鉆孔的責任，建立鉆孔質量的監(jiān)督機制及日常驗孔臺賬制度。

表4 導爆管雷管起爆網(wǎng)路調整情況

5.2 施工協(xié)調管理

深孔臺階爆破的臨空面是保證爆破效果的一個重要因素。爆破前及時溝通，保證前排孔臨空面根腳挖干凈，無石渣堆積，不采用壓渣爆破方法。應多采用大區(qū)爆破，一次爆破炸藥使用量應達到20～30 t，減少爆破次數(shù)，降低爆破成本。與礦方計劃部溝通后采用長方形的區(qū)域開采規(guī)劃，擴大一次爆破區(qū)塊長度，增加爆破規(guī)模。

5.3 現(xiàn)場混裝施工管理

現(xiàn)場混裝炸藥車在爆破現(xiàn)場將乳膠基質、乳化劑及敏化劑等混合物質泵入炮孔，經(jīng)過發(fā)泡形成炸藥，炸藥的性能受原材料、現(xiàn)場環(huán)境溫度、濕度及發(fā)泡時間長短的影響[8]。如果混裝炸藥性能不穩(wěn)定，會使炸藥威力發(fā)生變化，導致爆破效果不佳，增加穿孔及爆破施工成本，因此必須加強管理，保證混裝炸藥性能穩(wěn)定?？删唧w采取如下措施：

(1)當混裝乳化炸藥需要微調配方或原材料時，應提前告知項目部，項目部應先在相對較小爆破規(guī)模區(qū)域，采用較 保守的爆破參數(shù)實施試驗性爆破，掌握調整后的炸 藥性能后，再實施大規(guī)模生產(chǎn)。

(2)混裝炸藥應按需供應，混裝車不得長時間在礦區(qū)戶外停留過夜，冬季礦區(qū)寒冷會影響炸藥敏化溫度。

(3)混裝車開始打藥時出口溫度較低，可能影響炸藥質量，應首先選擇次要炮孔進行裝藥。

6 試驗效果

采用試驗優(yōu)化參數(shù)及施工建議，嚴格組織爆破施工，在后期爆破開采試驗中，炸藥單耗基本保持在0.65 kg/m3左右，爆后大塊率降低，無根底，臺階底板基本平整，爆破質量比較理想，施工效率得到提高，按照每月30萬m3開采量估算，每月可節(jié)約費用253.6萬元，節(jié)能降耗及經(jīng)濟效益顯著。爆破技術經(jīng)濟指標見表5。

表5 爆破技術經(jīng)濟指標

7 結 語

通過引進混裝乳化炸藥技術，試驗優(yōu)化臺階爆破參數(shù)、裝藥結構及爆破網(wǎng)路，同時從鉆孔、施工協(xié)調、混裝炸藥管理等方面提出合理的安全技術措施，提高了施工管理水平，降低了生產(chǎn)成本，創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益。爆破開采綜合降耗應從多角度分析，不斷總結經(jīng)驗，調整優(yōu)化爆破方案，才能得到較好的爆破效果，同時根據(jù)礦山實際情況，加強各工序施工管理與協(xié)調，采用合理的安全技術措施，能夠有效地提高經(jīng)濟效益。