礦巖分穿分爆在國外大型露天礦山的試驗研究

陳興海,裴浩宇

(華剛礦業股份有限公司， 北京 100039)

SICOM INES銅鈷礦是中國企業集團和剛果（金）政府共同成立的合資公司進行開發的礦山資源項目。礦區位于剛果（金）盧阿拉巴省會科盧韋齊（Kolwezi）市西南。經地質勘探，該礦區可利用的資源/儲量銅金屬1000萬t，銅平均品位3.47%，為世界級的特大型銅鈷礦床[1]。

該礦床成因類型為沉積?改造型層狀銅鈷礦床，礦體層狀特征明顯，主礦體隨地層產狀變化而變化，在構造發育、巖石破碎強烈部位，存在大量表生富集的小銅、鈷礦體，產狀較陡。由于地質條件復雜，礦體規模大，礦石類型多，品位變化大，礦體內夾石也較多，因此穿爆混巖率的控制對礦石貧化損失、礦產品質量有著直接影響。

1 穿爆工作現狀

礦區地層垂直方向上變化明顯，上部圍巖風化較強，下部礦體部位巖石較硬，并且存在軟弱互層的現象（見圖1）。礦體受地層控制明顯，主要含礦層為上下兩層，中間為夾石層，夾石厚度變化不均勻。圍巖主要為白云質頁巖、白云質粉砂巖為主，普氏硬度系數一般在4～6；礦石部位以硅化白云巖為主，普氏硬度系數一般為 8～10，礦巖可爆性都較好。

礦山自 2014年生產以來，一直采用按計劃線推進，不考慮礦巖界線以及品種品級的穿爆方式，生產組織相對簡單，空間上未考慮對礦巖進行分穿分爆，在爆破后靠采場地質管理進行分采分運，這給現場原礦質量管理工作帶來很大困難，巖石混礦

時有發生[2]，礦石損失貧化率也一直較高。為降低礦石的損失貧化，保證輸出礦石質量，在該礦區采場開展礦巖分穿分爆工作十分必要。

圖1 SICOM INES銅鈷礦區地層及巖性柱狀圖

2 分穿分爆工作步驟及方法

SICOM INES銅鈷礦區的礦巖界線明顯，礦石組成以孔雀石、硅孔雀石、輝銅礦和赤銅礦等礦物為主，圍巖含礦性差，通過外觀顏色和地層巖性就可確定礦巖界線，而且主礦體產狀整體相對平緩，因此也利于礦巖分穿分爆工作的開展[3]。

2.1 采場穿孔

（1）爆破部位設計。以生產采剝計劃為基礎，依據地測提供的圖件資料和采場現狀進行爆破設計，根據礦巖、地層界線、巖石類別確定計劃穿爆的巖、礦塊位置，結合礦體分布情況設計爆區規模，選定合理的炸藥單耗、抵抗線及孔網參數、裝藥結構、起爆方式及延遲時間[4]。設計必須提供的圖紙及資料包括：爆區平面圖（1:500）、穿孔設計平面圖、爆破設計說明書、爆破設計施工指令書、剖面圖（1:200）及單體設計、藥量計算表、起爆網路聯線及起爆順序圖和爆破效果分析等。

（2）現場布孔。孔網參數針對不同的礦巖應科學地確定，并隨著巖性的變化不斷調整，直至最佳。現場布孔應采用測量工具準確定位，孔位標識必須明顯及易于識別。地質人員配合現場觀察實際的地層、礦巖界線、礦巖類型，如果采場未出露明顯的地質界線，測量人員則根據設計坐標，對礦巖界線進行現場標定[2]。

（3）現場穿孔。穿孔作業必須按照地面標識和設計圖進行，誤差控制在規定范圍之內，要求孔位誤差±0.3 m，孔深誤差±0.5 m；設計孔位及誤差范圍內鉆孔有困難時，經技術人員允許后方可移位補孔。已完成的炮孔要做好保護工作，在涌水量大且不易成孔的部位穿孔時，宜采用擋渣桶；雨季要采用“蟻穴扒渣法”維護炮孔，同時穿孔作業人員須認真填寫穿孔記錄，注明鉆孔日期及作業班組以備抽查。

（4）穿孔檢查與驗收。要求技術人員對穿孔作業進行經常檢查，發現問題及時糾正，并采取有效的補救措施。炮孔成區后進行檢查驗收，當孔位和孔深等經測量驗收合格后鉆機方可轉移。爆區平面圖上涉及的礦巖及不同地層界線應清晰并著色，地質素描要注明巖石結構和構造、節理裂隙發育程度、容重、硬度系數等與爆破設計有關的參數。

2.2 采場爆破

爆破前地質人員到現場根據圖紙與實際情況進行核實，對混爆孔是否取舍現場確認，并對確實無法分爆的爆破孔，改變局部爆破參數，以便爆破后的巖礦塊呈有規律的松散整合接觸，不出現后翻、拋坑等現象[2]。

（1）裝藥。以設計藥量為依據，由爆破技術人員結合現場實際情況再次核定每孔裝藥量，并填寫作業卡片，裝藥人員嚴格按作業卡片給定的裝藥量和注明的要求進行裝藥作業；負責爆破的工程技術人員必須始終在爆破現場跟蹤作業，負責監督、指導及檢查。

（2）填塞。填塞長度一般不得小于25倍的炮孔直徑，以不產生“沖天炮”為原則；炮孔填塞前必須采取防止填塞物與炸藥混合的措施，避免接觸部位的炸藥損失；填塞物采用粒徑小于3 cm的礫石進行填塞。

（3）起爆網絡聯接。起爆網絡的聯接必須由專人負責，且嚴格按照設計執行。孔內管與地表傳爆管的聯結部位距孔內管末端20 cm以外，且應有防止雷管的聚能作用沖斷網絡的措施，網絡聯接完畢后，由技術人員檢查確認。

（4）起爆。原則上采用定點起爆，在確認警戒工作完成后，現場指揮方可下達起爆指令。警報分預報、起爆和警報解除3種。爆破后15 min，爆破人員準許進入爆破現場進行檢查，一切正常后，解除警戒，其他人員方可入內。

3 分穿分爆實施效果

自礦山開展分穿分爆試驗研究以來，與生產相結合，圍繞穿孔成本、開展爆破鑒定，優化孔網參數、提高爆破質量，同時嚴格控制礦巖混爆、保證礦石質量，在礦巖混爆不可避免時，通過采用定向爆破技術進行左右分爆，或采用壓渣爆破，使爆堆基本無位移；礦體復雜地段，采用微差擠壓爆破技術，使清渣爆破變為擠壓爆破，控制前后排炸藥單耗，減少爆堆的前撲，以防止造成礦巖混合，既使分爆質量得到技術上的保證，又減少了生產的矛盾[5-6]。

此外，為保證采場礦巖分穿分爆方案的順利實施，并取得可靠的效果，現場對穿爆方案進行了進一步優化。通過礦體二次圈定進一步提高礦體圈定的精度，對揭露的礦體形態和產狀、礦巖界線做到更精確的測定和劃分，在礦石部位以及礦巖交界區域穿爆時，將原設計15 m段高，分為上段8 m、下段7 m，采用分段穿孔分段爆破，并且實施分段采掘的方案，而巖石區域仍按照15 m段高整段穿孔爆破和整段采掘。這既保證了分穿分爆的可操作性，同時也對實施效果做到更準確的測定和統計分析（見表1）。

通過礦巖分穿分爆的實施，與原穿爆方式相比，盡管礦山實施爆破的頻率有所增加，但取得了顯著效果。

表1 爆破試驗參數及效果

（1）通過分穿分爆的實施，有效控制了礦巖混爆，礦巖混爆率從15%降到8%，圍巖混入率從5%～6%降低至 3.5%～4%，同時減少了礦石的損失。按礦山每年處理455萬t原礦計算，提高出礦品位0.03個百分點，增加可回收的銅金屬量1365 t，可獲得的直接經濟效益達1000萬元以上。

（2）針對不同地層及巖性區域的穿爆，通過優化孔網參數、加強管理，炸藥單耗基本控制在0.45 kg/m3以下，比設計降低了13%。

（3）由于爆破控制實施到位，爆破根底也大大減少，大塊率也控制在1%及以下。

（4）通過分穿分爆的實踐，強化過程管理，建立工序質量管理點，從而促進技術、質量和生產的有機結合[7]，逐步實現以場地準備、布孔、穿孔、分爆設計到爆后檢查的全過程作業的規范化和制度化。