貓場鋁礦護頂礦不耦合裝藥爆破技術應用

舒 龍

（中國鋁業(yè)貴州分公司礦業(yè)公司，貴州 清鎮(zhèn) 551400）

貓場鋁礦礦區(qū)位于貴州省中部，貴陽清鎮(zhèn)市犁倭鄉(xiāng)境內。由將軍巖礦塊、紅花寨礦塊和滿支礦塊組成，礦體平均厚分別為4.61m、4.24m、3.55m，傾角4°～22°。礦體頂板為鋁土巖和鋁土黏土巖，穩(wěn)固性較差。直接頂板為白云巖和高硫鋁土礦的礦體頂板是穩(wěn)固的，頂板為鋁土巖時適宜采用護頂房柱法進行開采。目前貓場鋁礦主要應用采礦方法為護頂房柱法。頂板護頂礦的留設質量好壞對礦體頂板穩(wěn)固性及礦石的貧化率起著舉足輕重的作用。護頂房柱法在回收護頂礦的時候由于爆破振動對頂板的擾動，外加頂板的不穩(wěn)固性，導致頂板容易垮塌，同時導致頂板鋁土巖及粘土巖混入礦石，導致礦石貧化損失較大。

1 不耦合裝藥爆破技術原理與使用條件

1.1 不耦合裝藥爆破原理

在爆破過程中，距離爆炸中心點周圍分別為粉碎區(qū)、裂隙區(qū)、彈性振動區(qū)，粉碎區(qū)與裂隙區(qū)因炸藥爆炸做功巖石得到很好的破碎效果。在破碎區(qū)與裂隙區(qū)中，一般破碎區(qū)為藥包半徑的幾倍區(qū)域，而裂隙區(qū)域相對于破碎區(qū)域較大。爆炸壓力與爆破壓力作用時間則是影響爆破破碎效果的主要因素。爆炸壓力越大，作用時間越長，作用于爆破粉碎區(qū)的能量就越多。相對而言爆炸能量作用于裂隙區(qū)域做功的能量就越小。為提高爆破破碎效果，就要減小爆破初始壓力，同時延長爆破壓力做功時間，從而提高爆破效果。

貓場鋁礦由于受頂板鋁土巖及粘土巖性質影響，需抑制爆破能釋放時對頂板圍巖擾動做功。由于空氣間隔裝藥在炮孔壁與炸藥之間形成一段空氣間柱，起爆后間隔額空氣受到強沖擊擾動，形成空氣沖擊波后在未擾動的空氣中傳播。由于爆轟波動能被間隔空氣緩沖吸收，因此炮孔壁受到的沖擊壓力峰值也明顯降低。

1.2 不耦合裝藥爆破的適用條件

不耦合裝藥分為孔口不耦合裝藥、孔底不耦合裝藥、孔中不耦合裝藥，不同裝藥方式其適應條件也不同；孔口不耦合裝藥結構，在炮孔上部留出一段不裝藥的距離，爆破時加大了沖擊波對孔口上部的阻滯作用，能降低孔口飛散物距離；孔底不耦合裝藥結構，在炮孔底部留出一段不裝藥，炸藥在孔內爆炸產生的沖擊波和爆炸氣體通過孔底區(qū)域對沖擊波的阻滯作用，減少了對底部巖石的破壞，可以對底部基巖需要保護的類型；孔中不耦合裝藥結構，通過空氣、水等不耦合材料將藥柱分為若干段，相應的減少了每段炸藥量，在保證了孔口巖石良好的破碎效果同時也保護了孔底基巖。這種適合于對整個頂板需要保護的爆破情況。

1.3 不耦合材質的爆破分析

水、巖粉、空氣間隔器等材料均可以作為不耦合裝藥間隔材料。水間隔，水為不可壓縮介質，具備各向傳遞爆破壓力的特點。爆破做功于整個孔壁，峰值壓力降緩降低，到爆炸做功后期，伴隨爆炸氣體膨脹做功，水介質中積聚的能量釋放加強了巖石的破碎效果；巖粉間隔，巖粉具有不可壓縮性、密度與質量較大，在爆破應力波傳遞過程中會消耗能量，阻滯與減緩了沖擊波的作用，減輕了圍巖的沖擊壓力，同時減少了對圍巖的破壞作用，適用于對圍巖有保護要求的爆破工程；空氣間隔，空氣間隔材質主要為空氣，在爆破時能延長應力波在巖石中的做功時間，使爆破后巖石破碎塊度均勻。

2 不耦合裝藥逐排起爆工作實踐

2.1 南部5#采場壓頂回收礦石工程簡介

南部5#采場位于1140中段，該采場由5A#勘探線與6#勘探線控制，采切工程布置在1150m～1160m分段，為高鐵型鋁土礦，Al2O3：51%，Fe2O3：19.5%，f系數為6～8之間，體重(3.110～3.2t/m3)。礦房平均厚度為5.23m。

2.2 爆破設計

①炮孔直徑和深度。貓場鋁礦選用的鑿巖設備為Boomer281鑿巖臺車，采用中空六角形釬桿，釬頭直徑為φ45mm，炮孔直徑為47mm左右。釬桿長度為3.5m，取孔深3m。②最小抵抗線和炮孔間距。最小抵抗線為W=（25～30）d=1.175m～2.1m，由于設計的鋁土礦的堅固性系數f=8～10，炮孔深度太長，為了取得較好的爆破效果，取最小抵抗線W=1.0m。炮孔間距a=（1.0～1.5）W=1.0m ～ 1.5m，取炮孔間距a=1.5m。③炮孔的平均長度L=3/100%=3(m)。總藥Q=qsLη=0.12×6.45×3×2.83=10.8kg)注：Q： 每 掘 進循環(huán)所需炸藥總量，kg，q-單位炸藥消耗量，選用0.12kg/t,S-回采斷面面積，m2,L-工作面上平均眼深，m,η-炮眼利用率,掘進一般為70%～90%，壓頂取100%。Q0=￡LG/h=0.3×3×0.3/0.3=0.9(kg)。④根據上述計算，考慮到采場頂板巖性、爆破參數等因素，確定為本次爆破設計依據。

本次爆破采場頂板護頂礦為高鐵鋁及高質鋁土礦，f系數為4.4～8之間，設計采用逐排炮孔排列，孔網參數孔深設計參照地測人員提供的采場的實測與地質編錄資料，因頂板為鋁土巖不穩(wěn)固層，本次孔深設計為3m，單孔裝藥量為0.9Kg/孔,最先起爆第一排孔，依次為第二、三排孔爆破提供自由面。為保證起爆的可靠性，采用復式起爆網絡。炮孔布置與裝藥形式采用如下圖：

圖1 平面圖

表2 耦合裝藥爆破參數表

3 生產試驗研究與應用

在生產的過程中，通過十余次的耦合與不耦合裝藥方式進行生產試驗應用，對兩種不同的裝藥方式進行了爆破試驗，兩種裝藥爆破工程設置在南部5#采場，使爆破保持類似的巖性，同時兩種裝藥方式采用相同的孔深3m、孔排距1m＊1.5m、裝藥量0.9kg、相同的鑿巖設備、相同的炮孔傾角30°；中間不耦合裝藥距離0.9m。填塞長度保持不變。

通過對實驗數據進行比對，確定了本采場f系數為6～8之間的高鐵型鋁土礦爆破后大塊率與礦體頂板穩(wěn)定時間表，見下表。

表3 不同裝藥結構下大塊率與頂板穩(wěn)定時間統(tǒng)計表

4 爆破效果綜合分析評價

通過耦合裝藥與不耦合裝藥結構爆破后對比，不耦合裝藥減少了填塞長度，爆破后大塊率與耦合裝藥相比有明顯降低。該采場不耦合裝藥逐排起爆壓頂回收護頂礦要求對頂板擾動小，爆破不破壞護頂礦層，頂板保持穩(wěn)固時間較耦合裝藥有明顯提升，提高人員進出采場安全性。同時減少礦石貧化。

5 持續(xù)完善

以上是針對高鐵鋁采場進行的實驗統(tǒng)計，爆破效果綜合評價綜合考慮穿孔、爆破、鏟運三個環(huán)節(jié)，從貓場鋁礦試生產至今，在南部5#采場下部高鐵鋁采場應用，根據跟蹤效果顯示，目前符合要求，同時也由于該采場地質條件較好，達到預期效果。針對不同地址情況的礦石采取不同的參數，使爆破參數與礦石性質相適應。10#采場上部為高品位采場，該采場頂板為粘土巖與鋁土巖，平均厚度達到1.37m。在應用該爆破方式對頂部護頂礦回收過程中，先實施探頂工作后，預計頂部礦石有1.8m時，對頂部護頂礦進行0.9m壓頂回收礦石工作，礦石爆破鏟運后，頂板穩(wěn)固時間統(tǒng)計時間可達一個星期，一個星期后頂板垮塌風險增加。

6 結論

通過對不耦合裝藥結構爆破的應用體現出穿孔作業(yè)質量是保證裝藥與爆破質量的基礎條件，在鑿巖穿孔作業(yè)中要嚴格控制作業(yè)精度。壓頂爆破要根據礦石和炸藥的性質，合理選擇孔網參數與裝藥量。堅持探頂工作，探明礦體頂板厚度，減少頂板廢石混入量。由于壓頂爆破容易對頂板穩(wěn)定性產生擾動，要根據探頂厚度計算鑿巖穿孔角度，以確保預留護頂礦有效。上述實踐證明，通過對壓頂爆破實行不耦合裝藥爆破技術，合理應用設計爆破參數，可以對大塊率得到有效控制、礦石頂板穩(wěn)定性達到預期可控效果。