聚能光面爆破在九仗溝金礦的應用

李施慶，黎 林，曲偉勛，宋恩祥，張亞鵬，于曙華

聚能光面爆破在九仗溝金礦的應用

李施慶1，黎 林2，曲偉勛1，宋恩祥1，張亞鵬1，于曙華1

(1.嵩縣山金礦業(yè)有限公司，河南 嵩縣 471400；2.中國礦業(yè)大學(北京) 資源與安全工程學院，北京 100083)

針對九仗溝金礦破碎帶內(nèi)采場爆破后松石多、炸藥利用率低等問題，改善原有爆破方式，開展聚能光面爆破技術(shù)研究。根據(jù)光面爆破的特點與機理，確定光面爆破參數(shù)，采用聚能管對采場頂板進行定向控制爆破，并進行現(xiàn)場工業(yè)性試驗。結(jié)果表明，爆破后采場頂板及兩幫較為平整，炮孔孔壁清晰可見，且降低了采礦損失率和貧化率，提高了經(jīng)濟效益，滿足了礦山安全、高效開采的需求。

光面爆破;聚能管;爆破參數(shù);九仗溝金礦

0 引 言

光面爆破技術(shù)在巖巷掘進中有廣泛的應用，但巖層節(jié)理裂隙較發(fā)育時，光面爆破對圍巖損傷較大，爆破后頂板破碎、松石較多，不能形成光滑平整的開挖面，從而不利于采場圍巖的長期穩(wěn)定[1]。因此，需對傳統(tǒng)的光面爆破進行研究和改進，利用聚能管改變開采斷面頂孔裝藥結(jié)構(gòu)，控制爆破方向，從而獲得較好的爆破效果[2]，具有很大的必 要性。

在光面爆破改善方面，國內(nèi)許多學者做出了具有重要意義的研究。郭東明[3]等針對凡口礦難采礦體運用聚能管對采場頂板進行控制爆破，試驗取得較好的效果。許鵬[4]等對光面爆破和聚能管裝藥控制爆破技術(shù)進行了對比研究，結(jié)果表明：采用聚能管裝藥比普通光面爆破更加有利于輪廓線上巖石的破碎。牟延波[5]等針對烏蘭礦采場爆破過程中存在大塊率高等問題，不斷優(yōu)化中深孔爆破參數(shù)，得出適合該礦山的最優(yōu)爆破參數(shù)。

針對嵩縣山金九仗溝金礦180 m水平中段1686七分層采場爆破后松石碎石多、炸藥利用率低等問題，基于光面爆破的機理，優(yōu)化原爆破參數(shù)；開展工業(yè)試驗，運用聚能管對采場頂板進行定向爆破，以爆破效果和經(jīng)濟效益分析方案的可行性。

1 工程概況

嵩縣山金礦業(yè)有限公司九仗溝礦區(qū)內(nèi)的礦體為構(gòu)造蝕變巖型金礦床，其主要賦存于M1構(gòu)造蝕變破碎帶中，并嚴格受到構(gòu)造破碎帶控制，礦區(qū)內(nèi)主要有Ⅰ號和Ⅱ號礦體，礦體呈脈狀產(chǎn)出，圍巖主要為流紋巖和英安巖[6]。礦區(qū)內(nèi)礦巖均較為堅硬，= 9~12，但局部礦體頂板較為破碎，構(gòu)造節(jié)理裂隙發(fā)育。本次試驗現(xiàn)場為180 m水平中段1686七分層采場，該采場設(shè)計礦房寬度為6 m（原為4 m），高3.5 m。該采場上盤發(fā)育有斷層泥，局部受構(gòu)造應力作用呈粒狀，泥狀，巖石破碎，完整性差，遇水易垮落。上盤圍巖為蝕變碎裂巖構(gòu)造帶，蝕變碎裂巖具有硅化，高嶺土化，輕微黃鐵礦化等蝕變。礦體巖性為構(gòu)造角礫巖，角礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦化以硅化、黃鐵礦化為主。礦體下盤為石英斑巖，見有硅化、黃鐵礦化、鉀變等蝕變，局部礦化較強。在現(xiàn)場施工中，工人按照經(jīng)驗對裝藥量、炮孔布置等參數(shù)進行處理，沒有一套完整可靠的爆破參數(shù)，炸藥利用率低，成本高。爆破對破碎頂板擾動較大，降低了其穩(wěn)定性，爆破后頂板碎石松石多，安全性差，限制了采場跨度的增大，效率低。且爆破后頂板面參差不齊，在回采上分層時容易出現(xiàn)漏礦，降低了回采率。因此，需要結(jié)合現(xiàn)場實際，對爆破方式和參數(shù)進行研究。

2 方案設(shè)計

2.1 聚能管控制爆破機理

采用聚能管控制爆破技術(shù)，實現(xiàn)頂部周邊定向斷裂控制。聚能管爆破實質(zhì)是利用切縫來控制爆炸

能量的分布，沿切縫方向產(chǎn)生能量集中，而相應減少其他方向的爆炸作用，以達到控制目標巖體開裂方向的目的。現(xiàn)場經(jīng)驗證明，切縫的寬度一般選擇3~5 mm，聚能管長度一般取炮孔長度的60%~70%效果較好，其裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 聚能管結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)的光面爆破不同，炮孔多了一層切縫外殼，并且聚能切縫管有一定的厚度和強度，對爆炸時產(chǎn)生高能密度有一定的抑制作用，使得能量更好地向無約束的地方作用，有利于定向斷裂控制爆破效果。炮孔附近巖體在壓力突變處的斷裂破壞是炮孔孔壁開裂的關(guān)鍵所在。一般可能發(fā)生兩種不同的破壞模式：一是因環(huán)向拉應力導致的拉斷破壞，二是因孔壁壓力差形成的徑向剪應力而造成的剪斷破壞[7]，如圖2所示。

圖2 聚能切縫管爆破原理

2.2 楔形掏槽

根據(jù)嵩縣山金九仗溝金礦生產(chǎn)進度要求，采場頂部采用光面聚能爆破。為使頂部爆破效果更好，中部采用楔形掏槽，從而形成頂部光爆的自由面。根據(jù)九仗溝金礦礦巖的條件，對于較為堅硬難爆的巖石，可采用楔形掏槽，如圖3所示。

圖3 楔形掏槽

2.3 爆破方案

采場內(nèi)使用聚能光面爆破技術(shù)開采礦體頂部，通過光面聚能爆破控制采場頂部的邊界及開采高度，然后利用主爆孔楔形掏槽爆破中下部的礦石，具體方案如圖4所示。

圖4 光面爆破頂孔布置

聚能管管徑與炮孔直徑兩者必須相互適應，炮孔直徑必須保證較易放入聚能藥卷。根據(jù)理論研究和現(xiàn)場試驗，試驗中選用直徑為32 mm的硝銨炸藥，聚能管內(nèi)徑為35 mm，外徑為38 mm，炮孔直徑為48 mm，如圖5所示。將炮頭放入聚能管內(nèi)，管事前已經(jīng)切縫加工，然后添加相應藥量，保證炸藥靠聚能管一端放置，炸藥相互接觸緊密，以保證炸藥爆轟的穩(wěn)定傳播。由于炮孔較長，應保證聚能管藥卷的放置方向和位置，其聚能方向應嚴格保證與相鄰炮孔的連線方向一致。

圖5 聚能管

根據(jù)毫秒爆破作用理論、聚能爆破方案設(shè)計、巖石物理力學參數(shù)及試驗采場的施工條件等因素，設(shè)計聚能光面爆破的方案，調(diào)整后具體參數(shù)見表1。頂部光面爆破孔堵塞長度為0.2 m，中部掏槽孔堵塞長度為0.1 m。鑿巖采用YT28氣腿式鑿巖機，水平孔落礦。爆破使用2#巖石膨化硝銨炸藥，采用不耦合裝藥，引爆采用電起爆器，非電導爆管雷管微差起爆。

3 效果分析

3.1 爆破效果

在180 m水平中段1686七分層采場進行了數(shù)次現(xiàn)場試驗，聚能光面爆破均達到了預期的水平。由于聚能管切縫的聚能效應，使得爆炸能量盡量朝著切縫方向，相對地提高了炸藥的能量利用效率。同時，聚能管的切縫管壁在爆破過程中由于自身具有一定的強度，從而在爆炸過程中能夠起到減小爆震對頂部圍巖的破壞作用，減少了頂板圍巖的浮石量。中部楔形掏槽創(chuàng)造了較大體積的槽腔，有效地為頂部的光面爆破創(chuàng)造了良好的自由面條件，炮孔的利用率達到了90%以上，使用普通爆破方式和聚能光面爆破效果如圖6和圖7所示。

表1 炮孔爆破參數(shù)

圖6 原爆破效果

圖7 光面爆破效果

爆破后采場頂板和兩幫平整光滑，頂部光面爆破清晰可見，采場邊界控制情況良好，未出現(xiàn)頂板和兩幫的垮落，爆破效果良好。

3.2 經(jīng)濟效益

該方案有效地解決了前期爆破后存在的頂板破碎、松石多等問題，能夠很好地適用破碎帶內(nèi)采場，提高了工效，縮短了進尺的工期。使用聚能光面爆破提高了炸藥利用率，使得采礦損失率、貧化率降低，帶來了可觀的效益，具體數(shù)值見表2。

表2 采場損失率貧化率對比

4 結(jié) 論

（1）嵩縣山金九仗溝金礦爆破炸藥單耗大，加大了采礦成本。爆破后松石、碎石多，爆破效果不佳，嚴重威脅支護人員的安全。因此，優(yōu)化爆破參數(shù)，采用聚能光面爆破方式。

（2）現(xiàn)場應用效果表明，聚能光面爆破后，采場頂板和兩幫光滑平整，爆破效果良好，有利支護工作進行，降低了采礦損失率和貧化率，提高了經(jīng)濟效益。

（3）該善了九丈溝金礦原爆破方式的不足，對于類似礦山具有一定的參考意義。

[1] 吳蘭冬,陳燦壽,柏春偉,等.深埋硬巖中光面爆破設(shè)計優(yōu)化及經(jīng)驗公式[J].爆破,2016,33(02):62-66.

[2] 郭東明,楊仁樹,周曉歡,等.綜采工作面采用聚能管預裂爆破提塊研究[J].中國礦業(yè),2006(03):38-40.

[3] 郭東明,華福才,李恩璞,等.采場采用聚能管爆破控頂應用研究[J].工程爆破,2006(03):33-35.

[4] 許 鵬,楊立云,李建平,等.中硬巖石巷道聚能管控制爆破與光面爆破的對比試驗研究[J].中國礦業(yè),2012,21(10):99-101.

[5] 牟延波,崔 松.烏蘭鉛鋅多金屬礦扇形中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化研究[J].有色金屬(礦山部分),2018,70(03):59-60.

[6] 宋恩祥.盤區(qū)機械化上向水平分層進路充填采礦法在嵩縣山金礦業(yè)的應用[J].有色金屬工程,2015(5):55-57.

[7] 閆 軍.傾斜節(jié)理發(fā)育條件下凝灰?guī)r地層隧道拱頂聚能控制爆破施工技術(shù)研究[D].長沙:中南大學,2012.

(2019-01-11)

李施慶(1979—)，男，山東萊州人，工程師，主要從事采礦管理相關(guān)工作，Email：2980389205@qq.com；黎 林(1994—)，男，山東萊州人，碩士研究生，主要從事采礦工程研究，Email：2980389205@qq.com。