武山銅礦爆破參數優化研究

熊偉毅

（江西銅業集團公司，江西 南昌 330000）

1 研究背景

武山銅礦是一座地下開采礦山，始建于1966 年，經過多次改造，于2009 年擴產達到5000t/d 的采選規模。南、北礦帶分別采用下向水平分層進路式膠結充填采礦法與下向水平分層進路式膠結（水砂）充填采礦法。采用YT27 氣腿式鑿巖機鑿巖，采用秒延期導爆管雷管起爆、乳化炸藥進行爆破。

根據江西銅業股份有限公司批復武山銅礦三期擴建工程立項的文件精神，三期擴建工程建設完成后，武山銅礦將形成10000t/日采選能力。經過多年生產經驗的積累和探索，目前武山銅礦采礦綜合能力也有提升，但主要體現在采礦盤區個數的增長，其單個盤區采礦效率上升不明顯。優化爆破參數是提高武山銅礦盤區單產能力的關鍵技術，由于回采爆破存在較大的自由面，爆破效果較好，故研究爆破參數優化主要對切采爆破參數進行優化就可以有效提高采礦盤區單產能力。

2 切采爆破參數布設優化

切采進路鑿巖爆破時，影響掏槽爆破的因素較多，且各因素之間相互影響、相互制約，而掏槽爆破參數的選擇，是決定采礦爆破炮孔利用率的主要因素。選擇合理的掏槽參數和掏槽方式，形成槽腔，為后續炮孔爆破創造出良好的爆破自由面，提供巖石破碎補償空間。因此，選擇合理的掏槽參數和掏槽方式，創造出良好的爆破自由面，使掏槽部分巖石最大程度破碎并拋出，獲得較高的炮孔利用率，從而提高爆破效率。

2.1 掏槽眼參數優化

為克服目前直眼掏槽和斜眼掏槽的不足，提高采礦爆破效率，根據巖石爆破理論，采用準直眼掏槽方式作為優化方案。準直眼掏槽方式充分結合了直眼掏槽和斜眼掏槽各自的優點，所有炮孔深度同等，次掏槽孔垂直于自由面，主次配合，并采用合理的時間間隔進行分層分次掏槽。該掏槽方式槽底炮孔間距較大，可杜絕穿孔現象，主掏槽眼稍微傾斜準直眼（傾角在80°～88°之間），與現有掏槽方式相比，準直眼掏槽方式具有以下優點：形式簡單，易操作，槽腔大，效率高，成本低。

為了優化準直眼掏槽參數，利用巖石力學的極限平衡理論和爆生氣體的準靜態理論，分析準直眼掏槽槽腔形成過程，采用數值模擬及相似性試驗，來確定不同爆破條件下的準直眼掏槽炮孔的布置方式、深度、傾斜角度、間距、裝藥量和微差起爆間隔時間等技術參數。準直眼掏槽爆破布孔及裝藥結構，如圖1 所示。

圖1 準直眼掏槽爆破布孔及裝藥結構圖

圖1（a）中，1#～6#孔為準直眼掏槽炮孔，使用一段雷管，作為主掏槽孔，先起爆。炮孔稍微傾斜，炮孔與工作面形成80°～88°夾角；中心7#，8#孔為直眼掏槽炮孔，它們作為輔助掏槽孔，后起爆。位于6 個相鄰準直眼炮孔的對角線交點位置，炮孔深度與準直眼炮孔相同，上部為空孔，下部裝有少量炸藥，使用二段雷管。1#～6#孔先于7#，8#孔起爆，起爆時可充分利用7#，8#孔的上部未裝藥所形成的2 個空孔，提供了一定的自由面和補償空間。起爆后，1#～6#孔的裝藥將對其所包圍的巖體進行破碎，將靠近自由面的巖石拋出，而剩下下部一部分巖石雖未拋出去，但在爆炸作用下受到損傷，其節理和裂隙會得到擴展，為7#，8#孔下部所裝炸藥爆破提供了自由面和有利條件。1#～6#孔爆破后情況如圖1（c）所示。7#，8#孔爆后情況如圖1（d）所示。7#，8#孔爆破為雙孔爆破漏斗作用，它努將1#～6#孔爆后未破碎的巖體破碎，而且將1#～6#孔爆后已破碎但未拋出的碎渣拋出，形成深度與體積達到所希望的槽腔。

準直眼掏槽的優點在于：①利用掌子面作為自由面，將準直眼與自由面形成微傾斜，最大化利用爆破自由面，增強了爆破效果；②準直眼掏槽比直眼掏槽減少了掏槽孔數量，降低了鑿巖成本，擴大了槽腔體積，為后續炮孔爆破提供了更大的補償空間和自由面；③由于準直眼與自由面形成較大的夾角，與相比，爆破時破碎的巖石拋擲距比斜眼掏槽小，爆堆更集中，不易損壞巷道里的設備和支護；④主掏槽孔之間孔底間距B 遠遠大于直眼掏槽和斜眼掏槽相應的尺寸，可杜絕穿孔現象，便于充分形成爆破補償空間。⑤充分利用空孔效應：由于7#，8#孔上部部分未裝藥，在1#～6#孔爆破時，形成空孔效應，最大化增強了先期爆破效果，提高炮孔利用率；

該技術本質上是綜合了斜眼和直眼掏槽技術的優點而形成的一種新技術。

2.2 起爆方式與裝藥結構

起爆網路設計：爆破時采用秒延期導爆管雷管。

爆破時采用“孔內秒延期導爆管雷管簇聯式爆破網路”：掏槽孔采用1 段秒延期導爆管雷管，輔助孔采用2 段、3 段、4 段等秒延期導爆管雷管，周邊孔采用5 段、6 段秒延期導爆管雷管同段起爆，使裂隙沿炮孔聯線發展。孔內導爆管一把抓后與孔外起爆雷管連接，外起爆雷管連接用激發針引爆。

導爆管爆破網路采用并聯，導爆管與起爆雷管連接，起爆雷管通過導爆管與放炮電纜連接，放炮電纜連接起爆器。起爆器引爆雷管，雷管通過導爆管引爆起爆雷管，起爆雷管引爆每眼導爆管，每眼導爆管再集中引爆每眼雷管。爆破網路連接采用秒延期電雷管起爆法起爆藥包，然后起爆炸藥。要確保爆破網絡連接正確，導爆管不能打結或拉細，并注意連接次序。采用孔內微差爆破，以雷管的不同段別實現微差爆破。雷管裝在孔底，反向起爆。根據圍巖不同性質調整裝藥參數進行不偶合裝藥，周邊炮孔同段起爆，使裂隙沿炮孔聯線發展。

起爆順序為：起爆器合閘→引爆秒延期電雷管→引爆每眼雷管→起爆炸藥。

圖2 圖切采爆破起爆順序圖

裝藥結構：炮孔深度均為1.8m ～2.5m，直徑40mm，每炮孔裝填3 個～6 個藥卷，堵塞長度20cm。裝藥結構如圖3 所示。

圖3 裝藥結構示意圖

2.3 爆破參數的確定

確定最優的爆破參數需要綜合考慮爆破單耗、爆破進尺及延米爆破量。提出與爆破單耗、爆破進尺及延米爆破量有關的爆破綜合期望指數（F）來最終選取最優爆破參數。爆破綜合期望指數與單循環爆破進尺及延米爆破量成正相關。與炸藥單耗成反相關關系，由此可以得到以下爆破綜合期望指數的公式為：

式中：A 代表爆破進尺；B 代表延米爆破量；代表q 炸藥單耗。根據現場預測結果代入公式（1），可以得到所有預測組合的爆破綜合期望值，如表1 所示。

由搜索結果可知，當N-300-E9 盤區切采爆破最優參數為：掏槽孔傾角83°，掏槽孔排拒0.35m，輔助孔孔距0.75m，周邊孔孔距0.75m 時，綜合爆破效果最好。采用上述方法也可得到S-400-W4 盤區及S-400-W6 盤區切采最優爆破參數，如表2 所示。

表1 預測組合的爆破綜合期望值

表2 不同巖性盤區切采爆破最優參數表

3 結語

實踐證明，通過對掏槽孔傾角、掏槽孔排拒、輔助孔孔距、周邊孔孔距等參數采用上述方法，得到各盤區切采最優爆破參數，綜合爆破效果最好。