淺析影響中深孔爆破效果的地質(zhì)因素

趙文通

(酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān)735100)

1 概述

鏡鐵山礦樺樹溝礦區(qū)礦石主要成分為鏡鐵礦，菱鐵礦，圍巖以灰黑色、灰綠色千枚巖為主。礦體屬于急傾斜厚礦體，礦石和圍巖穩(wěn)固，采用無(wú)底柱分段崩落法開采，其主要工藝參數(shù)為：礦塊中每60m為一階段，階段中以15m為一分段，沿礦體設(shè)巖脈，穿過(guò)礦體的穿脈間距為10～12m，每隔60～100m設(shè)一條采區(qū)溜井（如圖1所示）。

圖1 無(wú)底柱分段崩落法

圖2 上向扇形孔布置

回采是在穿脈內(nèi)鑿上向的扇形中深孔 （如圖2所示），然后在中深孔內(nèi)充填炸藥，以2.2m或2.5m的步距向崩落區(qū)擠壓爆破，由鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)至溜井。

中深孔爆破作業(yè)是樺樹溝礦區(qū)礦石開采過(guò)程中成本消耗最大的工序，提高爆破質(zhì)量，降低炸藥單耗可以極大的降低礦石開采成本。中深孔爆破效果的影響因素包括礦床地形地質(zhì)、炸藥性能、裝藥等，礦床的地形地質(zhì)條件對(duì)各類爆破作業(yè)影響較大，采礦理論和礦山實(shí)踐表明，改進(jìn)中深孔鉆孔、裝藥爆破過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)可以一定程度的提高中深孔爆破質(zhì)量，降低炸藥單耗[1]。

2 影響中深孔爆破的地質(zhì)因素分析

中深孔爆破，是一種直接作用于巖體的礦石回采爆破，其效果與礦巖性質(zhì)有著非常緊密的聯(lián)系。一般來(lái)講，與爆破比較密切的地質(zhì)條件主要包括：

（1）地形結(jié)構(gòu)。

（2）巖石性質(zhì)。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。

（4）巖石溶洞、裂隙水等[2]。

2.1 地形結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)中深孔爆破而言，影響爆破效果的地形條件包括礦巖走向、分段高度、中深孔排面平整度等，這些地形條件決定了炮孔孔深、孔口距、孔底距、傾角等爆破參數(shù)，直接影響爆破范圍的大小、爆力、拋擲方向和距離以及爆堆形狀。

2.2 巖石性質(zhì)對(duì)爆破的影響

中深孔爆破是在巖體中進(jìn)行的，巖石受到應(yīng)力波作用后，在巖體中產(chǎn)生兩個(gè)作用，一個(gè)是應(yīng)力波動(dòng)壓力的作用，使巖石物理狀態(tài)發(fā)生急劇變化；另一個(gè)是爆炸產(chǎn)生的高溫高壓氣體生成物的靜壓力推動(dòng)作用。對(duì)于不同性質(zhì)的巖石，應(yīng)力波和爆炸氣體的作用程度是不同的。對(duì)于堅(jiān)硬巖石應(yīng)力波的作用是主要的，對(duì)爆破區(qū)域的礦巖進(jìn)行破碎；對(duì)于軟巖，爆炸氣體的靜力推動(dòng)作用是主要的，產(chǎn)生做功效應(yīng)，因而軟巖的存在使應(yīng)力波被吸收而急劇衰減，往往造成礦巖爆破效果不良的后果[3]。

巖石密度與連續(xù)性對(duì)爆破也能產(chǎn)生不良影響，一般來(lái)講，巖石密度越小，炸藥威力越大，則爆破效果會(huì)越好。當(dāng)藥包在非均質(zhì)巖體中爆破時(shí)，由于爆區(qū)巖體的各向力學(xué)性質(zhì)不同，爆破氣體容易從松軟巖體部位突破而影響爆破效果，導(dǎo)致飛石或大塊。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造的影響

影響爆破效果的地質(zhì)構(gòu)造主要是斷層、節(jié)理與裂隙水。

1）斷層的影響：巖體斷層的發(fā)育，破壞了巖體的連續(xù)性，當(dāng)斷層通過(guò)藥包位置，爆破氣體沿?cái)鄬用嫘孤Z壓力減弱，降低爆破威力，影響爆破效果。若斷層帶較寬，斷層破碎物膠結(jié)不好時(shí)，爆破氣體還會(huì)從斷層破碎帶沖出，容易引起沖炮，造成安全事故。

2）節(jié)理的影響：層理面對(duì)爆破作用的影響取決于層理面的產(chǎn)狀與藥包最小抵抗線方向。藥包的最小抵抗線與層理面平行時(shí)，將減少爆破方量，爆破漏斗不是成喇叭口而是成方形坑，巖塊拋擲距離將比預(yù)計(jì)的遠(yuǎn)；藥包最小抵抗線與層理面垂直時(shí)，將擴(kuò)大爆破漏斗和增大爆破方量，巖體拋擲距離將縮小；藥包最小抵抗線與層理面斜交時(shí)，爆破的拋擲方向?qū)⑹艿接绊懀品搅慷鄶?shù)也會(huì)減少。

如果地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，節(jié)理發(fā)育，當(dāng)中深孔爆破的最小抵抗線過(guò)大，裝藥密度不均勻時(shí)，則爆破破裂面首先沿排面發(fā)生，使爆破分層的礦石沿排面崩落下來(lái)，分層本身未得到有效的破碎，增加大塊的產(chǎn)出；當(dāng)最小抵抗線過(guò)小，前排爆破則有可能將后排炮孔破壞，以致后排炮無(wú)法正常裝炮。

3）裂隙的影響。裂隙對(duì)爆破效果的影響主要體現(xiàn)在裂隙的泄能作用上[4]。明顯的裂隙能阻止爆破應(yīng)力波傳播而使破壞區(qū)范圍受到限制，通過(guò)藥包的裂隙能使爆轟氣體過(guò)早外泄，爆轟壓力過(guò)早下降，影響巖石的破碎和移動(dòng)。

2.4 巖石溶洞、裂隙水對(duì)爆破效果的影響

1)溶洞的存在會(huì)導(dǎo)致最小抵抗線的方向改變，從而影響爆破方向和爆破方量。

2)水文地質(zhì)的影響：水是不可壓縮的介質(zhì),當(dāng)?shù)乇硭蛄严端M(jìn)入鉆孔后，會(huì)侵占裝藥空間并與炸藥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致炸藥失效、裝藥量的減少和藥柱高度不一致，進(jìn)而影響爆破效果。

3 提高中深孔爆破效果的措施

3.1 加強(qiáng)了解地形、地質(zhì)狀況

為使中深孔爆破取得良好的效果，不但要對(duì)其爆破參數(shù)做出合理的選擇，同時(shí)也要對(duì)礦體的地形、地質(zhì)構(gòu)造、巖石性質(zhì)等方面加強(qiáng)了解。

1）地形結(jié)構(gòu)因素的應(yīng)對(duì)措施：根據(jù)客觀的地形條件，因地制宜選擇相應(yīng)的鑿巖方式，在脆性礦巖中一般采用沖擊式鑿巖，塑性礦巖采用旋轉(zhuǎn)式鑿巖，并合理布孔，調(diào)整合適的孔口、孔底距和排距。

2）巖性因素的應(yīng)對(duì)措施：針對(duì)巖性的不均勻性，調(diào)整相應(yīng)的裝藥方式，避免藥包中心通過(guò)巖體軟弱部位；巖體堅(jiān)硬完整的裝藥密度要大些，巖體軟弱存在夾層的裝藥密度可因地制宜，避免大塊。

3）地質(zhì)構(gòu)造因素的應(yīng)對(duì)措施：在布置鉆孔時(shí)，適當(dāng)調(diào)整排炮參數(shù)，避免排炮通過(guò)斷層面，并根據(jù)巖層的層理面合理改進(jìn)布孔方式，在爆破時(shí)選擇合理的爆破方式也能防止地質(zhì)構(gòu)造帶來(lái)的影響。

4）特殊因素的應(yīng)對(duì)措施：在布置鉆孔時(shí)，應(yīng)事先勘察爆區(qū)的溶洞情況和水文地質(zhì)，在滿足生產(chǎn)要求的情況下盡可能避免其影響，在鉆孔工程結(jié)束后及時(shí)反映特殊地質(zhì)情況，以便裝藥時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行避免；若遇到炮孔含水狀況，在裝藥前對(duì)含水炮孔進(jìn)行抽水處理或選用合適的裝藥結(jié)構(gòu)淡化裂隙水對(duì)爆破質(zhì)量的影響。

3.2 針對(duì)性的改變裝藥方式

在實(shí)際工作中，常由于各種地形、地質(zhì)因素的影響，中深孔爆破效果往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，爆破效果不理想體現(xiàn)在大塊多、推排、懸頂?shù)确矫妗?/p>

1）降低大塊多的裝藥方式：爆后礦石大塊率高是由于爆炸沖擊波未能連續(xù)傳遞而產(chǎn)生，若前排炮爆破后放礦流出的大塊過(guò)多，本排炮則應(yīng)采用孔內(nèi)全程加導(dǎo)爆線孔口起爆方式爆破。

2）處理推排：由于地形、地質(zhì)原因形成的推排多為全推排或連續(xù)推排。處理全推排一般是將藥包放置在未爆落的推排根部爆破使礦石自然塌落；處理連續(xù)推排則以處理全推排的方法依次多次處理，直至推排完全脫落。若出現(xiàn)推排，則下排炮采用全程加導(dǎo)爆索方式起爆，并盡量提高裝藥密度。

3）懸頂處理：懸頂產(chǎn)生的最大原因是地質(zhì)構(gòu)造，目前樺樹溝礦區(qū)的懸頂主要采用擴(kuò)壺法進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

由于巖體中各種地質(zhì)因素對(duì)爆破效果有著重要影響，充分、認(rèn)真地研究爆破礦體的地質(zhì)條件，辨明對(duì)爆破效果有利或不利的因素，并采取有效的安全措施，優(yōu)化爆破方法和爆破參數(shù)，進(jìn)而有針對(duì)性地設(shè)計(jì)合理的爆破方案，不僅能極高的提升爆破效果，也將直接、顯著的體現(xiàn)到礦山的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益當(dāng)中。