武山銅礦井下爆破炮眼填塞的應用與研究

保文俊，劉殿華，譚崇明

（江西銅業集團有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

武山銅礦采用淺孔鑿巖爆破方式，鉆爆效率較低，在很大程度上制約采場單產能力的提升，主要表現在以下三個方面：一是炮眼利用率較低，工作面存在不同程度的沖孔現象，經現場調查統計，平均炮眼利用率約為78%；二是爆破質量和效果不理想，爆后容易出現頂幫“倒掛”和底板“鼓包”等現象，需要進行二次爆破處理；三是爆破飛散物、震動、沖擊波等爆破危害較大，炮后倒支現象極為普遍［1-3］。為此，針對鉆爆效率低的現狀，通過爆破參數優化和炮眼填塞，達到既能提高爆破效率和質量，又能降低爆破危害的目的。

2 爆破現狀調研和分析

2.1 工程地質條件

北礦帶礦體下盤圍巖主要為含礫石英砂巖，次為白云巖及花崗閃長斑巖；上盤圍巖多為白云巖及大理巖，次為花崗閃長斑巖、矽卡巖、煌斑巖及高嶺土。南礦帶礦體上盤圍巖主要為矽卡巖、花崗閃長玢巖、大理巖，礦體下盤圍巖主要為花崗閃長玢巖、矽卡巖。礦區不良工程地質體主要為溶蝕破碎帶、溶蝕洼地與溶洞堆積物、風化巖漿巖脈及接觸破碎帶。礦區工程地質條件屬復雜類型。

2.2 鑿巖爆破方式

目前，采場采礦采用淺孔鑿巖爆破法施工。鑿巖設備為YT-27 型氣腿式鑿巖機，釬頭直徑Φ38mm，孔徑42mm，釬桿長2m。炸藥選用2 號巖石乳化炸藥，規格為Φ32mm×300mm×300g，雷管選擇秒延期導爆管雷管。

2.3 爆破參數

現場布眼主要基于現場經驗和施工習慣，工作面中下位置布置兩個掏槽眼，輔助眼和周邊眼以成排方式均勻布置，炮眼間距75～80cm，炮眼數量25～27 個，掏槽眼、底眼裝藥量5 支，其余炮眼4 支，炮眼不填塞。

3 炮泥制作

3.1 制作材料選擇

炮泥制作材料選擇主要考慮來源廣泛、方便獲取、價格低廉。炮泥主要由黏土、砂和水三種材料組成，其中黏土采用附近廢棄磚廠干凈的鐵質黏土，土中最大顆粒不超過10mm，不得有草根等雜物，砂采用攪拌站堆場的河砂（中粗砂），水采用空壓機冷卻回水。

3.2 炮泥制作工藝流程

（1）準備好制作炮泥所需黏土、砂、水，按照黏土∶砂∶水=0.8∶0.1∶0.16 的配比拌合均勻，干濕程度以能手捏成型，沒有水滴擠出，也不會松散為準，含水率控制在15%左右。

圖1 炮泥制作工藝流程圖

（2）開機后先向進料口加水進行空轉，確定其運轉正常后開始投料制作炮泥，炮泥按20cm/根截取，合格炮泥裝箱，不成品投入炮泥機料倉重新制作。

（3）炮泥機使用完畢后，先將出料口拆卸，再往進料口加水空轉將炮泥機內剩余的泥土清理干凈。

4 爆破參數優化

4.1 炮眼數目

根據經驗公式，炮眼數量：

式中，f—巖石堅固性系數，S—斷面積。其中f 系數取8，斷面積S=16m2經計算炮眼數量N=31個［4］。

4.2 炮眼布置

4.2.1 掏槽眼布置

采用直眼掏槽方式，眼深1.9m。1～2 號掏槽眼為空眼（不裝藥），主要為3～6 號掏槽眼爆破提供初始自由面［5］。1、2 號掏槽眼間距100mm，3、4號掏槽眼距菱形中心100mm，5、6 號掏槽眼距離菱形中心120mm。

4.2.2 輔助眼布置

輔助孔采用直眼布置方式，均勻布置在掏槽眼周圍，眼深1.7m，間距75～95cm，圈距控制在60cm～70cm。

4.2.3 周邊眼布置

（1）頂眼口中心到假底距離為400mm，并將頂孔與工作面呈87°角，即孔底到假底為300 mm，頂眼間距126.67cm。

（2）若幫眼一側無充填體，孔口落在距輪廓線100mm，其孔底超輪廓線100mm；若幫眼一側有充填體，孔口在距輪廓線400mm，其孔底距輪廓線300mm，幫眼間距100cm。

（3）底眼口應高出底板水平100mm，孔底要向下傾斜，與工作面呈85°角，孔底落在底板標高以下100mm，底眼間距95cm。

4.3 裝藥結構及藥量分配

采用連續裝藥結構，反向起爆方式，具體藥量分配如表1 所示。

圖2 工作面炮眼布置圖

5 合理炮眼填塞長度的確定

炮孔不堵塞或堵塞長度過短,爆生氣體在極短時間內就會沖出炮孔,造成爆能的浪費，如果堵塞長度合適,由于堵塞物慣性阻力和其與炮孔內壁的黏結力和摩擦阻力,增加了孔內高溫高壓的持續時間,使先前由沖擊波造成的裂隙在高壓氣體的氣楔作用下充分發展,這樣不僅可以使巖石破碎更充分,獲得比較好的爆破效果,而且有效地控制爆破飛石和拋擲距離,降低空氣沖擊波的強度，可以在很大程度上減少工作面炮后倒支；如果堵塞長度過長,將會造成炸藥量過少,在巖體爆破時不能提供足夠的爆能，可能會出現工作面倒掛或底板鼓包等現象,影響爆破質量和進尺。因此，合理的炮泥填塞長度確定對爆破效果有著至關重要的作用。

5.1 炮眼填塞長度的理論計算

根據經驗公式，炮眼填塞長度：

式中：L-炮眼平均深度，取1.7 米； ls-填塞長度； Vp-巖石的縱波速，取4000m/s；D-炸藥爆速，4500m/s； ρ1-炮泥密度，取1.26g/cm3； ρ0-炸藥密度，取1.15g/cm3［5］。

經計算，炮眼填塞長度 =0.62m。

5.2 現場試驗

為了驗證經驗公式的可靠性，對不同堵塞長度的爆破效果進行現場試驗。試驗點選擇在N-310W3盤區，主要考慮現場切采施工，工作面礦巖性質比較穩定，除炮眼的填塞長度變化外，盡量保證其他爆破參數不變［6］。

試驗堵塞長度在經驗值附近設置密一些,其它設置稀一些，現場試驗總共設置0.4m、0.5m、0.55m、0.6m、0.65m、0.7m、0.8m 七組填塞長度，每組填塞長度試驗三次，每次爆破完成后進行量化指標統計,每組取三次的平均值，然后進行下一組爆破［7］。不同的堵塞長度所對應的試驗結果如表2所示。

表1 炮眼藥量分配表

表2 不同填塞長度的爆破效果

5.2.1 填塞長度與爆破體積的變化關系

圖3 填塞長度與爆破體積的變化關系

當炮孔堵塞長度為0.4～0.5m 時，均在一定程度上出現沖孔現象，工作面部分巖體只是出現了裂紋，沒有破碎，造成工作面松石比較多；當堵塞長度達到0.55～0.65m 之間時，爆破效率最好；當填塞長度增加到07～0.8m 時，掏槽眼和底眼分別只能裝下3 根炸藥，造成掏槽眼和底眼藥量不足，爆破效率呈明顯下降趨勢。

5.2.2 填塞長度與大塊率的變化關系

圖4 填塞長度與大塊率的變化關系

當炮孔堵塞長度為0.4～0.5m,爆生氣體在較短時間內就會沖出炮孔,造成爆能浪費，不能使先前由沖擊波造成的裂隙在高壓氣體的氣楔作用下充分破壞巖石，造成大塊率較高；當填塞長度在0.55～0.6m，大塊率控制效果最好，且塊度均勻；當填塞長度達到0.65m 以上時，一方面藥量相對集中在孔底，另一方面裝藥量過小，造成爆能不足以充分破壞礦石，造成大塊率急劇上升。

5.2.3 填塞長度與拋擲距離的變化關系

圖5 填塞長度與拋擲距離的變化關系

填塞長度過短，爆破振動、沖擊波及飛散物等危害相對較大，炮后可能破壞工作面支柱，此外，較差的炮堆形狀將直接影響裝礦效率；填塞長度過長，底眼藥量不足，造成工作面底板“鼓包”及礦石的松散度較差，影響鏟裝效率，因為底眼炸藥除了提供破碎礦巖的爆能外，還起到對炮后礦石拋擲和松動的作用。

5.2.4 填塞長度與炸藥單耗的變化關系

圖6 填塞長度與炸藥單耗的變化關系

當炮眼填塞長度過短，爆生氣體在孔內作用不充分，造成部分爆能浪費，造成炸藥單耗偏高；當炮眼填塞長度過長，雖炸藥量減小，但炸藥提供使礦巖破碎的爆能不夠，造成爆破體積較小，反而使炸藥單耗上升。

6 現場應用效果

目前，炮眼填塞已武山銅礦采礦車間采場，即W3、W5、E8 和E9 盤區全面推廣應用，現場取得較好的效果，主要有以下幾個方面：

6.1 提高炮眼利用率

通過對爆破參數優化及炮眼填塞，炮眼利用率由原有的78.1%提高至89.88%，即爆破進尺由應用前的1.25m 提高至1.5m，提高了爆破效率，采場單產能力提升10%以上。

6.2 降低炸藥單耗

通過炮泥填塞能有效阻止炮孔中爆生氣體迅速逸散，使爆能得到充分利用，降低炸藥單耗。炸藥平均單耗由應用前的0.368kg/t 下降至0.285kg/t,作業了工序作業成本。

6.3 提高爆破質量和效果

（1）大塊率得到有效控制且礦塊相對均勻,此外，拋擲距離減小，爆堆相對集中，提高鏟裝效率。

（2）減少爆破震動、沖擊波和飛石等危害，有效防止破壞工作面支柱、安全棚以及其它設施。

7 結論

（1）爆能做功更趨向于結構相對弱面，炮眼口作為結構相對弱面，在不填塞的情況下，當礦巖硬度越大時，沖孔現象越為嚴重，即炮眼利用率越低。因此，礦巖硬度越大，對于填塞的強度和質量也要求越高。

（2）通過炮泥填塞能有效阻止炮孔中爆生氣體迅速逸散，使爆能得到充分利用，能有效提高爆破效率，降低炸藥單耗，同時，在爆破質量和效果等方面有顯著的改善。