白云鄂博鐵礦臺(tái)階爆破“控制裝藥余高”技術(shù)實(shí)踐

孫 盛 王雪強(qiáng) 張 麗 李富田 賈瑞敏

（包鋼（集團(tuán)）公司白云鄂博鐵礦）

露天礦山生產(chǎn)分為穿孔、爆破、采裝、運(yùn)輸、排土等工藝流程，而爆破是其整個(gè)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著露天采場(chǎng)開(kāi)采深度的不斷增加以及礦山設(shè)備的嚴(yán)格要求，采場(chǎng)爆破技術(shù)愈加需要不斷改進(jìn)調(diào)整以確保爆破的高質(zhì)量，從而滿足后續(xù)生產(chǎn)工序的要求。但在臺(tái)階爆破作業(yè)的實(shí)踐過(guò)程中，仍存在較多問(wèn)題：①爆破施工操作工序繁瑣復(fù)雜，勞動(dòng)效率低；②爆破質(zhì)量差，生產(chǎn)效率低；③成本費(fèi)用高、經(jīng)濟(jì)不合理等。因此，在工作中不斷探索、創(chuàng)新、改進(jìn)與試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)更“精細(xì)化”的爆破技術(shù)是當(dāng)前每一個(gè)采礦技術(shù)人員的任務(wù)與責(zé)任。

1 礦山概況

白云鄂博鐵礦位于內(nèi)蒙古包頭市白云鄂博礦區(qū)境內(nèi)，是一座大型的鐵、稀土、鈮等多種金屬共生的露天礦床，目前礦山已進(jìn)入后期深部開(kāi)采階段。其年采剝總量約為3 000萬(wàn)t，是包鋼（集團(tuán)）公司的主要原料供應(yīng)基地［1］。

1.1 礦山穿爆工藝

白云鐵礦的穿爆工藝：根據(jù)所屬礦巖性質(zhì)選擇合適的孔網(wǎng)參數(shù)、孔深進(jìn)行爆區(qū)規(guī)劃布孔，然后鉆機(jī)穿孔，再爆破方案設(shè)計(jì)、組織施工到實(shí)施爆破。

（1）爆區(qū)穿孔工藝。采用KY-310 型牙輪鉆機(jī)穿孔，以“梅花形”方式布孔，孔深16 m。

（2）臺(tái)階爆破技術(shù)。按照爆區(qū)穿孔特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的爆破技術(shù)方案，并按照設(shè)計(jì)方案組織施工。在臺(tái)階爆破施工過(guò)程中，主要有發(fā)放爆破器材、裝藥、填塞、網(wǎng)絡(luò)連接等工序。其中裝藥是整個(gè)爆破施工過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其執(zhí)行過(guò)程能否與技術(shù)員的爆破設(shè)計(jì)方案相吻合，將直接決定最終的爆破質(zhì)量與安全。

爆破裝藥設(shè)計(jì)方案：炮孔孔深16 m，設(shè)計(jì)裝藥高度為9 m，相應(yīng)的炮孔“裝藥余高”則為7 m（圖1）。在裝藥施工過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)的單孔裝藥量，由現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥車向炮孔內(nèi)裝填炸藥，通常對(duì)應(yīng)的乳化炸藥量900 kg、多孔粒狀銨油炸藥量650 kg的藥柱高度為9 m，爆破工按照爆破技術(shù)設(shè)計(jì)要求引導(dǎo)炸藥混裝車向炮孔內(nèi)裝藥，當(dāng)裝填完成1 個(gè)炮孔的炸藥后，再用測(cè)繩量取余高，以查驗(yàn)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

正常情況下，按照方案設(shè)計(jì)，1 個(gè)爆區(qū)中的所有炮孔的裝藥高度應(yīng)在同一個(gè)水平，裝藥余高一致。即在爆破裝藥施工過(guò)程中，各炮孔所裝炸藥的高度都達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，然后進(jìn)行爆破，爆破效果較好。

1.2 爆破產(chǎn)生的問(wèn)題

從白云鄂博鐵礦多次實(shí)施的爆破施工作業(yè)情況及爆破后的效果來(lái)看，在爆破裝藥過(guò)程中，由于受到一些因素的影響，1 個(gè)爆區(qū)中的各個(gè)炮孔藥柱高度并不在同一個(gè)水平。有的炮孔的藥柱高度高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有的則低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，爆破裝藥施工不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖2），產(chǎn)生的主要問(wèn)題如下。

（1）當(dāng)炮孔藥柱過(guò)低時(shí)，裝藥余高則過(guò)大；炸藥能量分布不均勻，易產(chǎn)生頂部大塊。

（2）當(dāng)炮孔藥柱過(guò)高時(shí)，裝藥余高則過(guò)?。粍t易發(fā)生“沖炮”現(xiàn)象，產(chǎn)生根底、大塊及爆破飛石，礦巖破碎質(zhì)量差。

（3）當(dāng)部分炮孔藥柱過(guò)高，余高過(guò)小時(shí)，則造成炸藥的一部分浪費(fèi)。

（4）為控制各炮孔的裝藥余高，技術(shù)員需現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)對(duì)已裝完炸藥的炮孔進(jìn)行余高測(cè)量，工作繁瑣且工作量大。當(dāng)出現(xiàn)余高過(guò)大時(shí)，還需二次補(bǔ)裝炸藥，影響作業(yè)的流暢，降低工作效率，特別是多個(gè)炸藥車同時(shí)裝藥［1］。

1.3 原因分析

針對(duì)上述出現(xiàn)的問(wèn)題，究其原因，主要有2點(diǎn)：①炸藥混裝車自身出藥量的誤差，包括受溫度、壓力及炸藥車自身的性能情況影響出藥量，特別是在冬季，受嚴(yán)寒天氣影響炸藥車的泵速，造成炸藥混裝車出藥量時(shí)高時(shí)低，難以準(zhǔn)確控制裝藥量。②孔深變化產(chǎn)生裝藥量誤差，在鉆機(jī)完成鉆孔后，并不能及時(shí)裝藥爆破，受炮孔本身所屬的巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、炮孔水的沖刷以及外界活動(dòng)的影響等，其炮孔深度隨時(shí)間處于變化狀態(tài)，甚至有的炮孔在裝藥過(guò)程中孔深都在變化，孔深不易控制［3］。

2 臺(tái)階爆破“控制裝藥余高”技術(shù)實(shí)踐

理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐表明在巖石爆破時(shí)，巖石的破裂、破碎及拋擲是爆炸應(yīng)力波和爆生氣體共同作用的結(jié)果，即爆破能量是通過(guò)沖擊波和爆生氣體傳遞給巖石的，前者主要消耗在爆腔的初始擴(kuò)張，引起巖石彈性變形，形成粉碎區(qū)和產(chǎn)生裂隙上；后者則主要用于擴(kuò)大爆腔，延伸裂隙和拋擲巖石。在巖石柱狀裝藥爆破中，選擇合理的藥柱高度及填塞高度，對(duì)爆破能量的充分利用及巖石破碎效果具有重要的意義［4-5］。

根據(jù)白云鐵礦采場(chǎng)臺(tái)階爆破裝藥操作過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象與問(wèn)題，結(jié)合爆破相關(guān)理論知識(shí)并通過(guò)原因分析及現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)總結(jié)，提出了關(guān)于白云鄂博鐵礦采場(chǎng)臺(tái)階爆破“控制裝藥余高”的技術(shù)方案。

2.1 技術(shù)改進(jìn)的方向與思路

“控制易控因素，避開(kāi)難控因素，控制變量中的不變量”應(yīng)用于爆破技術(shù)設(shè)計(jì)及施工操作過(guò)程中，即避開(kāi)難于調(diào)控的炸藥車裝藥量（x1）及炮孔孔深（x2）的影響，逆向控制易于控制的炮孔裝藥余高（y），將其作為一個(gè)不變量去控制，從而達(dá)到想要的效果。

2.2 “控制裝藥余高”操作流程

具體操作流程：根據(jù)爆破設(shè)計(jì)方案，確定炮孔裝藥余高（例如設(shè)計(jì)裝藥余高7 m）。同時(shí)為準(zhǔn)確標(biāo)定裝藥余高，改造制作了一種簡(jiǎn)易的手持余高定位裝置，用于定位藥柱高度是否達(dá)到設(shè)計(jì)高度，進(jìn)行報(bào)警提示，及時(shí)叫停炸藥車的裝藥。

（1）配置2 名爆破工負(fù)責(zé)1 臺(tái)炸藥車的裝藥工作，其中1名爆破工主要負(fù)責(zé)對(duì)炸藥車的引導(dǎo)及藥管下放工作，另1名爆破工則負(fù)責(zé)使用手持余高定位裝置進(jìn)行裝藥過(guò)程中的余高定位。

（2）在炸藥車開(kāi)始裝藥后，隨著藥柱的不斷上升，當(dāng)藥柱高度上升到所標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)余高位置處，在手持余高定位裝置的提示下，叫停炸藥車裝藥，完成該炮孔的裝藥。各個(gè)炮孔的操作重復(fù)該流程進(jìn)行。

（3）在整個(gè)爆區(qū)的裝藥過(guò)程中，技術(shù)員不再是忙于跟隨炸藥車依次測(cè)量各炮孔的裝藥余高，而是在整個(gè)過(guò)程中負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)爆破工以及炸藥車的施工操作，最終使各個(gè)炮孔的裝藥一次性且裝藥余高均處于同一水平，精準(zhǔn)完成，達(dá)到設(shè)計(jì)要求（圖3）。

2.3 應(yīng)用效果

將“控制裝藥余高”技術(shù)應(yīng)用于白云鄂博鐵礦的生產(chǎn)實(shí)踐之后，其應(yīng)用效果主要表現(xiàn)：

（1）改善爆破質(zhì)量，與原技術(shù)方案相比，年平均降低爆破大塊率到11 個(gè)/萬(wàn)t（原16 個(gè)/萬(wàn)t），總計(jì)年節(jié)省二次爆破費(fèi)用約為5 個(gè)/萬(wàn)t×3 000 萬(wàn)t×50元/個(gè)=75 萬(wàn)元（年采剝總量3 000 萬(wàn)t，大塊處理費(fèi)用50 元/個(gè)）。精確控制了炮孔內(nèi)的藥柱高度，避免了因炮孔孔深變化炮孔所裝炸藥過(guò)多的可能，避免了炸藥的浪費(fèi)。

（2）簡(jiǎn)化工序流程，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率；解放技術(shù)員跟車測(cè)量余高，原操作方案下需2～3名技術(shù)員協(xié)助作業(yè)，現(xiàn)只需1 名技術(shù)員便可輕松作業(yè)；一次性準(zhǔn)確裝藥，無(wú)需二次補(bǔ)裝炸藥，減少炸藥車往返開(kāi)車，提高裝藥效率和避免爆區(qū)重復(fù)碾壓。

3 結(jié)論

在生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)工作中出現(xiàn)的問(wèn)題深入分析，逆向思考問(wèn)題，創(chuàng)新作業(yè)方法，提出了露天礦臺(tái)階爆破“控制裝藥余高”的技術(shù)方案，在爆破施工裝藥過(guò)程中將炮孔裝藥后的余高這個(gè)可控量作為操作控制對(duì)象，將易受環(huán)境影響的難以控制炸藥車裝藥量及炮孔孔深的量作為隱性對(duì)象避開(kāi)，從而保證了爆破施工按照技術(shù)設(shè)計(jì)要求完成。該技術(shù)方案已在白云鐵礦主、東采場(chǎng)多次成功實(shí)踐。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，在該技術(shù)方案下的爆破質(zhì)量有了較好的改善，得到了相關(guān)技術(shù)專家的認(rèn)可，并在采礦技術(shù)員之間成功推廣并應(yīng)用，同時(shí)也將為其他礦山提供技術(shù)參考。