額仁陶勒蓋銀礦中深孔爆破問題分析及建議*

張偉斌，張旭旭，張亞明，王亞軍

(1.內(nèi)蒙古金山礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾市 021000；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012)

0 前言

額仁陶勒蓋銀礦主采礦體分布在36～31 線之間，礦體呈似層狀賦存于硅質(zhì)碎裂蝕變安山質(zhì)凝灰角礫巖中。礦體傾角一般在15°～55°之間，局部偏大，達(dá)到73°。礦體走向長度超過1000 m，最大斜深超過1400 m，礦體厚度在0.29～26.47 m 之間，主采礦體平均厚度為3.65 m，局部區(qū)域可見厚大連續(xù)性礦體，厚度變化系數(shù)為103.10%，屬較穩(wěn)定型。礦區(qū)主采礦體中銀平均品位為202.47 g/t，礦體厚大連續(xù)區(qū)域銀平均品位也能達(dá)到120 g/t 以上，噸礦價值較大，銀品位變化系數(shù)為96.95%，屬均勻型。

礦山淺部由于礦體厚度較薄，且厚度大多在40°左右，基本采用淺孔留礦法進(jìn)行回采。當(dāng)回采到460 m 中段時，礦體厚度急劇變化，且礦體傾角變陡，原有采礦方法難以在這部分區(qū)域應(yīng)用。經(jīng)研究，針對深部開采區(qū)域礦體賦存情況，提出采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法進(jìn)行開采[1?3]。

1 分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法

額仁陶勒蓋銀礦460 m 中段中深孔采場主要包括460～500 m 之間的32 線礦體，采場礦體由3 條穿脈工程控制，控制礦體長度接近90 m，礦體平均寬度為38.88 m，采場銀品位為103.15 g/t，采用分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法進(jìn)行回采（見圖1）。

圖1 分段鑿巖階段空場嗣后充填采礦法

1.1 采準(zhǔn)切割

采場沿礦體厚度方向布置，在礦體走向方向劃分第一步驟和第二步驟采場。分兩步驟回采，一步驟采場寬為15 m，二步驟采場寬為20 m，采場長度為礦體寬度，中段高度為40 m，頂板留2～3 m厚的護(hù)頂?shù)V層。沿礦體走向方向隔一采一，一步驟采場生產(chǎn)完畢后，采用高強(qiáng)度充填體充填，二步驟采場待兩側(cè)采場充填完畢且養(yǎng)護(hù)一段時間后，再開始采準(zhǔn)切割和回采工作，二步驟采場回采完后采用低強(qiáng)度充填體充填。每步驟采用分段鑿巖階段出礦回采，分為460，473.3，486.6 m 三個分段，各分段崩下礦石集中于460 m 中段塹溝底部結(jié)構(gòu)出礦。

采用脈外階段運輸巷道（2.5 m×2.5 m）和穿脈出礦巷道（2.5 m×2.5 m）構(gòu)成礦塊的聯(lián)合采準(zhǔn)工程。礦體下盤布置出礦溜井和廢石溜井。相鄰的第一步驟和第二步驟采場共一條出礦穿脈。各分段水平施工一條下盤脈外沿脈平巷，從各分段下盤沿脈平巷開始掘進(jìn)分段鑿巖巷道。460 m 水平掘進(jìn)出礦巷道和裝礦進(jìn)路，裝礦進(jìn)路間距為10 m，與出礦巷道交角為50°。

各分段水平采場在礦體近上盤位置掘進(jìn)切割橫巷和切割天井。在切割橫巷內(nèi)，采用YGZ-90 型中深孔鉆機(jī)施工平行中深孔，以切割井為自由面和補(bǔ)償空間分段爆破形成切割槽。

一步驟采場切割槽施工完成后，便在分段鑿巖巷道內(nèi)采用YGZ90 鉆機(jī)施工上向扇形孔，自上而下逐個分段分次組織裝藥爆破，通常上部分段回采超前下部分段10 m 左右。

1.2 回采工藝

根據(jù)類似礦山礦巖條件，確定采場炮孔孔徑為Φ65 mm，排距為1.2～1.6 m，孔底距為2.0～2.4 m。中深孔采場爆破參數(shù)還可以結(jié)合所采用的炸藥類型及其特性、孔徑、炮孔布置形式、裝藥結(jié)構(gòu)、爆破方式等因素，通過系列爆破試驗分析確定。

炮孔施工完后，采用BQF-100 裝藥器向炮孔內(nèi)裝填粉狀乳化炸藥，連接好爆破網(wǎng)路，向切割槽依次分段爆破崩礦。崩礦時自上分段向下分段依次進(jìn)行，即上分段崩礦超前下分段，上下分段之間崩礦后形成臺階。每排炮孔之間用普通毫秒導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行分段微差爆破，同一排炮孔間也可以進(jìn)行分段微差爆破。采用孔底起爆，導(dǎo)爆管雷管的腳線從炮孔中引出，各炮孔的雷管腳線捆綁在孔外主導(dǎo)爆索上，用雷管起爆主導(dǎo)爆索，主導(dǎo)爆索引爆導(dǎo)爆管，導(dǎo)爆管雷管引爆炮孔內(nèi)的乳化炸藥。

崩下礦石在460 m 中段水平用鏟運機(jī)出礦，鏟運機(jī)通過運輸巷道、出礦巷道進(jìn)入裝礦進(jìn)路，鏟礦后將礦石倒入出礦溜井。

2 中深孔爆破設(shè)計與研究

2.1 起爆方式

2.1.1 孔口起爆方式

孔口起爆方式是炸藥裝入炮孔后，孔口附近的起爆藥包起爆產(chǎn)生的爆轟波從孔口傳至孔底，引爆整個炮孔內(nèi)炸藥的一種起爆方法（見圖2）。

圖2 孔口起爆

由于孔口起爆方式起爆藥包位于孔口，起爆時有可能將導(dǎo)爆管雷管炸斷引起拒爆，一般在孔口起爆時全程敷設(shè)導(dǎo)爆索，并將同段起爆炮孔的導(dǎo)爆索用三角連接。

2.1.2 孔底起爆方式

孔底起爆是把起爆藥包（裝有炸藥和導(dǎo)爆管雷管的孔底起爆器具）放在孔底附近，然后在炮孔中裝入炸藥，使爆轟波從孔底傳至孔口，從而引爆炮孔內(nèi)炸藥的一種起爆方法（見圖3）。

圖3 孔底起爆

由于雷管在裝入孔底時距離較長，為了避免摩擦使得雷管失效而造成拒爆，一般在孔底起爆具中裝入雙發(fā)同段雷管。

2.1.3 起爆方式對比分析

采用孔口起爆方式時，引爆孔口起爆藥包后，高能爆轟氣體極有可能向孔外做功釋放能量，致使傳爆效率較低，能量溢散明顯。孔底引爆能明顯減少爆轟氣體能量的溢散損失，大部分能量可作用在對介質(zhì)的作功上。兩種起爆方式爆轟能量實際利用率差別大，導(dǎo)致其爆破效果差別較大，孔底起爆方式實際爆破效果更優(yōu)。

孔口起爆時，孔底部分容易產(chǎn)生大塊，不便于后期鏟裝，影響鏟運機(jī)出礦效率，同時增加二次爆破費用。另外，全程敷設(shè)導(dǎo)爆索也增加爆破費用，且容易破壞眉線，給后排裝藥爆破增加困難。

2.2 起爆網(wǎng)路

中深孔的爆破采用同排孔間微差V 型爆破[4-6]，采用這種爆破方法，可避免同排同段起爆高應(yīng)力疊加導(dǎo)致的爆破擠死情況。同排及相鄰炮孔排面采用不同段數(shù)雷管起爆，充分利用爆破能量，能有效創(chuàng)造爆破自由面和補(bǔ)償空間。相鄰兩排炮孔雷管段位布置如圖4 所示。

圖4 相鄰兩排炮孔布置及起爆雷管段位

采用同排孔間微差V 型爆破方法的爆破效果更優(yōu)，崩下礦石塊度更均勻。與同排同段的爆破方式相比，崩下礦石大塊率減少，炸藥二次損耗更少，采礦出礦效率也明顯提升。同排孔間微差V 型爆破方法能更好的保護(hù)眉線，為采場后續(xù)爆破及采場出礦創(chuàng)造了有利條件。

2.3 合理爆破堵塞長度

裝藥過程中，炮孔堵塞也是其中一個重要的環(huán)節(jié)。炮孔堵塞直接影響爆破能量的利用，對爆破效果影響較大。堵塞長度與孔徑及抵抗線大小關(guān)系密切，也與炮孔孔深、礦巖性質(zhì)、裝藥長度等相關(guān)聯(lián)，炮孔堵塞材料和結(jié)構(gòu)會對爆破效果造成影響。

當(dāng)炮孔孔徑、炮孔長度及抵抗線增加時，炮孔堵塞長度也應(yīng)有一定程度的增長，反之亦然。增加堵塞材料的內(nèi)摩擦系數(shù)等技術(shù)參數(shù)，優(yōu)化堵塞結(jié)構(gòu)，堵塞長度可以有一定程度的降低。由此可見，炮孔孔徑、炮孔長度及抵抗線等參數(shù)確定情況下，為了保證炮孔內(nèi)炸藥充分反應(yīng)，提高爆破能量的利用率，合理的堵塞結(jié)構(gòu)及堵塞長度也至關(guān)重要。

460 m 中段中深孔采場炮孔采用普通編織袋卷起放入炮孔內(nèi)堵塞即可，堵塞長度一般與排距相當(dāng)，即1.5 m 左右。

2.4 采場中深孔爆破

2020 年6 月4 日，中深孔采場2 分層采用孔口起爆并全孔敷設(shè)導(dǎo)爆索的方式爆破后，整個斷面頂部及兩側(cè)較前一次爆破有接近2 m 的內(nèi)縮，且在爆破斷面能看到部分殘孔保存完好，未爆破完全的炮孔內(nèi)還能明顯看到炸藥及導(dǎo)爆索殘留，爆破后現(xiàn)場情況如圖5 所示。

圖5 孔口起爆爆破照片

對于此次該爆破，可能存在的原因分析如下：

（1）炮孔內(nèi)導(dǎo)爆索與起爆用的導(dǎo)爆索未進(jìn)行三角連接，導(dǎo)致導(dǎo)爆索無法正常傳爆。三角連接如圖6 所示。

圖6 導(dǎo)爆索的三角形連接

（2）孔口起爆且全孔敷設(shè)導(dǎo)爆索一般采用同排同段雷管起爆，本次爆破對同排炮孔進(jìn)行了分段處理，可能導(dǎo)致先爆破的碎石切斷了相鄰炮孔的導(dǎo)爆索，導(dǎo)致導(dǎo)爆索無法傳爆，從現(xiàn)場部分炮孔底部內(nèi)炸藥未引爆且有導(dǎo)爆索露出可以看出，殘留的未起爆導(dǎo)爆索是被炸藥炸斷的。

（3）現(xiàn)場裝藥過程中，炮孔內(nèi)裝藥密度達(dá)不到爆破要求，裝藥不到位，以至于無法正常傳爆，這就是部分炮孔孔底殘留炸藥的原因。按照爆破標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，裝藥時拔管速度應(yīng)均勻，并控制在0.5 m/s 以內(nèi)。

2020 年6 月20 日，對上一次排面爆破出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析且對采場進(jìn)行處理后，繼續(xù)進(jìn)行中深孔爆破。本次爆破設(shè)計采用孔底起爆方式，整體爆破效果良好，眉線留存較好，爆破塊度適中。但裝藥前清理炮孔過程中由于礦巖條件較破碎，部分炮孔中存在較多碎石塊難以清理干凈，致使孔底起爆具無法裝入到孔底位置，同時炸藥也難以裝滿，這部分炮孔在爆破后可以明顯看到殘孔，從而導(dǎo)致懸頂現(xiàn)象產(chǎn)生，兩側(cè)低角度炮孔也產(chǎn)生了采場邊界內(nèi)縮的情況。爆破現(xiàn)場情況如圖7 所示。

圖7 孔底起爆爆破現(xiàn)場照片

由于礦巖條件復(fù)雜，存在孔底起爆具和炸藥難以裝到預(yù)定位置的情況，對爆破效果產(chǎn)生了一定的影響。建議礦山施工炮孔時采用更大直徑且質(zhì)量好的鉆頭，調(diào)整爆破參數(shù)，適當(dāng)增大孔底距和排距，降低爆破作業(yè)時通孔的難度，提高通孔及裝藥的效率，減少工人在現(xiàn)場作業(yè)的時間，提升爆破效果，從而有效提升采場生產(chǎn)能力。

2.5 存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場情況，初步分析中深孔采場爆破存在如下主要問題：

（1）由于井下礦巖條件較破碎，部分炮孔中存在較多碎石塊難以清理干凈，致使無法裝藥，部分炮孔在裝藥過程中仍有碎石掉落，卡住裝藥管和孔底起爆具，致使部分炮孔裝藥未能裝到孔底，影響爆破效果；

（2）中深孔采場部分區(qū)域節(jié)理裂隙較發(fā)育，在裝藥過程中部分散裝藥進(jìn)入節(jié)理裂隙，造成炮孔內(nèi)裝藥密度不足，在沒有全程敷設(shè)導(dǎo)爆索的情況下可能使部分炮孔內(nèi)有拒爆現(xiàn)象，造成大塊較多，部分礦石未爆破下來，影響后續(xù)爆破；

（3）炮孔在施工后沒有進(jìn)行全面驗孔，炮孔施工質(zhì)量不清，爆破設(shè)計只能按照前期炮孔設(shè)計參數(shù)，與實際情況存在偏差；

（4）中深孔設(shè)計時角度為6°的邊孔在爆破后前方堆滿礦石，在爆破時缺少自由面，影響爆破效果。

3 中深孔爆破的改進(jìn)建議

為改善礦山中深孔爆破效果，主要建議如下：

（1）針對破碎礦巖條件下中深孔的施工，借鑒其他礦山采用PVC 塑料管保護(hù)炮孔，防止在前排炮孔爆破時碎石掉落堵塞炮孔；

（2）增加孔徑至70 mm 左右，減少碎石卡住炮孔的風(fēng)險，同時根據(jù)炮孔直徑調(diào)整相應(yīng)的爆破參數(shù)；

（3）中深孔炮孔施工完成后需進(jìn)行驗孔，對達(dá)不到設(shè)計要求的炮孔進(jìn)行補(bǔ)孔，再根據(jù)實測進(jìn)行爆破設(shè)計；

（4）在中深孔設(shè)計時，調(diào)整邊孔角度，同時采用同排孔間微差V 型爆破，保證邊孔爆破時有充分的自由面，改善爆破效果；

（5）建議采用孔底起爆，降低大塊率，便于后期鏟裝，提高鏟運機(jī)出礦效率，同時減少二次爆破費用和保護(hù)眉線；

（6）建議對一步驟采場采空區(qū)進(jìn)行掃描，準(zhǔn)確計算出二步驟采場的礦體邊界，在二步驟采場炮孔設(shè)計時，可控制炮孔因而降低損失貧化率。