黃山南銅鎳礦中深孔鑿巖爆破參數(shù)研究

劉偉軍 ，康泰福，李再易，周禮

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012； 2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點實驗室， 湖南 長沙 410012； 3.新疆瑞倫礦業(yè)有限責(zé)任公司， 新疆 哈密市 839000)

0 引言

新疆瑞倫礦業(yè)有限責(zé)任公司原隸屬于哈密長城實業(yè)有限公司，2017年為西部礦業(yè)集團(tuán)收購，現(xiàn)為西部礦業(yè)集團(tuán)二級子公司。礦山原設(shè)計生產(chǎn)能力45萬t/a，深部455 m水平以下計劃技改工程完工后擴(kuò)產(chǎn)至60萬t/a。黃山南銅鎳礦原設(shè)計以22線為界分一區(qū)、二區(qū)進(jìn)行開采。一區(qū)開采22線以東455 m水平以上礦體，二區(qū)分為兩期，一期回采5線～22線455 m水平以上礦體，二期回采5線～22線455 m水平以下礦體。

在西部礦業(yè)集團(tuán)公司收購前，新疆瑞倫礦業(yè)有限公司455 m、515 m中段采用自然崩落法作為主體采礦法，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較差，采礦損失貧化率均高達(dá)20%～40%，崩落礦石大塊多，二次破碎成本高，且回采過程不可控，采場回采周期長，崩落的采空區(qū)很容易會造成周邊礦體的破壞；2017年，為改善企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營狀況，開展了井下生產(chǎn)系統(tǒng)和采礦方法的研究，采用階段大直徑深孔空場嗣后充填法對礦巖中等穩(wěn)固及以上且上下中段連續(xù)的礦體進(jìn)行開采；采用分段空場嗣后充填法對礦巖中等穩(wěn)固以上且上下中段不連續(xù)的礦體進(jìn)行開采；采用中深孔分段留礦崩落法對礦巖不穩(wěn)固的礦體進(jìn)行開采。

目前，黃山南銅鎳礦采用中深孔分段空場嗣后充填法回采的采場，其中深孔孔網(wǎng)參數(shù)主要是靠經(jīng)驗取得。經(jīng)過現(xiàn)場前期試驗發(fā)現(xiàn)以下問題：由于爆破參數(shù)結(jié)果偏大，導(dǎo)致了大塊率高，二次破碎量大。同時，井下也并未進(jìn)行爆破漏斗試驗，而井下中深孔爆破，技術(shù)水平要求高，直接關(guān)系到能否高效回采礦石[1-2]。因此，為了能夠獲得更好的爆破效果，取得合理的鑿巖爆破參數(shù)范圍，必須在井下開展爆破漏斗試驗研究[3-4]。

1 工程地質(zhì)

黃山南銅鎳礦以13至15#勘探線為界，分東西部兩部分礦巖，東部為蛇紋石化、片理化輝長巖為主，巖石堅硬程度較低、軟弱破碎；西部以輝長巖、輝石巖和橄輝巖為主，礦巖堅硬程度較高。整體而言，東西部礦巖物理力學(xué)性質(zhì)變化較大。東部礦巖節(jié)理裂隙較為發(fā)育；西部礦巖雖較為穩(wěn)固，但也有節(jié)理裂隙及斷層構(gòu)造帶。

2 爆破漏斗試驗

2.1 單孔爆破漏斗試驗

黃山南銅鎳礦455中段210-3試驗采場西部堅硬礦石單孔爆破漏斗試驗共9個孔，炮孔試驗結(jié)果見表1。

表1 455中段210-3采場單孔爆破漏斗試驗數(shù)據(jù)

利用數(shù)學(xué)回歸分析和爆破漏斗理論對單孔爆破漏斗試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理[4,6]，可得到試驗條件 下藥包中心埋深與爆破漏斗體積、爆破漏斗半徑的多項表達(dá)式為：

式中，V為試驗條件下的單孔爆破漏斗體積，m3；R為試驗條件下的單孔爆破漏斗半徑，m；l為試驗條件下的藥包中心埋深，m。

根據(jù)試驗結(jié)果及回歸式，可以分別得到黃山南銅鎳礦單孔爆破漏斗試驗關(guān)系特征圖[4,7]：分別見圖1至圖4。

圖1 R—l關(guān)系

圖2 V—l關(guān)系

由圖1至圖4可知，黃山南銅鎳礦455中段210- 3采場最佳藥包中心埋深：Lj≈0.47 m；最佳藥包中心埋深比：Δj=Lj/Le≈0.52；最佳爆破漏斗體積：Vj≈0.045 m3；最佳爆破漏斗半徑：Rj=0.55 m。

圖3 T—l關(guān)系

圖4 V/Q—l關(guān)系

從試驗結(jié)果中可以得出，黃山南銅鎳礦西部硬巖的最佳藥包中心埋深Lj=0.47 m。

2.2 多孔同段爆破漏斗試驗

在455 m分段210-3試驗采場礦房鑿巖巷道內(nèi)共布置了7個炮孔進(jìn)行多孔同段爆破試驗。

多孔同段爆破漏斗試驗在455 m分段210-3采場鑿巖巷道內(nèi)中進(jìn)行，單孔系列爆破漏斗試驗確定的最佳藥包埋深為0.47 m，孔深為0.65 m, 漏斗最佳半徑為0.55 m，藥包直徑Φ32 mm，重量為300 g。炮孔實際間距分別為0.55 m、0.66 m、0.72 m、0.77 m、0.83 m和0.88 m。

對爆破后的爆破漏斗形態(tài)、體積進(jìn)行測量，同時對爆破漏斗情況進(jìn)行正面拍照處理，爆破漏斗輪廓見圖5，試驗結(jié)果見表2。

圖5 多孔同段爆破漏斗輪廓

由表2可知：在試驗條件下，最佳孔底距為0.72～0.75 m，此時炸藥單耗為0.495 kg/t。

表2 多孔同段爆破試驗結(jié)果

2.3 斜面臺階爆破試驗

在475 m分段211-1采場礦房脈內(nèi)巷道鉆鑿2個傾斜炮孔進(jìn)行斜面臺階爆破試驗，斜面臺階的爆破試驗結(jié)果見表3。

表3 斜面臺階爆破試驗結(jié)果

從表3可知：在試驗條件下，黃山南銅鎳礦西部硬巖平均每米炮孔裝藥量為0.789 kg，最佳抵抗線約為0.70 m。

3 中深孔爆破參數(shù)確定

3.1 試驗爆破時炮孔排距計算

爆破最小抵抗線也稱為中深孔爆破的炮孔排距[8-9]，根據(jù)斜面臺階爆破試驗：黃山南銅鎳礦孔徑Φ40 mm的炮孔，采用Φ32 mm的炸藥連續(xù)裝藥，裝藥量為0.798 kg/m，裝藥密度為0.982 t/m3，孔底起爆的條件下，實際平均爆破抵抗線為0.70 m。

在生產(chǎn)實際中，黃山南銅鎳礦上向中深孔采用粉狀硝銨炸藥，裝藥密度為0.754 t/m3，Φ65 mm的炮孔每米裝藥量為2.5～2.8 kg。

通過爆破參數(shù)相似規(guī)律計算可得到黃山南銅鎳礦試驗爆破時的炮孔排距，見表4。

表4 大直徑深孔爆破試驗的炮孔裝藥量和炮孔排距

3.2 試驗爆破時炮孔孔底距計算

根據(jù)多孔同段爆破漏斗試驗，黃山南銅鎳礦在孔徑為Φ40 mm，裝藥量為0.789 kg/m條件下，獲得的最佳孔底距為0.72～0.75 m。

通過爆破漏斗相似規(guī)律可知，黃山南銅鎳礦試驗爆破時的炮孔孔底距及孔距，見表5。

表5 中深孔試驗爆破時的炮孔孔底距

3.3 排距及孔底距

考慮到炮孔孔徑增加，炸藥在礦體中的分布相對集中，對爆破效果不利[10-11]，參考國內(nèi)中深孔同類型礦山爆破的經(jīng)驗，采用寬孔距、小抵抗線爆破時能量分布均勻，爆破效果良好，故本次試驗研究推薦的爆破參數(shù)見表6。

表6 推薦的采場大直徑深孔鑿巖爆破參數(shù)

4 結(jié)論

（1）基于利文斯頓爆破漏斗原理，開展了黃山南銅鎳礦爆破漏斗試驗研究，通過回歸分析和爆破相似理論對試驗數(shù)據(jù)的分析處理，結(jié)果證明中深孔鑿巖爆破參數(shù)是合理可行的，在黃山南銅鎳礦取得了較好的實踐結(jié)果。

（2）由黃山南銅鎳礦的爆破漏斗試驗研究結(jié)果可得到中深孔的爆破參數(shù)，具體爆破參數(shù)可推薦為：Φ65 mm炮孔的排距為1.20～1.40 m，孔底距為1.80～2.0 m；Φ76 mm炮孔的排距為1.40～1.60 m，孔底距為2.0～2.2 m；炸藥單耗q值黃山南銅鎳礦西部硬巖中深孔推薦為0.48～0.52 kg/t。