露天采礦中降低爆破成本的途徑與方法

一、導言

礦山露天開采中，爆破成本占露天生產直接成本的比例較大，是除運輸之外的第二高成本工序，其比例占生產成本的13%左右。因此，礦山開采積極探索控制爆破費用，降低爆破成本的有效途徑。為了進一步提升爆破的效果，本文以露天開采爆破為基礎從裝藥結構、炸藥的選擇、堵塞方式以及爆破網絡等幾個方面研究探討改善爆破效果的途徑和原理。

二、影響爆破成本的因素

露天礦爆破成本由人員工資、雷管消耗、炸藥消耗、炸藥車費用4部分組成。其中人員工資和炸藥車費用只要合理定員、定額，加強管理就可控制，其費用是固定的。因此，對爆破成本影響最大、最直接的就是爆炸品的單耗和價格，尤其是炸藥單耗。主要影響因素有礦巖的物理力學性質、爆區的地質構造和巖石結構。

雙陽露天大理石礦位于黑龍江省雞西市境內。冬季嚴寒干燥，初霜結凍期為了10月份，解凍期為5月份，區內凍土深度為1~2米。露天礦每年包括凍土在內的剝離爆破量為50萬立方米.經實驗確定炸藥單耗為0.62公斤/立方米，而實際生產中炸藥單耗為0.67公斤/立方米。其主要原因是礦區巖性及巖體結構復雜，地質構造較多，礦區內裂隙發育、斷層多，巖石硬度系數6~8，工程地質條件惡劣等因素造成的。

三、降低爆破成本的措施

1、改善裝藥結構 在露天礦開采中，選擇合理的裝藥方式可使用較少的炸藥達到較好的爆破效果和目的，從而提高經濟效益以及減小爆破作業震動。裝藥方式一般分為連續裝藥和間隔裝藥。采用炮孔連續柱狀裝藥結構時，炸藥過于集中炮孔底部，上部大塊率較大，二次爆破費用較高。將連續裝藥改為分段裝藥結構后，底部裝入的炸藥量約為總裝藥量的2/3，填入厚50厘米炮泥作為夾層，再裝入1/3的藥量，兩段藥分別起爆，可改善爆破效果。

其理論基礎是:炮孔間隔裝藥主要包括孔底間隔和中部間隔裝藥，其共同的本質是用水、巖粉或空氣等材料為間隔介質，由此來改變藥柱與炮孔壁的接觸關系，從而降低壓縮應力波和爆轟氣體產物作用于孔壁的初始壓力，使這種壓力的作用時間延長，使之不至于形成壓碎區或明顯減小壓碎區的范圍，使炮孔在裝藥量減少的情況下依靠炸藥能量有效利用率的提高，來達到保證爆破破碎質量的目的。當采用巖粉作為間隔介質時，可以改變炸藥沿炮孔長度方向上的分布，使之與炮孔不同區段的抵抗線大小更相適應，有助于爆堆巖體的破碎更為均勻。

2、采用分區爆破 雙陽露天礦山工程地質條件復雜，巖石硬度分布不均，巖石抗風化能力不一。可按巖石的可爆性和炸藥能量利用率進行可爆性分區分級。在具體施工中，可根據巖石的硬度、密度、脆韌性3個指標，結合巖體結構、風化程度進行爆破分區，每區按照不同級別進行試驗，從而確定各區的爆破參數和炸藥單耗。

3、合理選擇炸藥 根據炸藥爆炸的爆轟性與礦巖性質相匹配的理論，以炮孔不同部位巖體的巖性，選擇不同威力的炸藥，使炸藥的爆炸能量均勻分布并作用于巖體，提高爆破能量的利用率，亦可獲得良好的爆破效果。

爆破堅硬巖石時應選用高威力炸藥。堅硬巖石的密度大，縱波速度快，波阻抗大，對應力波傳播的阻尼作用大。

爆破軟巖時應選用低威力炸藥。軟巖一般屬低波阻抗巖石，不需要很高的應力即可破碎。在軟巖中采用高威力炸藥往往效果極差。原因是爆炸時，炸藥的特性阻抗末達到巖石的波阻抗之前，隨著炸藥特性阻抗的增加，巖石破碎程度也增強。若炸藥的特性阻抗超過巖石的波阻抗時，爆炸后會產生很多初始裂縫，并迅速與表面大氣溝通，致使巖體中應力提前卸載，降低破碎能力。此外，會導致空腔半徑增大，使炸藥的絕大部分能量消耗在爆炸近區，爆后形成很大的空洞，而預定破碎區內巖體得不到破碎，降低了爆破效果和爆破能量利用率。

4、采用新型爆破技術 即采用堵塞爆破技術。傳統的堵塞方式僅使用巖粉或者砂土堵塞炮眼。實驗表明，水介質爆破可以改善爆破質量，降低炸藥單耗，但由于其工藝復雜，難度較高，沒有普及應用。這里主要介紹比較先進的堵塞方法—深孔水-土復合封堵。該方法爆破除了裝藥結構、注水和堵塞等三方面施工工藝與常規深孔爆破不同外，其余相同。下面分二種情況敘述深孔水-土復合封堵爆破施工工藝。

(1)有水炮孔的封堵。可將抗水炸藥或經防水處理的非抗水

炸藥按設計藥量裝入炮孔中，一般采取體積不耦合裝藥結構，這樣孔內的水就被擠壓到孔上部。如水位超過需堵塞位置，可用一簡便的汲水器械將多余的水汲出。如水位不到需堵塞位置，可由外部直接注水或用塑料袋裝水充填炮孔到需堵塞位置。須特別指出的是，水與土相接之處需一隔離物，其作用是能承受一定量土的重力作用，避免被壓垮后進入水中形成飽和土。這一隔離物的選材隨手可得，固定辦法也很簡單。在隔離物上用土進行炮孔回填堵塞。

(2)無水炮孔的封堵。可直接將抗水炸藥或用塑料袋裝的非

抗水炸藥按照設計藥量裝入炮孔，然后向孔中注水到需堵塞位置，放入隔離物后就可用土回填堵塞炮孔。

采用深孔水-土復合封堵爆破最主要是改善了破碎效果。因為一方面由于水介質的封堵作用，使得爆炸壓力的作用時間延長，使孔底充分破碎，因此爆后孔底部根底少。另一方面由于水介質的引入，雖然孔口部位堵塞長度縮短了15%～30%，但堵塞物和炸藥頂部間水介質將爆炸壓力“無損”傳遞破碎巖石，因此孔口部位大塊明顯減少，爆渣粒徑沿孔深遠比常規深孔爆破均勻。不僅如此，深孔水-土復合封堵爆破比常規深孔爆破減少了炸藥用量，而且爆破產生的振動強度相應降低，提高了安全程度。由于水對地質裂隙的封堵作用，使得氣體不會從裂隙中過早泄漏，因此相對常規深孔爆破飛石少且拋擲近。實踐證明，這種堵塞方法簡單可行，而且爆破后的塊度均勻，效果得到了明顯改善。

5、細化爆破設計、選擇最佳起爆方法 在爆破設計時，要逐孔量出孔網參數、孔深、底盤抵抗線，根據月末驗收平面圖和年度設計平面圖，確定出較準確的段高，逐孔計算炸藥消耗量。同時可采用方形孔排間微差起爆方法，增大自由面數目，提高炸藥能量利用率，降低炸藥消耗。

除上述技術措施外，加強爆破施工管理，加強爆破物品監督管理，采用招標的方式采購爆炸物品等管理措施會影響到露天礦的爆破成本。

四、結論

采用上述技術和管理措施后，初步計算可降低5%炸藥消耗量。

由于露天礦山礦區地質構造、采剝工藝、爆破技術等條件的不盡相同，控制爆破成本、降低爆破費用的手段方法也不相同。只要在工藝技術與管理上挖掘潛力，深化改革，從爆破工序的各個環節抓起，改善爆破質量、控制爆破成本并使爆破與采裝總體經濟效益最佳，是可以達到目的的。