異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用

姚 曙

（凡口鉛鋅礦， 廣東韶關(guān)市 512325）

異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用

姚 曙

（凡口鉛鋅礦， 廣東韶關(guān)市 512325）

根據(jù)巖石爆破破壞機(jī)理和爆炸應(yīng)力波在礦巖與充填體交界面上產(chǎn)生反射與透射的原理，提出大直徑深孔間柱回采異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)，在凡口鉛鋅礦得到大量應(yīng)用并取得很好的爆破效果。

大直徑深孔采礦法；礦柱回采；異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)；裝藥結(jié)構(gòu)；最大段藥量

0 前 言

凡口鉛鋅礦自1968年正式投產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)四十多年的開(kāi)采，礦體開(kāi)采范圍從上部淺埋區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)到地下將近900m的深部礦體。自1982年大直徑深孔采礦法在凡口鉛鋅礦試驗(yàn)成功后，經(jīng)過(guò)將近30年的改進(jìn)和發(fā)展，最終形成了以VCR法爆破、VCR法拉槽分層側(cè)向爆破和VCR法拉槽全孔側(cè)向爆破3種崩礦方式為主的采礦工藝［1］。目前，礦山主要回采采場(chǎng)為間柱采場(chǎng)和難采礦體，其中間柱采場(chǎng)回采量占年產(chǎn)礦量的60%左右［2］。而采用大直徑深孔采礦法回采間柱時(shí)，往往會(huì)對(duì)充填體產(chǎn)生破壞，造成礦石的貧化損失，甚至導(dǎo)致充填體跨落?？梢?jiàn)，確保充填體穩(wěn)定性、降低礦石貧化損失是大直徑深孔采礦法回采間柱采場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)［3］。

影響間柱回采充填體穩(wěn)定性的因素主要有采場(chǎng)崩礦方式、爆破規(guī)模、孔網(wǎng)參數(shù)、充填體質(zhì)量、充填體厚度和充填體側(cè)向暴露面積。本文在分析巖石爆破破壞機(jī)理及爆破應(yīng)力波在不同介質(zhì)接觸界面上透射和反射特點(diǎn)性的基礎(chǔ)上，探討異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用。

1 異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)理論

1.1 巖石爆破破壞機(jī)理

巖石爆破破壞機(jī)理主要有2種理論。一是爆炸氣體產(chǎn)物膨脹壓力破壞理論，爆炸氣體產(chǎn)物作用于炮眼壁，在巖石中產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，引起應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)巖石質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向位移，產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力導(dǎo)致徑向裂隙的出現(xiàn)。當(dāng)不同方向上的質(zhì)點(diǎn)位移速度不同時(shí)，巖石中產(chǎn)生的剪應(yīng)力使巖石產(chǎn)生剪切破壞。二是爆炸沖擊波引起應(yīng)力波反射破壞，爆轟波傳到炮孔壁，在巖石內(nèi)產(chǎn)生壓力波，壓力波在自由面或異種介質(zhì)交界面處發(fā)生反射和折射。如果反射拉伸波引起的拉應(yīng)力超過(guò)巖石抗拉強(qiáng)度，巖石便發(fā)生破壞。

巖石爆破破壞時(shí)，以上2種機(jī)理均存在。爆炸氣體膨脹壓力造成的巖石破壞是從爆炸中心向遠(yuǎn)處發(fā)展，而爆破沖擊波引起應(yīng)力波反射造成的巖石破壞是從自由面或異種介質(zhì)交界面向藥包中心發(fā)展。因此，礦巖與充填體交界面附近的礦巖與充填體的破壞主要是爆破應(yīng)力波在2種介質(zhì)交界面發(fā)射的拉伸波引起的。

1.2 爆炸應(yīng)力波在充填體界面的傳播

間柱采場(chǎng)爆破時(shí)，礦巖與充填體交界面處的粘結(jié)強(qiáng)度與礦巖和充填體相比均有所降低。爆炸應(yīng)力波在該異質(zhì)界面上將發(fā)生復(fù)雜的透射與反射，并對(duì)爆炸應(yīng)力波的傳播產(chǎn)生影響。爆炸應(yīng)力波在充填體內(nèi)的反射次數(shù)不僅取決于巖體和充填體的物理力學(xué)性質(zhì)以及充填體的寬度，還取決于邊孔裝藥結(jié)構(gòu)、邊孔距充填體的距離以及爆破藥量等爆源因素。

2 異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)的應(yīng)用

2.1 邊孔空氣間隔裝藥

采場(chǎng)爆破時(shí)影響爆破控制作用和爆破效果的一個(gè)重要因素是裝藥結(jié)構(gòu)。邊孔空氣間隔裝藥技術(shù)一方面可降低爆炸應(yīng)力波的作用，降低炸藥脈沖初始應(yīng)力，減少或避免對(duì)相鄰采場(chǎng)充填體的破壞；另一方面可以增強(qiáng)爆生氣體的膨脹作用，延長(zhǎng)爆破氣體的作用時(shí)間，最終提高爆破的有效能量利用率，使采場(chǎng)礦體得到充分破碎，減少掛壁礦和大塊的產(chǎn)生。

在不同采場(chǎng)應(yīng)用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)充填體質(zhì)量及礦體邊界條件的變化調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)操作可通過(guò)改變裝藥長(zhǎng)度與空氣柱長(zhǎng)度的比值來(lái)調(diào)節(jié)爆破作用，從而達(dá)到改善爆破效果的目的。

破頂爆破和側(cè)崩爆破的邊孔采用空氣間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，不耦合裝藥的線密度為中間排炮孔的50%～80%。炸藥之間采用竹筒間隔，間隔距離根據(jù)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)、礦巖性質(zhì)和充填體質(zhì)量確定。常用的裝藥結(jié)構(gòu)方式有1條炸藥（0.67m）間隔1.0m竹筒和1條炸藥間隔1.5m竹筒。

2.2 邊孔距的確定

爆炸應(yīng)力波在巖體中傳播時(shí)，強(qiáng)度隨傳爆距離的增加而減小。礦體與充填體交界面是一個(gè)非完全自由面，將邊孔與異質(zhì)交界面的距離控制在一定的范圍內(nèi)，可使爆破應(yīng)力波達(dá)到界面時(shí)的應(yīng)力值得到有效地控制。一方面反射拉伸應(yīng)力超過(guò)礦巖的抗拉強(qiáng)度，從而使礦巖得到有效地破碎；另一方面透射壓應(yīng)力值小于充填體的抗拉強(qiáng)度，避免引起相鄰充填體的破壞。因此，確定邊孔至充填體的距離非常重要。

采用大直徑深孔采礦法回采間柱采場(chǎng)時(shí)，采場(chǎng)孔網(wǎng)參數(shù)為（2.0～2.3）m×（1.8～2.2）m（孔距×排距），據(jù)采場(chǎng)礦巖性質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)爆炸應(yīng)力波在異質(zhì)界面?zhèn)鞑サ脑?，并參考礦房采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，凡口鉛鋅礦間柱采場(chǎng)爆破邊孔至充填體的最佳距離為1.0～1.2m。

間柱采場(chǎng)爆破時(shí)，爆炸應(yīng)力波在充填體內(nèi)的透射能力與至藥包的距離關(guān)系明顯，因此應(yīng)增強(qiáng)鑿巖施工管理，確保施工質(zhì)量，使炮孔偏斜率控制在一定范圍內(nèi)。

2.3 最大段藥量的控制

大直徑深孔爆破下，最大段藥量是影響爆破區(qū)域內(nèi)礦巖和充填體穩(wěn)定性的重要因素。在間柱采場(chǎng)爆破過(guò)程中，采用孔間微差及合理的起爆順序，可將最大段藥量控制在一定范圍內(nèi)。

凡口鉛鋅礦間柱回采采用“V”型起爆順序，邊排孔滯后于中間炮孔起爆，使邊孔爆破時(shí)有向采場(chǎng)中間的自由面，從而減少對(duì)充填體的破壞。邊孔與中間孔起爆微差間隔時(shí)間為25～50ms。通過(guò)調(diào)整孔間微差和起爆順序?qū)⒉蓤?chǎng)爆破最大段藥量控制在200kg以內(nèi)。

3 結(jié) 論

（1）采用大直徑深孔采礦法回采間柱采場(chǎng)時(shí)，充填體的穩(wěn)定性是確保安全回采的關(guān)鍵。異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)的應(yīng)用成功地解決了凡口鉛鋅礦間柱采場(chǎng)爆破時(shí)充填體失穩(wěn)的問(wèn)題。

（2）異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)采用邊孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，確定合理的邊孔至充填體的距離，并通過(guò)調(diào)整合理的起爆順序控制最大段藥量，能很好地保護(hù)相鄰采場(chǎng)充填體的穩(wěn)定性。

（3）凡口鉛鋅礦間柱回采時(shí)采用異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)，爆破效果十分理想，爆破大塊率低、粉礦小、塊度均勻、采場(chǎng)邊界整齊、充填體破壞小，保證了間柱安全回采。

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2011－11－23）

姚 曙（1966－），男，湖南益陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事采礦工程研究與管理工作。