光面爆破在凡口鉛鋅礦間柱深孔爆破中的應(yīng)用

孫鵬偉

(中金嶺南有色金屬有限公司凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

光面爆破在凡口鉛鋅礦間柱深孔爆破中的應(yīng)用

孫鵬偉

(中金嶺南有色金屬有限公司凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

凡口鉛鋅礦在間柱采場(chǎng)深孔爆破中,根據(jù)周邊圍巖、礦體和充填體的情況,采用光面爆破方案,在控制采場(chǎng)超采、保護(hù)邊幫充填方面取得了一定的成效。介紹了爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),總結(jié)了爆破的效果及存在的問(wèn)題,并提出了相應(yīng)的建議。

間柱采場(chǎng);光面爆破;深孔爆破;裝藥結(jié)構(gòu)

0 前 言

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 a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。大直徑深孔采礦法具有生產(chǎn)效率高、安全性好、勞動(dòng)強(qiáng)度低、爆破效果好、作業(yè)成本低等優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)礦山中獲得廣泛的應(yīng)用[1]。

凡口鉛鋅礦(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“凡口礦”)礦體經(jīng)過(guò)40多年的開(kāi)采,其開(kāi)采范圍遍布上部區(qū)域到海平面標(biāo)高以下650 m的深部礦體。目前,凡口礦使用VCR法回采的礦體既有主礦體的間柱采場(chǎng),也有深部的間柱采場(chǎng)。采用VCR法回采時(shí),往往會(huì)對(duì)充填體產(chǎn)生破壞,或者對(duì)周邊圍巖和礦體產(chǎn)生超采,造成礦石的貧化損失,甚至可能導(dǎo)致充填體跨落,嚴(yán)重影響后續(xù)的回采作業(yè)的安全,給礦山的安全管理帶來(lái)了諸多隱患。從2008年的18萬(wàn)t技改開(kāi)始,凡口礦對(duì)入窿礦石的品位也提出了較高的要求,因而采礦時(shí)要嚴(yán)格控制礦石的貧化。諸多因素促使凡口礦十分注重深孔爆破時(shí)對(duì)間柱采場(chǎng)周邊充填體的保護(hù)。

影響礦體回采邊幫控制和充填體穩(wěn)定性的主要因素有礦巖結(jié)構(gòu)、爆破方式、爆破規(guī)模、孔網(wǎng)參數(shù)和充填體質(zhì)量、厚度、側(cè)向暴露面積等[2]。結(jié)合已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本文對(duì)光面爆破在凡口礦深孔爆破中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 光面爆破理論

大量研究工作表明,炮孔同時(shí)起爆時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力波在相鄰的兩炮孔連心線(xiàn)中點(diǎn)疊加兩孔間相向產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力變成切向拉應(yīng)力,當(dāng)此拉應(yīng)力超過(guò)巖石本身的抗拉強(qiáng)度時(shí),在相鄰孔的孔壁首先破壞成裂縫;由于爆破后在兩孔中間形成了應(yīng)力波、爆生氣體的疊加帶,遇到孔壁上存在的鉆孔時(shí)形成的微小裂隙,在孔距適當(dāng)時(shí),裂隙就從孔壁開(kāi)始向鄰孔連心線(xiàn)擴(kuò)展;同時(shí),孔內(nèi)爆生氣體高速楔入,加大裂隙的破壞,最終兩孔之間的縫隙貫通。

可以說(shuō)光面爆破的機(jī)理是合理選擇炸藥種類(lèi)、藥量(線(xiàn)裝藥密度)、孔距與最小抵抗線(xiàn)的匹配和不耦合裝藥結(jié)構(gòu),以及在短時(shí)差起爆等條件下,減少?zèng)_擊波作用、延長(zhǎng)應(yīng)力波和爆生氣體作用時(shí)間,以及空孔作用的綜合結(jié)果[3]。

2 光面爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用

2.1 邊排炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)

國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明,間柱采場(chǎng)進(jìn)行深孔回采時(shí),靠近充填體的邊排炮孔不宜采用集中裝藥,而應(yīng)采用空氣間隔裝藥的方式,并控制邊排炮孔和充填體的距離,使爆破應(yīng)力波達(dá)到界面時(shí)的應(yīng)力值得到有效的控制: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的破碎;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[3]。

凡口礦采用深孔爆破回采時(shí),使用的孔網(wǎng)參數(shù)為排距×孔距＝(2.0～2.2)m×(1.8～2.2)m,在主礦體礦巖結(jié)構(gòu)較為破碎的采場(chǎng)可以取大值,在深部礦巖結(jié)構(gòu)好、巖石可爆性差的采場(chǎng)取小值。邊排炮孔與充填體之間的距離一般為1.0～1.2 m,采場(chǎng)圍巖結(jié)構(gòu)不同、周邊采場(chǎng)回采邊界不同,該距離也有一定的變動(dòng),而邊孔的裝藥結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之變化。

2.2 邊孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔裝藥結(jié)構(gòu)的形式直接影響著爆破時(shí)能量在巖層內(nèi)分布情況,從而影響了巖石塊度的形成。與此同時(shí),邊孔的裝藥結(jié)構(gòu)還影響著周邊礦房采場(chǎng)充填體的穩(wěn)定性。為了確保炮孔控制范圍內(nèi)礦巖的有效破碎,同時(shí)降低爆破對(duì)周邊礦房采場(chǎng)充填體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的破壞,防止出現(xiàn)剝落甚至垮塌現(xiàn)象,必須采用控制裝藥的措施。

空氣間隔裝藥通過(guò)減少爆破的初始脈沖壓力、減少爆破時(shí)壓碎區(qū)的能量損失,可以相應(yīng)地提高作用在破碎區(qū)的能量和延長(zhǎng)爆破脈沖壓力的作用時(shí)間,從而增加爆破脈沖沖量的方式來(lái)改善礦巖的爆破效果[4]。邊孔采用空氣間隔裝藥技術(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。

應(yīng)用邊孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)考慮到以下因素:一是周邊礦房采場(chǎng)充填體強(qiáng)度情況;二是周邊礦房采場(chǎng)的開(kāi)采情況,是否存在超采或者欠采情況;三是采場(chǎng)自身礦巖的性質(zhì),包括硬度、裂隙發(fā)育情況等。不同的采場(chǎng)情況下,可以通過(guò)改變裝藥長(zhǎng)度與空氣間隔長(zhǎng)度的比值來(lái)調(diào)節(jié)不同位置藥量分布情況,從而達(dá)到獲取最佳爆破效果的目的。在進(jìn)行側(cè)崩時(shí),有可能因?yàn)樗幜刻蠡蛘邘r層結(jié)構(gòu)較差等原因,一個(gè)采場(chǎng)可能要分幾次進(jìn)行爆破,此時(shí),每次爆破的最后一列也要進(jìn)行空氣間隔裝藥,這樣可以減少爆破對(duì)未爆部分的破壞,保護(hù)后續(xù)作業(yè)的安全。圖1顯示的是裝藥長(zhǎng)度與空間間隔長(zhǎng)度比值變化的幾種情況:左邊是周邊礦房采場(chǎng)充填體邊界規(guī)整、沒(méi)有超采時(shí)的裝藥結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)為每層“1條炸藥+1.0 m竹筒”;中間是周邊礦房采場(chǎng)存在超采、邊界不規(guī)整時(shí)的裝藥結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)為每層“1條炸藥+1.5 m竹筒”;右邊是側(cè)崩時(shí)最后一列炮孔的空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu),最上面采用切割好的半條藥和河沙間隔,可以減少礦石的向后拋擲,減少鏟礦前的安全處理工作量。

2.3 最大段藥量的控制

在間柱采場(chǎng)的深孔爆破中,可以通過(guò)控制最大段藥量的方式來(lái)減少爆破對(duì)周邊巖層和充填體的破壞。國(guó)內(nèi)部分礦山結(jié)合充填體強(qiáng)度對(duì)最大段藥量進(jìn)行過(guò)一些計(jì)算,認(rèn)為爆破對(duì)充填體的破壞作用,應(yīng)以透射壓應(yīng)力作為主要依據(jù)[5]。以此為依據(jù),根據(jù)礦房采場(chǎng)充填體強(qiáng)度的生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù),凡口礦在《生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定深孔爆破的最大段藥量不得超過(guò)500 kg。

圖1 邊孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意

2.4 起爆順序及起爆時(shí)間間隔

凡口礦深孔爆破采用“V”型起爆順序,即每一列中間炮孔先行起爆,邊排炮孔滯后起爆,但又超前于后一列的中間炮孔。這樣的起爆順序可以使邊孔爆破時(shí)在向前自由面的基礎(chǔ)上增加了向采場(chǎng)中間的自由面,也可減少對(duì)充填體的破壞。每一列中間孔與邊孔和邊孔與后一列中間孔的起爆微差間隔時(shí)間為25～50 ms;而采用光面爆破的炮孔之間的起爆微差間隔時(shí)間也為25～50 ms。具體見(jiàn)圖2所示。

圖2 起爆順序示意

2.5 起爆方式

近幾年來(lái),凡口礦深孔光面爆破采用的起爆方式也發(fā)生了一些變化,起初是“孔內(nèi)導(dǎo)爆索+孔內(nèi)兩個(gè)有高精度雷管的起爆藥包”,兩個(gè)起爆藥包分別放置于炮孔的中間位置和孔口位置,起爆藥包是用乳化炸藥制成的Φ＝35 mm的小藥卷,使用該起爆方式時(shí),曾發(fā)生過(guò)因小藥卷質(zhì)量問(wèn)題而引起的拒爆現(xiàn)象。現(xiàn)在的起爆方式為“孔內(nèi)導(dǎo)爆索+孔內(nèi)有高精度雷管的起爆藥包+孔口連接高精度雷管”,孔內(nèi)起爆藥包放置于炮孔中間偏上位置,這樣即使在起爆藥包失效時(shí),依然可以從孔口起爆。

3 取得的成效與總結(jié)

3.1 光面爆破取得的成效

(1)采用深孔采礦法回采間柱采場(chǎng)時(shí),通過(guò)光面爆破中空氣間隔裝藥、合理調(diào)整邊排炮孔設(shè)計(jì)參數(shù)、控制最大段藥量、合理確定起爆順序與起爆間隔等措施,降低了爆破對(duì)充填體的破壞,保護(hù)充填體的穩(wěn)定性。

(2)間柱深孔爆破采用光面爆破后,爆破效果比較理想,根據(jù)采場(chǎng)的實(shí)際情況合理調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu),取得了大塊率低、塊度均勻、邊界平整的良好效果。

3.2 不足之處與改進(jìn)措施

(1)對(duì)于深孔爆破來(lái)說(shuō),炮孔施工質(zhì)量直接影響了爆破效果,炮孔偏斜率超出合格范圍、炮孔中巖層情況記錄不準(zhǔn)確等情況會(huì)給爆破設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)不利的影響,使爆破脫離實(shí)際情況,可能導(dǎo)致充填體局部破壞甚至是垮塌。

(2)深孔爆破采用了導(dǎo)爆索全孔起爆的方式,由于炮孔直徑大于炸藥直徑,因此在孔內(nèi)有水的情況下,可能發(fā)生炸藥沒(méi)有接觸到導(dǎo)爆索的情況,這樣可能導(dǎo)致炸藥不能起爆,造成爆破事故。

(3)由于采用人工裝藥,作業(yè)人員的技能也影響著裝藥的質(zhì)量,從而影響到爆破效果。

對(duì)于上述的這些不足之處,凡口礦也采取了一些改進(jìn)措施,制定了相應(yīng)的管理方案,有針對(duì)性地對(duì)作業(yè)人員和施工設(shè)備進(jìn)行調(diào)配,提高各項(xiàng)作業(yè)的施工質(zhì)量,保證深孔爆破作業(yè)流程的順利進(jìn)行。

[1]史秀志,邱賢陽(yáng),等.凡口鉛鋅礦無(wú)底柱深孔后退式崩礦嗣后充填采礦法[J].采礦技術(shù),2011,11(4):11-12.

[2]姚 曙.異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2012,12(1):1-3.

[3]鈕 強(qiáng).巖石爆破機(jī)理[M].沈陽(yáng):東北工學(xué)院出版社,1989.

[4]劉穎歆.空氣間隔裝藥在銅綠山礦深孔爆破中的應(yīng)用[J].爆破,1998(2):55-58.

[5]柯震宇.安慶銅礦礦柱爆破最大單響藥量的選擇探討[J].有色金屬(礦山部分),1999(2):23-32.

2012-03-15)

孫鵬偉(1986-),男,河南鄭州人,助理工程師,從事采礦技術(shù)管理工作,Email:winterspw@163.com。