晉寧磷礦楊梅山區(qū)域高臺階深孔爆破設(shè)計及應(yīng)用

唐俊瑞

（云南磷化集團(tuán)有限公司晉寧磷礦，云南 昆明 650607）

0 引 言

近年來，隨著露天礦開采向深部的推進(jìn)，礦體頂板出露巖石量急劇增大，且風(fēng)化較低，硬度較大，主要為石英砂巖及含礫石英砂巖、白云巖、夾泥質(zhì)白云巖、泥質(zhì)巖等，f＝5～8.由于產(chǎn)能要求和工作面條件影響因素，采用小孔徑、小孔網(wǎng)參數(shù)、低臺階爆破技術(shù)，從爆破進(jìn)度、爆破效果、成本控制上不能充分滿足生產(chǎn)的需求.為能提高穿爆施工進(jìn)度，改善爆破效果，有效控制爆破成本，在巖石性質(zhì)、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、鏟裝設(shè)備及采用爆破技術(shù)條件滿足的情況下，采用增加炮孔鉆鑿深度（臺階高度），合理調(diào)增孔網(wǎng)參數(shù)，在安全允許的條件下，相應(yīng)加大單孔裝藥量，達(dá)到增大一次爆破巖石量、改善爆破效果、提高鉆機(jī)穿孔效率、降低鉆機(jī)油耗，減少成本具有重要意義［1－4］.

1 高臺階深孔爆破設(shè)計及鉆鑿設(shè)備選型

高臺階深孔的鉆孔深度為15m.

1.1 鉆孔形式選取

露天深孔爆破的鉆孔形式一般分為垂直孔和傾斜深孔，單一從爆破效果來看，斜孔優(yōu)于垂直孔，主要是斜孔的抵抗線均一；但鉆鑿斜孔的技術(shù)操作比較復(fù)雜，孔的長度相應(yīng)比垂直孔長，而且裝藥過程中易發(fā)生堵孔.為方便鉆機(jī)操作，提高鉆孔速度，因此，采用垂直布孔.

1.2 布孔方式

布孔方式有單排布孔和多排布孔兩種.多排布孔又分為方形、矩形、三角形（梅花形）三種.布孔方式的合理選擇，可為爆破創(chuàng)造良好的條件，爆破效果好，大塊率較低；反之，則爆破條件相對較差.根據(jù)對比，采用三角形交錯布置炮孔可以使炸藥能量分布均勻，減少根底大塊，還能更好地調(diào)整爆破實際密集系數(shù)；因此，采用三角形（梅花形）.

1.3 鉆機(jī)選型

采用柱齒類潛孔鉆，山特維克（DI500）鉆機(jī)，孔徑152mm，單根鉆桿長度L＝5m.其主要特點為：

①沖擊的鑿入能量不經(jīng)鉆桿而直接傳遞到鉆頭，能量損傷小.

② 沖擊器工作中以強(qiáng)吹高壓氣體方式，排出孔底的巖渣，效果顯著，有利于提高鑿巖速度；

③沖擊器置于孔底，方向定位好，一般不會出現(xiàn)斜孔或彎孔現(xiàn)象；

④可在節(jié)理、破碎巖體中作業(yè)，適用范圍廣，可打直孔，也可打傾斜孔.

2 爆破參數(shù)

2.1 炮孔直徑d

爆破的孔徑大小主要取決于鉆機(jī)類型、臺階高度和巖石性質(zhì).晉寧磷礦主要使用潛孔機(jī)，鉆機(jī)孔徑大小為φ152mm，φ140mm，φ110mm，φ102 mm幾種.根據(jù)現(xiàn)有鉆機(jī)型號情況，同時考慮到孔徑越大，越有利于炸藥的穩(wěn)定傳爆和達(dá)到理想爆轟，利于充分釋放炸藥能量從而提高延米爆破量.因此，此次深孔臺階爆破實驗采用山特維克D1500潛孔鉆機(jī)，孔徑φ152mm.

2.2 鉆孔深度L與超深Δh

鉆孔深度由臺階高度和超深確定.臺階高度一般采用10～12m臺階，也有采用15～20m高臺階，臺階高度的取值大小主要考慮為鉆孔、爆破和鏟裝創(chuàng)造安全和高效率的作業(yè)條件，主要取決于鏟裝設(shè)備選型和礦巖開挖技術(shù)條件.根據(jù)我礦現(xiàn)有鏟裝設(shè)備型號和開挖技術(shù)，同時考慮充分發(fā)揮鉆機(jī)效率，增大一次爆破巖石量，加快爆破作業(yè)進(jìn)度，改善爆破效果，確定開挖臺階高度為14m.超深是指鉆孔超出臺階底盤標(biāo)高的那一段孔深，其作用是用來克服臺階底盤巖石的夾制作用，使爆破后不留殘根，而形成平整的底盤.超深選取過大，將造成鉆孔和炸藥的浪費，增大對下一個臺階頂盤的破壞，使下臺階鉆機(jī)穿孔時易塌孔；并且會增大爆破地震波的強(qiáng)度；超深不足將產(chǎn)生根底或抬高底盤的標(biāo)高，而影響裝運工作［5］.超深值與巖石堅硬程度、炮孔直徑、底盤抵抗線有關(guān)［6］，其值可按下式確定：

經(jīng)計算Δh＝1.52～2.28m或者Δh＝0.99～3.15m.

在堅硬巖石中爆破，系數(shù)取大值；相反在硬度較小巖石中爆破，系數(shù)取小值.根據(jù)實踐經(jīng)驗，確定超深為1m.

鉆孔深度L、臺階高度H、超深Δh滿足下列關(guān)系式：

式中，L為炮孔深度，m；H 為臺階高度，m；Δh為超深，m.

綜合確定鉆孔深度L＝15m.

2.3 底盤抵抗線W1

底盤抵抗線是指從臺階坡底線到第一排孔中心軸線的水平距離.它是一個重要的爆破參數(shù)，過大的底盤抵抗線會造成根底多、大塊率高、后沖作用大；過小則不僅浪費炸藥、增大鉆孔工作量，而且易產(chǎn)生飛石危害.底盤抵抗線的大小與炸藥威力、巖石可爆性、巖石破碎塊度要求以及鉆孔直徑、臺階高度和坡面角等因素有關(guān).為了克服爆破時的最大阻力，避免臺階底部出現(xiàn)“根底”，一般都采用底盤抵抗線作為爆破參數(shù)設(shè)計的依據(jù).按照深孔鉆機(jī)安全作業(yè)的要求，底盤抵抗線W1應(yīng)滿足下列關(guān)系：

式中，W1為底盤抵抗線，m；α為臺階坡面角，（°），α＝65°；H 為臺階高度，m；H＝14m；B為鉆孔中心至臺階坡面頂邊的安全距離B＝2.5m.）

代入取值，可得W1＝9.03m.

根據(jù)爆破實踐經(jīng)驗，底盤抵抗線與臺階高度H 之間存在如下關(guān)系，W1＝（0.6～0.9）H 或W1＝8.4～12.6m且滿足，巖石堅硬，臺階高度小，系數(shù)取小值；反之，系數(shù)取大值.綜合上述計算，確定底盤抵抗線W1為9.0m.

2.4 孔距a和排距b的取值

孔距（a）是指同一排深孔中相鄰兩鉆孔中心線間的距離.對于孔距a值，一般都按下式確定.a＝M Wd（式中：a為孔間距，m；M為炮孔鄰近系數(shù)，）為了獲得良好的爆破條件，可取M＝0.7～0.85；經(jīng)計算a＝6.3～7.65m；根據(jù)實踐經(jīng)驗取a＝7m.由于在布置鉆孔時，通常使所有鉆孔的間距都是相等的，因此不難列出孔排距b的計算公式為

為了獲得良好的爆破效果，國內(nèi)外普遍采用大孔間距、小排距的方式，再考慮到每孔裝藥量，經(jīng)現(xiàn)場測定為16.5kg／m及保證填塞高度L′，最終確定孔排距b＝5.5m.

2.5 填塞長度L′

填塞高度是一個重要的爆破參數(shù)，堵塞長度關(guān)系到堵塞工作量的大小、炸藥能量利用率和空氣沖擊波的危害程度.合理的堵塞長度應(yīng)能防止爆炸氣體產(chǎn)物過早地沖出孔外，同時又使臺階上部巖石能得到充分破碎.根據(jù)經(jīng)驗，按底盤抵抗線Wd的大小，填塞高度滿足：

L′＝（0.5～0.75）Wd或L′＝4.5～6.75m再按照《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定，填塞高度不小于孔深的，因此L′取≥5m.

2.6 炸藥單耗q

影響單位炸藥消耗量的主要因素有巖石的可爆性、炸藥特性、自由面條件、起爆方式和塊度要求.因此，選取合理的單位炸藥消耗量，一般需要通過多次試驗或經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐來驗證.采用下列公式

式中：r為巖石容重；f為普氏系數(shù).

結(jié)合我礦生產(chǎn)實踐，經(jīng)過多次試驗，綜合確定q＝0.33kg／m3（可視現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整）.

3 典型爆破分析

此次爆破位于東二采118～119勘探線，2310 m水平（東采區(qū)東擴(kuò)區(qū)域，楊梅山地帶），總設(shè)計孔數(shù)99個，爆破點距民房650m，采用網(wǎng)絡(luò)管微差爆破.

3.1 穿孔設(shè)備選型

主爆區(qū)炮孔采用山特維克DI500鉆機(jī)穿鑿，孔徑152mm.

3.2 臺階爆破參數(shù)

①炮孔深度和超深：炮孔深度L＝15m

超深Δh＝1m

②底盤抵抗線：W1＝9m

③孔距和排距：孔間距a＝7m排間距b＝5.5m

④填塞長度：L′取≥5m

⑤炸藥單耗q＝0.33kg／m3，平均單孔裝藥量189kg，總炸藥量18711kg.

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

主爆區(qū)采用連續(xù)集中裝藥，為保證每孔炸藥可響性，采用雙管連線，先往炮孔（經(jīng)檢查為干孔）內(nèi)裝入蓬化炸藥，裝到一定高度的時候，將起炮雷管反向插入直徑為70mm的巖石乳化炸藥卷內(nèi)，然后將網(wǎng)絡(luò)管纏繞在藥卷柱壁上，放入炮孔內(nèi)，再放入蓬化藥，然后再將起炮雷管正向插入直徑為70mm的巖石乳化炸藥卷內(nèi)，將其纏繞在藥卷柱壁上放入孔內(nèi)，再裝藥（見圖1）.

圖1 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Charge structure schematic diagram

3.4 起爆網(wǎng)路

采用網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)爆管連接逐孔爆破技術(shù)，地表孔間延時65ms，排間延時為：

1排與2排，微差：17ms；2排與3排，微差：（17＋65）ms；3排與4排，微差：（17＋65＋65）ms；4排與n排，微差：［17＋65＋65＋（n－2）65］ms；孔內(nèi)延時500ms；如圖2所示.

圖2 爆破設(shè)計網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.2 Blasting design network diagram

3.5 爆破振動速度的驗證

根據(jù)大量實測資料證實，質(zhì)點振動速度與一次爆破的裝藥量大小，測點至爆源的距離、地質(zhì)地形條件和爆破方法因素有關(guān)［7］.根據(jù)現(xiàn)場對主爆區(qū)周邊地質(zhì)地形條件進(jìn)行察看，資料收集分析，地質(zhì)條件屬堅硬巖石，K取150，衰減指數(shù)a取1.5.計算對采區(qū)周邊最近村莊震速（最大響藥量，由于采用逐孔爆破技術(shù)，Q＝189kg）為：

通過驗算得出結(jié)論：單孔裝藥量增至189kg，地震波到達(dá)爆源距最近村莊的質(zhì)點振動速度為0.11cm／s，小于土坯房、毛坯房質(zhì)點振動安全允許速度，不會對采區(qū)周邊民房造成影響.

3.6 爆破效果

此爆區(qū)爆破后，靠近邊坡邊沿，設(shè)置了保護(hù)孔，拉縫明顯，沒有對東邊坡造成影響.爆堆隆起1.2～2.0m，巖石塊度破碎較均勻，大塊率控制在3%～5%以內(nèi)，巖石破碎塊度及深度滿足鏟裝要求，爆破效果比較理想，達(dá)到了預(yù)期效果［6］.

4 原爆破技術(shù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

炮孔深度和超深：炮孔深度L＝10m

超深Δh＝0.8m

底盤抵抗線：Wd＝5.0m

工作臺階高度（H）：9.2m

孔距和排距：孔間距a＝5m，排間距b＝4.5m

布孔方式：三角形（梅花形）

布孔角度：90°（垂直孔）

填塞長度：L′取≥3.4m

炸藥單耗q＝0.33kg／m3.

5 新舊技術(shù)比較

5.1 鉆機(jī)柴油消耗

根據(jù)實際應(yīng)用過程中，對一定時期內(nèi)生產(chǎn)過程中鉆機(jī)油耗及鉆機(jī)進(jìn)尺量進(jìn)行統(tǒng)計、分析、計算得出：鉆鑿15m孔鉆機(jī)柴油消耗量為1.2kg／m；鉆鑿10m孔鉆機(jī)柴油消耗量為1.09kg／m，僅從每米進(jìn)尺油耗來看，15m孔單米進(jìn)尺油耗偏高.但在鉆鑿總方量一定的情況下，由于鉆孔深度的加深，延米爆破量（孔網(wǎng)參數(shù)）的增大，鉆機(jī)移動時間的減少，降低了巖石爆破單方柴油消耗量.經(jīng)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計、整理、分析計算得出，15m深孔爆破技術(shù)巖石爆破穿孔單方柴油消耗為0.033kg／m3，原10m深孔爆破技術(shù)巖石爆破穿孔單方柴油消耗為0.053kg／m3，巖石爆破穿孔單方柴油消耗降低了0.02kg／m3.鉆機(jī)柴油消耗總成本明顯降低，據(jù)統(tǒng)計柴油消耗成本可降低37.5%，有效節(jié)約了爆破穿孔成本.

5.2 鉆機(jī)效率

經(jīng)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測、分析得出，在作業(yè)平臺條件同等的情況下，鉆機(jī)鉆鑿15m深孔（延米爆破量為35.93m3／m），鉆機(jī)效率為33m／h；小時形成穿爆方量1185.69m3；鉆鑿10m孔（延米爆破量為20.7m3／m），鉆機(jī)效率為38m／h，小時形成穿爆量786.6m3，每小時可多形成爆破量399.1m3.由于延米量的增大，從形成爆破方量（千米進(jìn)尺量）上，大大提高了鉆機(jī)生產(chǎn)效率，加快了穿孔作業(yè)進(jìn)度.

5.3 警戒工作

晉寧磷礦采區(qū)周邊，耕地較多，大多數(shù)在爆破警戒范圍內(nèi)，經(jīng)常有附近村民農(nóng)作，若放炮過于頻繁，會給現(xiàn)場清理、警戒工作帶來困難.每次清理現(xiàn)場需～1h，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度.該項目的實施，降低了爆破頻繁帶來的警戒因難，同時降低爆破對周邊村民的影響，提高了施工進(jìn)度.

5.4 爆破成本

采用15m深孔爆破技術(shù)，炮孔深度（臺階高度）增大，底盤抗線Wd增大，相應(yīng)孔、排間距也隨之增大；在總爆破量一定的情況下，在增大一次爆破巖量的同時，鉆鑿孔數(shù)明顯減少，網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)爆管使用數(shù)量也隨之明顯減少，經(jīng)一定生產(chǎn)時期的統(tǒng)計、分析、計算，新技術(shù)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)管使用數(shù)量可減少62%，每立方爆破量減少網(wǎng)絡(luò)管使用費0.135元.有效降低了爆破器材使用成本［8］.

5.5 對各生產(chǎn)工序的影響

穿孔爆破主要是對礦體圍巖進(jìn)行松動、破碎，使其滿足采裝的要求.穿爆工作的超前進(jìn)行，是采剝生產(chǎn)作業(yè)的必要條件，但較為頻繁的爆破施工又會對采剝作業(yè)的正常進(jìn)行造成一定影響.該技術(shù)方案的應(yīng)用，可避免由于頻繁爆破對采裝、運輸、調(diào)度工序造成影響，減少采裝、運輸、調(diào)度等工序的停頓次數(shù)，提高采剝作業(yè)效率［9］.

6 綜合分析

在同種巖石性質(zhì)、地質(zhì)條件下，兩種爆破技術(shù)設(shè)計方案，測試結(jié)果如表1所示.

表1 不同爆破技術(shù)設(shè)計方案指標(biāo)測試情況Table 1 Different blasting technology design index tests

由表1可以看出，兩種爆破技術(shù)方案相比較，15m深孔爆破技術(shù)與10m深孔爆破技術(shù)比較，鉆機(jī)小時鉆孔進(jìn)尺量略低，但由于延米爆破量的增大，從形成爆破方量上來看，小時穿孔形成爆破實施方量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10m深孔爆破技術(shù)，鉆機(jī)效率得到了充分發(fā)揮.通過數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，這兩種技術(shù)方案15m深孔爆破技術(shù)鉆機(jī)每米鉆孔進(jìn)尺柴油消耗雖然較高，但在總爆破方量一定的情況下，單方巖石鉆機(jī)柴油消耗較低，鉆機(jī)柴油消耗總量減少；數(shù)據(jù)結(jié)果還表明，15m深孔爆破技術(shù)網(wǎng)絡(luò)管使用投入成本明顯降低，單方巖石爆破網(wǎng)絡(luò)管使用成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10m深孔爆破技術(shù).通過上述分析，15m深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用，有利于提高穿爆作業(yè)效率，降低巖石穿孔鉆機(jī)柴油消耗及爆破成本.

7 結(jié) 語

該爆破技術(shù)的推廣應(yīng)用，著重解決爆破施工進(jìn)度、爆破影響、鉆機(jī)穿孔使用成本、鉆機(jī)效率，爆破成本等問題，潛在經(jīng)濟(jì)效益大.與原有爆破技術(shù)相比較，具有很大的低成本優(yōu)勢和實施效應(yīng)優(yōu)勢.但該技術(shù)主要適用于多排孔自由面比較好的區(qū)域臺階爆破，布孔方式采用三角形布孔，起爆順序從鄰近工作臺階坡頂線第一排孔開始起爆，爆破效果較好.爆破圍巖如果只有一個臨空面，兩邊巖石夾制作用較大，且排數(shù)比較少時，爆破效果則達(dá)不到預(yù)期開挖深度和破碎質(zhì)量.

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