回采炮孔布置形式規范化研究

王文波，薛思讀，王建國

（托里縣招金北疆礦業有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

回采炮孔布置形式規范化研究

王文波，薛思讀，王建國

（托里縣招金北疆礦業有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

回采炮孔的布置形式包括炮排的布孔原則以及相鄰炮排之間的協調關系。根據拜神塔姆銅礦無底柱分段崩落法扇形孔爆破的實驗研究成果，對回采炮孔的布置形式進行了改進與研究，以獲得良好的爆破效果，提高生產效率與經濟效益。

回采炮孔；布孔方式；無底柱分段崩落法；扇形孔爆破；爆破參數

爆破的效果在很大程度上取決于爆破參數的選擇。爆破參數包括：炸藥單耗、炮孔的深度、炮孔直徑、裝藥直徑、炮孔數目、底盤抵抗線、孔距與排距、堵塞長度等。合理的炮孔形式應保證：炮孔利用率要高；爆破塊度比較均勻，大塊率較少；爆堆集中，飛石現象少；斷面輪廓符合設計要求，壁面平整并且保證圍巖本身的強度與穩定性。一般情況下，布孔方式分為平行布孔與傾斜布孔2種。充分考慮以上的爆破參數和各種約束條件，結合一定的工程要求，保證炮孔利用率和良好的爆破效果，確定合理的炮孔布置形式。本文結合拜神塔姆銅礦扇形孔爆破的實驗研究成果，對炮孔布置形式進行改進與研究，形成了炮孔布置的標準形式。

1 邊孔角的確定

在無底柱分段崩落法炮孔布置中，炮孔邊孔角是一個非常重要的參數。當邊孔角過大時（一般為70°以上），下分段進路炮孔深度大，裝藥方便，能得到較好的回收率，但是形成的“V”形槽過窄，爆破后的礦石在未爆破礦石面上流動；邊孔角過小（5°～15°）時，下分段進路炮孔深度最小，很有可能產生過度擠壓及邊孔拒爆等現象，并且無法提供碎脹空間，從而不能有效地崩落礦巖，影響下分段礦石的回收，另外存在爆破前清理工作量大、下分段的回采炮孔無法布置到位等缺點。

拜神塔姆銅礦采用無底柱分段崩落法，分段高度為16m，進路間距20m，初步確定的邊孔角為57°。確定邊孔角有3條主要原則為：根據最小抵抗線原則，提供爆破所必需的碎脹空間，使邊孔能夠完全爆破而不受外界的限制，避免產生拒爆或者能量在內部流失，以便達到好的爆破效果；該礦的鑿巖設備比較落后，功率不足，為了減小下分段炮孔的深度，所以邊孔角盡可能取相對小點；保證一定散體流動性的大小，因為流動性對落礦有很大的影響，所以必須保證較小的大塊率。分段邊孔角的爆破條件，由崩落礦石在放出時所形成的坡面角來決定。由于拜神塔姆銅礦的采空區接近頂板時礦石形態比較破碎，為保證周邊礦石能自由放出，確定合理的邊孔角大小為40°～50°，結合減少炮孔的深度以及扇形孔爆破原理的分析，本文確定第一分段進路的邊孔角為45°。

2 爆破邊界條件分析

拜神塔姆銅礦采用了無底柱分段崩落采礦法，扇形中深孔爆破方式，其邊界約束條件如圖1所示。

圖1 爆破邊界示意

2.1 回采爆破形成的邊界

該邊界如圖1中ab、BC與CD線段所示。其中，因為孔底受到夾制作用，所以往往不可能形成直線型邊界，斜交柱狀藥包爆破所形成的邊界（ab）只是一種簡化的結果。由工程爆破理論可知，當巖石越軟時，爆破沖擊波強度衰減速度越快，粉碎帶厚度也就越小。結合拜神塔姆銅礦礦石硬度較軟的特性，在柱狀藥包的爆破沖擊作用下，爆破形成的邊界（BC與CD）處，往往形成厚度一般為3～6倍的炮孔半徑，并且形成較為規整的破碎帶。按4.5倍的炮孔半徑估算，粉碎帶范圍為160mm。可知粉碎帶范圍非常小，僅僅集中在炮孔周圍較小的范圍內，不會擴散到整個被爆礦塊。該邊界上的崩落礦石利于放礦；當上分段放礦結束以后，卻承擔上覆蓋層礦體的散體壓力，不利于孔底的爆破。總之，在保證炮孔不被打透的前提下，布孔時要保證孔深到位，結合抵抗線方向等原則，達到最佳的爆破效果。

2.2 回采進路形成的邊界

回采進路形成的邊界如圖1中AB與DE折線所示，回采進路開挖之前，礦巖處于天然平衡狀態，開掘過程中，開挖破壞了原有的應力平衡，引起應力的重新分布，出現應力集中現象，很有可能導致巷道周邊變形，巷道的變形可以消耗部分應力能量，達到新的應力平衡，同時，巷道周圍一定范圍內的巖體應力狀態的改變，會產生開挖空間的位移甚至破裂，形成巷道散體松動圈。由工程爆破理論可知，巖石越破碎松動，爆破阻力會大大減小，所以回采進路形成的邊界對爆破力度的要求大大降低。結合圖1可知，巷道上部邊界（ef與FG）上一定范圍內，由于巖石破碎松動，對爆破力度要求小，故可適當減少炮孔裝藥量，不僅可以節省炸藥用量，還可以避免炮孔底部過早擊穿。至于孔底部的其余巷道邊界，按照抵抗線方向，可適當加大孔底與自由面的距離，保證爆破阻力的協調。

影響爆破阻力的因素很多，其中散體的松散程度就是一個重要的因素。一般說來，隨著松散系數的增加，爆堆的密度就會降低，對爆破的阻力就會越小。大體說來，由于靠近原出礦口軸線也就是炮排中部部位的松散礦體，松散程度較高，爆堆密度比較小，對爆破的阻力就會越小。相反，越靠近兩側的炮孔的礦堆，松散程度較低，爆堆密度比較大，對爆破的阻力就會越大，也就是說邊孔的爆破阻力最大。另外，為了避免造成“爆破藥壺”現象，邊孔角不能過小，過小會造成邊部炮孔處的礦石進入壓實區域，導致放礦不流通，沿最小抵抗線的方向沒有必要的碎脹空間。因此，邊孔的位置不應低于放礦形成的松動范圍，本文按散體移動范圍來確定合適的炮孔邊孔角。

2.3 實體壁邊界

實體壁邊界如圖中bc、cd、de、af與EF、AG線段所示，與其他兩種邊界相比，對爆破作用的約束力最大，但是不同線段約束程度不相同，這是因為約束程度與炮孔的形成方式有關。由工程爆破理論可知，當沿最小抵抗線有適當的碎脹空間時候，容易實現礦石沿邊界崩開。圖1中af、de與EF、AG 4條線段與柱狀藥包的位置相重合，沿最小抵抗線有適當的碎脹空間，所以這4條線段所示邊界對爆破的約束力相對較小，爆破效果相對更好；由于另外2條線段與柱狀藥包斜交，沿最小抵抗線的適當碎脹空間有限，該線段所示邊界對爆破約束力最大，經常無法實現預期的爆破效果，爆破邊界控制不理想，并且在孔底留下一定數量的殘孔，所以該類炮孔在保證相鄰炮孔間不打透的前提下，應盡量實現超深。

拜神塔姆銅礦經過初步試驗，綜合考慮上述因素所選定的孔底到邊界的距離見表1。

表1 孔底到邊界的距離 m

3 炮孔布置形式

炮孔布置形式基本上有扇形布置和垂直平行布置2種，炮孔布置時遵循3條原則。

（1）最小抵抗線下結合邊界約束條件確定孔底深度的原則。由于三類邊界的爆破阻力各不相同，沿最小抵抗線方向上，每類邊界約束條件下孔底至自由面距離，應根據孔底方向的爆破阻力的大小分別確定。

（2）各炮孔相互平行，孔底落在同一水平上的原則。兩排炮孔之間采用交錯布置，同一排炮孔選擇用相同的邊孔角，保證每排邊孔崩落面整齊，在巷道底板上不留“根底”，保證后分段的布孔，為下分段的炮孔設計提供好的依據，從而取得好的爆破崩礦效果。

（3）炮孔布置采用“抓兩頭，帶中間”原則。無底柱分段崩落法中，碎脹空間的獲得非常重要，邊孔炮眼的位置會影響巖石的碎塊度以及拋擲距離。所以設計邊孔時，將邊孔設計在松動帶以內，以便獲得良好的碎脹松動空間。

扇形孔布置具有炮孔布置靈活、掘進工程量小、總孔深小、鉆機移動次數少等優點，因此拜神塔姆銅礦采用較大的邊孔角的垂直上向扇形孔布置。

無底柱分段崩落法是在覆巖下放礦，因此第一分段進路回采工作的首要目的是形成1個覆蓋層為下分段進路提供前提條件，同時為以下分段的回采進路卸掉一部分礦巖應力，甚至可以采用物理手段誘導頂部礦巖自然冒落。試驗研究得出，拜神塔姆銅礦第一分段進路炮孔布置形式為：設置3排炮孔，抵抗線可取1.8m，邊孔角取45°。

第二分段是在覆巖下放礦。試驗研究得出該分段進路炮孔布置形式為：設置2排炮孔，邊孔角取57°。第三分段開始進入正常回采階段，該階段炮孔布置形式有9孔、8孔及7孔3種布置形式及其相應的裝藥結構。

通過體積公式簡化公式：

式中，q——炸藥單耗，kg／m3；

W——最小抵抗線，m；

S——一排扇形孔的崩礦面積，m2。

計算崩礦分間礦量以及炸藥單耗量，得到3種裝藥炮孔的總長度，列于表2。推薦采用9孔方案與8孔方案。

表2 爆破分間礦量

4 實施效果

（1）拜神塔姆銅礦采用無底柱分段崩落法，按礦石散體流動特性確定的邊孔角為：第一分段出礦時采用45°，覆巖下放礦時采用57°。實際結果證明，采用這一邊孔角可以取得良好的爆破效果。

（2）為了克服最小抵抗線的阻力，增大孔底距（2.5m增到3.5m）后，孔口能量充足，巖石破碎比較均勻，降低了大塊率（由8.0%降到5.6%）和根底率，取得了較好的爆破效果，經濟效果得到改善。

（3）二、三分段進路采用增加密集系數的寬孔距、減少最小抵抗線技術。將每排炮孔多增加1～2個炮孔，增大爆破漏斗角，減少炮孔排數，每排之間形成1個弧形自由面，為巖石的拉伸破壞創造了條件。同時結合礦石散體流動特性以及柱狀藥包的爆破特性，增大了爆破的可靠性。

（4）孔底邊界等于巷道邊界、爆破形成的邊界以及實體邊界三者之和，其對扇形炮孔爆破效果影響重大。拜神塔姆銅礦第一分段進路采用最大值為3.5m的孔底距后，結合實際結果證明，與原先的2.5m孔底距相比，效果得到明顯改善。

5 結 論

在爆破系統中，炮孔的布置形式是一個重要組成部分，且需不斷優化與改進。目前，雖然拜神塔姆銅礦山采用的炮孔布置形式取得了很好的爆破效果，但是還是存在許多不足，比較偏于傳統，也受到機械過于陳舊、工人素質偏低等限制，有待于通過實驗研究進一步優化和改進。無底柱分段崩落法扇形孔爆破的發展可以從以下幾個方面加以改進：

（1）采用不耦合裝藥結構，選擇更加合適的邊孔角、崩礦間距以及孔口堵塞長度；

（2）采用新的鑿巖設備，提高機械程度與鉆孔效率，減少工人勞動強度，采用大直徑中深孔，減少炮孔數量，且采用威力較大的炸藥，減少總用藥量；

（3）采用增加密集系數的寬孔距、減少最小抵抗線技術，選擇更合適的孔距與排距；

（4）減少大塊率，降低爆破作業所產生的貧化。

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2011－12－01）

王文波（1976－），河北魏縣人，工程師，國家注冊安全工程師，高級項目管理師，主要研究方向為礦山安全生產技術管理，Email：wangwb0428＠sohu.com。