小屯南山石灰石礦合理臺階高度的確定

楊勃 陳慶凱 張姝敏

摘 要：臺階高度的確定是露天開采重要工作之一。生產規模、挖掘設備作業技術規格、開采的選別性以及鉆孔直徑、生產管理成本等對臺階高度都有不同程度的影響。結合小屯南山石灰石礦的生產實際情況，經過穿爆成本的計算與分析，同時考慮到挖掘設備的生產效率和作業的安全性，最終確定合理的臺階高度為10m。

關鍵詞：臺階高度 穿爆成本 鉆孔直徑

中圖分類號：X74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0108-02

露天開采時，臺階高度是一個重要的技術參數，臺階高度不但對最終邊坡的形狀、最終邊坡角有著直接的影響，同時，臺階高度與設備生產效率、生產成本有著密切聯系，所以臺階高度確定的是否合理顯得尤為重要。

1 礦山生產現狀

小屯南山石灰石礦為露天開采礦山，生產能力為200 萬t/a，2013年后將擴大到400 萬t/a。采用溜井平硐運輸方式，爆破后的礦石，經汽車短途運輸，卸入采場內的溜井，破碎后由平硐內的膠帶傳送至水泥廠。礦山現有1.6、1.8 m3的挖掘機各一臺，30 t自卸汽車5輛，直徑140 mm潛孔鉆機1臺。

小屯南山石灰石礦密度2.65 g/cm3，堅固性系數f=6～8左右。根據結構面調查、礦巖點荷載強度試驗數據分析以及對巖石普氏硬度系數的計算，小屯南山石灰石礦的礦體較破碎，小裂隙多、巖體節理裂隙較發育；巖石的堅固程度為Ⅲ～Ⅳ，屬于相當堅固到堅固的巖石；根據巖石的普氏堅固性系數和對礦巖波阻抗值的計算可知，小屯南山石灰石礦巖體的可爆性屬于中等，巖體的可鉆性屬于中等。

2 礦山現行爆破參數

臺階高度H：15 m；臺階坡面角：75°～90°；穿孔直徑d：140 mm，成孔后146 mm（穿孔成本：30元/m）；穿孔傾角：85°；穿孔長度L：16.5 m；超深h：1.5 m；填塞長度Ls：3.5 m、4 m、4.5 m；裝藥長度Lc：13.5 m；底盤抵抗線WD：4～5 m；延遲時間：42 ms；孔間距S：6 m；排距B：4 m；炸藥：銨油炸藥（裝藥密度0.825 kg/dm3，延米裝藥量13.8 kg/m，單價：8元/kg）；單孔裝藥量Q：銨油炸藥186kg；單位炸藥消耗量q：0.5175 kg/m3；起爆網路：斜線起爆，逐孔起爆。

3 合理臺階高度的確定

臺階高度取決于生產規模、挖掘設備作業技術參數和開采的選別性。對于開采深度一定的礦山而言，臺階高度取小值時，能夠降低炸藥單耗，但要增加臺階數量，增加穿孔總長度，增加起爆器材消耗量（導爆管雷管、起爆彈等），但總體來講，會降低穿爆單位成本，如圖1所示。圖1中對應的主要爆破參數同前，垂直孔，超深1.5 m，填塞長度 3.5 m，使用奧瑞凱導爆管雷管逐孔起爆方式，每增加一個炮孔需要增加1發孔內管（18 m，39元/發）和1發地表管（7 m，27元/發） ，并增加起爆體（用4卷膠質炸藥自制，每個起爆體質量為0.5 kg，7.175元/個。圖中單位成本增加值指的是每一個臺階高度對應的穿爆成本與臺階高度為6 m所對應穿爆成本的差值。（如表1）

表1中列出了穿爆成本、單位炸藥消耗量與臺階高度關系的具體數據。從表1中可以算出，當臺階高度由15 m降低到10 m時，單位體積穿爆成本將降低0.1322元/m3，單位體積穿爆成本將降低0.2313元/m3。

如果將超深減小到1.2 m，則臺階高度與穿爆成本、單位炸藥消耗量的關系會變為如圖2所示，具體的數據見表2。

從表2中可以算出，當臺階高度由15m降低到10 m時，單位體積穿爆成本將降低0.1927元/m3；當臺階高度由15m降低到8m時，單位體積穿爆成本將降低0.3372元/m3。

如果將起爆用的雷管改為國產的導爆管雷管，每孔內使用兩發，采用孔內延時，地表使用反射四通進行起爆網路聯接，每個炮孔的起爆雷管成本將由66元降低到18.9 元（兩發18 m國產普通導爆管雷管），如圖3所示，具體的數據見表3。

從表3中可以算出，當臺階高度由15 m降低到10 m時，單位體積穿爆成本將降低0.2582 元/m3；當臺階高度由15m降低到8m時，單位體積穿爆成本將降低0.4518 元/m3。

從以上的分析可以看出，適當降低臺階高度可以降低穿爆成本。如果穿爆成本降低0.2 元/m3，南山石灰石礦年產量按75 萬m3（200 萬t/a）計算，則每年可降低穿爆成本15萬元；年產量為150 m3（400 萬t/a）時，則每年可降低穿爆成本30 萬元；如果穿爆成本降低0.45 元/m3，則每年最多可降低穿爆成本67.5 萬元。

小屯南山采用1.8 m3和1.6 m3挖掘機進行鏟裝，對開采的選別性要求低，所以，確定臺階高度的主要因素是挖掘機的作業技術參數。1.8 m3和1.6 m3挖掘機的最大挖掘高度10 m左右，從設備作業效率、成本和安全角度考慮，臺階高度選擇為8～10 m左右較為合理，同時研究也表明，臺階高度為8～12 m時，挖掘機的挖掘效率最高。爆破設計時，鉆孔直徑與臺階高度之間也應保持在一定的比例范圍之內，通常鉆孔直徑應是臺階高度的1/50～1/80，也就是說，臺階高度是鉆孔直徑的50～80倍。小屯南山石灰石礦鉆孔后的直徑為146 mm，臺階高度合理范圍為7.3～11.7 m。綜合考慮，小屯南山石灰石礦合理的臺階高度應在8～10 m之間，為了減少生產循環次數，降低生產管理成本，最終確定臺階高度為10 m。

4 結論

結合小屯南山石灰石礦生產實際，對其爆破參數，主要是臺階高度與穿爆成本之間的關系計算與分析，得出以下結論：（1）臺階高度的選取應綜合考慮礦山生產能力、挖掘設備的作業技術規格、鉆孔直徑和生產管理成本等因素。（2）小屯南山石灰石礦鉆孔直徑146 mm，臺階高度由原來的15 m降低到10 m，每年至少可以降低穿爆成本15萬元。（3）小屯南山石灰石礦臺階高度合理值應是10 m。

參考文獻

[1]胡福祥，蔡鴻起.露天礦臺階高度的優化[J].金屬礦山，1998（2）.