露天深孔臺階爆破布孔工藝探討

余金勇

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

布孔工藝是爆破作業(yè)的第一道工序，雖然布孔施工作業(yè)在整個爆破作業(yè)中所占的勞動強(qiáng)度相對較小，但是它對后序的穿爆施工作業(yè)難度以及對爆破質(zhì)量優(yōu)劣的影響卻非常大。露天深孔臺階爆破作業(yè)過程中科學(xué)合理地把布孔工藝做好可以起到事半功倍的效果。因此，爆破技術(shù)人員在穿爆施工作業(yè)之前根據(jù)爆破設(shè)計認(rèn)真做好布孔作業(yè)是十分必要的。

2 布孔工藝概況

大型露天礦山多使用穿孔直徑為200mm、250mm、310mm等的牙輪鉆機(jī)鉆孔，邊坡預(yù)裂孔多使用穿孔直徑為100～150mm的潛孔鉆機(jī)鉆孔，設(shè)計臺階高度一般為10～15m。目前，德興銅礦露天爆破作業(yè)布孔施工的方法是技術(shù)人員根據(jù)爆破設(shè)計的孔網(wǎng)參數(shù)使用50m長的皮尺人工測量布孔，孔位用竹簽做標(biāo)識。從能量均勻分布的觀點看，三角形布孔較為理想［1］，因此布孔時一般采用多排孔三角形(又稱梅花形)布孔方式。

3 布孔工藝的難點問題

3.1 孔網(wǎng)參數(shù)與巖石性質(zhì)的匹配

爆破區(qū)域巖石的堅固性強(qiáng)度、裂隙、節(jié)理等因素對爆破質(zhì)量的影響非常大。露天采區(qū)面積寬廣，不同爆破區(qū)域的巖石性質(zhì)千變?nèi)f化。因此，采區(qū)不同的爆破區(qū)域的孔網(wǎng)參數(shù)存在不確定性。

3.2 孔位布置是否精準(zhǔn)到位

露天深孔臺階爆破炮區(qū)與炮區(qū)之間的銜接部位常常是大塊與根底產(chǎn)出較多的地方。這主要是由于布孔區(qū)域前方或側(cè)方的已爆破區(qū)域爆破時經(jīng)常會產(chǎn)生后、側(cè)翻或后沖，當(dāng)推土機(jī)清掃工作面后，原來的爆破界線變得模糊不清，此時炮區(qū)間的銜接孔布得超前或偏后都會產(chǎn)生大量的大塊或根底。

3.3 特殊地段布孔工藝的改進(jìn)

露天采礦場存在一些特殊的爆破區(qū)域，如臨近最終邊坡區(qū)域爆破、難爆礦巖區(qū)爆破、采空區(qū)爆破等。在這些爆破區(qū)域布孔作業(yè)時常規(guī)的布孔方式不能滿足爆破質(zhì)量的要求，布孔方式需要進(jìn)一步改進(jìn)。

4 布孔工藝的技術(shù)探討

4.1 孔網(wǎng)參數(shù)的優(yōu)化

4.1.1 孔網(wǎng)參數(shù)與巖石性質(zhì)的匹配

爆破技術(shù)人員在設(shè)計孔網(wǎng)參數(shù)時，應(yīng)充分了解各爆破區(qū)域的巖石性質(zhì)，根據(jù)巖石性質(zhì)的類別選取不同的孔網(wǎng)參數(shù)。對于不同成因的巖石而言，一般地說巖漿巖可爆性較差(對爆破作用的抵抗能力最強(qiáng))，沉積巖和變質(zhì)巖的可爆性較好。巖石的基本性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等因素對爆破效果影響較大。德興銅礦經(jīng)驗孔網(wǎng)參數(shù)與巖石性質(zhì)的匹配見表1。

表1 德興銅礦經(jīng)驗孔網(wǎng)參數(shù)與巖石性質(zhì)的匹配

4.1.2 孔距a、排距b的經(jīng)驗公式

孔距和排距是一個相關(guān)的參數(shù)，在給定的孔徑條件下，每個孔都有一個合理的負(fù)擔(dān)面積［2］，即:

式中:S為單孔負(fù)擔(dān)面積;Q為單孔裝藥量;q1為線裝藥密度;L為鉆孔深度;h0為堵塞長度;q為單位耗藥量;H為臺階高度。

以上經(jīng)驗公式設(shè)計出的孔網(wǎng)參數(shù)要在實踐中調(diào)整、修正、使設(shè)計方案趨于最優(yōu)。

4.1.3 根據(jù)當(dāng)前爆破效果動態(tài)分析優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)

根據(jù)臨近區(qū)域巖石的基本性質(zhì)類似的假設(shè)原理，爆破技術(shù)人員在設(shè)計孔網(wǎng)參數(shù)前充分對布孔區(qū)域周邊已經(jīng)爆破區(qū)域的爆破效果進(jìn)行分析，結(jié)合各爆破區(qū)域的每周大塊率、根底數(shù)統(tǒng)計情況對相應(yīng)未爆破區(qū)域的爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.2 炮區(qū)與炮區(qū)之間銜接孔的布置

清碴或眉線清楚的壓碴布孔時，在保證鉆機(jī)安全的前提下，距離眉線2～3m處布置前排孔，前排孔的布置示意見圖1。

圖1 前排孔臺階剖面圖

當(dāng)布孔區(qū)域銜接界線模糊不清時，如果前排孔布在松方位置上，爆破時前排孔能量向軟弱面泄漏，而第二排孔又不足以克服前方的抵抗線，就會形成大量的大塊或根底。因此，技術(shù)人員在布孔前就應(yīng)采用GPS測量儀定位，測出已爆破區(qū)域的界線后再布孔，使前排孔布置在設(shè)計位置的實方上，避免出現(xiàn)松方孔。

在條件允許的情況下，為了增加一次性爆破量廣泛推廣大區(qū)多排孔微差爆破技術(shù)，適當(dāng)擴(kuò)大爆破規(guī)模，不僅可以減少炮區(qū)間的銜接孔數(shù)，改善爆破效果，而且可以增大爆破規(guī)模以滿足礦山大規(guī)模開挖的需要［3］。

4.3 特殊地段布孔工藝的改進(jìn)

4.3.1 臨近固定邊坡地段的布孔

臨近固定邊坡區(qū)域爆破后要求最終邊坡開挖到位、幫齊底平、安全穩(wěn)定。目前，德興銅礦根據(jù)多年的經(jīng)驗總結(jié)，臨近固定邊坡區(qū)域爆破采取以下布孔方式［4］:

(1)先根據(jù)采區(qū)最終開采境界放點布預(yù)裂孔，預(yù)裂爆破使用CM351-140潛孔鉆機(jī)鉆孔，選用2#巖石乳化藥卷裝藥。預(yù)裂爆破參數(shù)如下:孔深L≈16.5 m(據(jù)頂板高程)，孔距a=1.5m，平均線裝藥密度q線=1kg/m，傾斜角α =65°，單面炮齊發(fā)起爆。

(2)預(yù)裂爆破完畢后，以預(yù)裂孔為基準(zhǔn)線向采區(qū)方向布設(shè)輔助孔1排，緩沖孔1排，以形成期望的坡面角(65°)，并保證坡底不受破壞。

根據(jù)長期的爆破實踐經(jīng)驗，臨近固定邊坡爆破設(shè)計輔助孔孔深為6m，輔助孔孔距為4m，輔助孔距離境界線(即已爆預(yù)裂孔)4m，緩沖孔孔深為15m，緩沖孔距為7m，緩沖孔與輔助孔的排距為4m。以主炮孔孔網(wǎng)(6×8)m2為例，臨近固定邊坡布孔剖面示意見圖2，臨近固定邊坡布孔平面示意見圖3。

圖2 臨近固定邊坡布孔剖面示意圖

圖3 臨近固定邊坡布孔平面示意圖

4.3.2 難爆礦巖區(qū)域的布孔

難爆礦巖區(qū)域爆破多采用寬孔距、小抵抗線毫秒微差爆破技術(shù)，就是在保持炮孔負(fù)擔(dān)面積不變的前提下，加大孔距、減小抵抗線，增大爆破漏斗角，形成弧形自由面，為巖石拉伸破壞創(chuàng)造有利條件，即增大炮孔密集系數(shù)的一種爆破技術(shù)，寬孔距、小抵抗線爆破漏斗角見圖4。

圖4 寬孔距、小抵抗線爆破漏斗角

圖5 側(cè)向?qū)捒拙嗖伎?/p>

因為爆破區(qū)域自由面充分可以有效改善爆破效果，所以難爆礦巖區(qū)域應(yīng)盡量做到少量預(yù)留碴爆破［6］(一般預(yù)留碴5～10m)。布孔的排數(shù)選取要合理，德興銅礦難爆壓碴較厚區(qū)域一般控制在3～4排，清碴區(qū)域可增加至5～6排;在好爆的Ⅲ類巖區(qū)域可增加至6～8排。

4.3.3 采空區(qū)爆破布孔

采空區(qū)爆破需要克服漏藥及爆破能量泄漏等難題。在有地質(zhì)資料的情況下，采空區(qū)布孔可以根據(jù)地質(zhì)資料進(jìn)行放點，避開采空區(qū)或巷道布置孔位;在沒有地質(zhì)資料的情況下，可以先按設(shè)計布孔，然后驗收炮孔時根據(jù)鉆機(jī)作業(yè)情況進(jìn)行補打孔，減少采空區(qū)或巷道對爆破效果的影響。

頂板(側(cè))上方炮孔按保證巷道垮塌所需孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計布置:(1)沿走向中心線在巷道頂板正上方先布1排加密孔，孔底與頂板高差2.5～3.0m。以該排孔作參照定出頂板側(cè)上方炮孔的孔位。(2)頂板側(cè)上方距走向中心線5～6m(不大于6m)處左右對稱各布1排加密孔，孔底與巷道頂板高差≤2.5～3.0m。(3)同面炮其余炮孔的布置:以頂板(側(cè))上方炮孔作參照，相鄰孔孔(排)距調(diào)整為6～7m，然后逐漸過渡到標(biāo)準(zhǔn)深孔臺階爆破孔網(wǎng)模式。

5 布孔工藝的展望

目前多數(shù)露天礦山的布孔作業(yè)仍需要現(xiàn)場測量放點來實現(xiàn)，效率低，精度差，影響穿孔作業(yè)的效率和精度。同時，大型露天礦山采區(qū)作業(yè)范圍廣，牙輪鉆機(jī)分布地點分散，由人工檢查反饋作業(yè)精度和參數(shù)效率低、漏洞較多，原有的布孔模式將逐漸不適應(yīng)礦山生產(chǎn)管理精細(xì)化、數(shù)字化的發(fā)展需求。

GPS衛(wèi)星定位技術(shù)在爆破布孔中的應(yīng)用是礦山數(shù)字化發(fā)展的需要。應(yīng)用CAD設(shè)計軟件進(jìn)行精確孔網(wǎng)布置，再應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)實現(xiàn)精確穿孔，然后應(yīng)用爆破模擬軟件進(jìn)行爆破模擬能夠更好的反映爆破技術(shù)人員的爆破設(shè)計思想從而優(yōu)化爆破設(shè)計［7］。進(jìn)行 GPS定位技術(shù)臺階爆破炮孔布置CAD設(shè)計方法的探索是爆破設(shè)計探索的目標(biāo)［8］。露天礦牙輪鉆機(jī)GPS定位穿孔系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)鉆機(jī)自動布孔定位，而且將數(shù)字化礦山建設(shè)引入了一個全新的領(lǐng)域。

6 結(jié)語

布孔工藝是露天礦山爆破作業(yè)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對后序穿爆施工難度及爆破質(zhì)量的影響非常大。在布孔過程中爆破區(qū)域的一些不確定因素需要技術(shù)人員認(rèn)真去分析研究，從而不斷優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)及改進(jìn)布孔方式，以達(dá)到更優(yōu)的爆破效果。隨著數(shù)字化礦山的發(fā)展，技術(shù)人員應(yīng)充分利用計算機(jī)分析軟件及GPS衛(wèi)星定位技術(shù)，使炮孔布置更合理、準(zhǔn)確、便捷，為爆破質(zhì)量的提高創(chuàng)造必要的條件。

［1］于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004:238-239.

［2］劉殿中，楊仕春.工程爆破實用手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004:190-200.

［3］王運敏.現(xiàn)代采礦手冊:上冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2011:759.

［4］周升福.銅廠采區(qū)黃牛前臨近固定邊坡爆破實踐［J］.銅業(yè)工程，2011(1):20-22.

［5］王根濤，郭遠(yuǎn)超，馬力，等.逐孔爆破技術(shù)布孔方式研究［J］.露天采礦技術(shù)，2012(1):21-23.

［6］查克兵.優(yōu)化爆破設(shè)計-提高難爆礦巖爆破效果［J］.有色礦山，1999(增刊):12.

［7］崔寒松，楊軍，余德運，等.GPS在礦山爆破設(shè)計及施工中的應(yīng)用［J］.爆破，2013(2):106-109.

［8］王祥厚，楊用華，王作強(qiáng)，等.臺階爆破爆堆的計算與模擬的探討［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2000(7):41-42.