淺析銅坑礦采場采礦爆破施工工藝

黃昌全，周祥云，陳德炎

(廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦， 廣西 南丹縣 547207)

0 引 言

礦山采礦工藝[1]由小型生產設備發展到如今中大型設備，已逐步實現大型機械化生產的模式，要實現高效的大型機械化采礦模式，就必須要實現強掘、強采、強出的生產管理模式；“強采”作為礦山“三強”生產模式的重要因素之一，而采場爆破質量則是影響強采的主要因素。要實現高效的采礦生產工藝，解決采場爆破質量問題迫在眉睫。采場爆破質量涉及炸藥性能、出礦管理、裝藥施工、起爆方式等技術管理內容。銅坑礦作為國家特大型地下開采錫礦山，年產錫原礦量達220萬t，采用大型無軌設備采出礦，多中段、多采礦方法聯合開采的方式進行采礦。礦山經過多年采礦技術更新發展，采場爆破質量[2]問題逐步顯現，成為影響銅坑礦井下采出礦工作的瓶頸。為解決這一問題，根據目前采場爆破存在的問題，從炸藥性能、出礦管理、裝藥施工、起爆方式等方面展開分析研究，改進爆破施工工藝，建立一套較為完善的井下采場爆破工藝優化技術方案，從而有效解決了生產過程中的爆破質量問題，提高了礦山生產的經濟效益。

1 采場爆破現狀及裝藥工藝分析

1.1 采場概況及爆破現狀

目前銅坑礦主要回采92號礦體，礦石以層狀礦化節理脈狀礦化為主，其次為團塊狀、結核狀、透鏡狀、浸染狀礦化，礦床中各類礦石均較穩固，礦石抗壓強度為126～156 MPa，礦石鑿巖性差，爆破性好，爆破塊度均勻。

銅坑礦主要采用無底柱分段崩落法和空場法進行回采，采場參數為：分段高度：12～20 m，回采進路寬度：8.5～15 m，回采步距：2.4～3 m，炮孔孔徑為Φ90 mm,炮孔邊角角度21°～52°，孔深一般控制在22～26 m，孔底距為1.1～1.2倍抵抗線。多個采場在回采爆破過程中均出現爆破后裂而不碎，形成立槽、隔板、隔墻，爆破時由于過度擠壓，僅沿炮孔面開裂或形成立槽，礦巖未破碎，出現沖炮、半爆、懸頂等現象[3]。高分段采場和采用束狀孔拉槽爆破時出現帶炮、沖炮、懸頂等情況較多。

1.2 裝藥施工工藝

目前銅坑礦采用BQ-100高風壓裝藥器，人工進行裝藥施工，裝藥密度為0.95～1.0 g/cm3；為增加炸藥的粘性，降低炸藥的返粉率，在巖石膨化硝銨炸藥中添加10.2%的柴油。裝藥施工時，炮孔全孔裝入導爆索，高精度起爆毫秒管捆綁在距孔口2～3 m處的導爆索上，導爆索全部裝入孔內。

1.3 影響爆破質量原因

1.3.1 炸藥性能

巖石膨化硝銨炸藥性能決定其做功能力，影響炸藥性能因素較多，特別是炸藥的孔隙度[4]，影響炸藥是否完全爆轟。在裝藥過程中，添加了10.2%的柴油進行攪拌，柴油滲進巖石膨化硝銨炸藥的孔隙內，導致巖石膨化硝銨炸藥內部孔隙變小，炸藥無法完全爆轟；炸藥起爆感度降低，完全引爆巖石膨化硝銨炸藥并使之達到穩定爆轟所需的最低起爆沖能變大，導致采用8#工業雷管及導爆索不能滿足巖石膨化硝銨炸藥的最低起爆沖能，影響炸藥的正常起爆和爆轟傳播。添加柴油后炸藥的粘性加大，采用高壓風將炸藥裝入炮孔內后，裝藥密度大于0.95～1.0 g/ cm3，超過了最佳裝藥密度，導致炸藥內部的空氣間隙變小[5-6]，影響炸藥正常傳爆，爆速下降，當爆速下降到臨界爆速時，甚至會出現拒爆、半爆、熄爆等現象。炸藥感度降低后，所需的起爆沖能變大，起爆沖能達不到炸藥穩定爆轟所需的起爆能，降低了炸藥的爆速；炸藥所需要的起爆沖能不足，導致炸藥在爆轟傳爆過程中反應不充分，放熱量減少，降低爆熱，爆轟傳播不穩定而降低爆壓，致使炸藥的做功能力降低[7]。加入過量柴油后，炸藥的性能已經發生本質改變，影響炸藥的感度、爆速、爆熱、爆壓、殉爆距離等，降低了炸藥對周圍介質的做功能力，影響采場爆破效果。

1.3.2 設計參數和裝藥施工及出礦管理

采場分段高度20 m，回采進路寬8～12 m，部分孔深達到26 m，排距為2.4 m，孔底距為2.6～2.8 m。部分邊孔由于回采進路較小，孔底部分礦巖炮孔控制不均；同時由于炮孔過深，鑿巖施工難度大，造成施工時炮孔孔底孔徑變小,且易形成弧形孔。

炸藥感度降低后，采用原來的裝藥方式，未加工起爆藥包，加上添加柴油時炸藥攪拌不均勻，致使裝藥密度不均衡，起爆沖能不足，影響炸藥爆速及爆轟的傳爆。

相鄰回采進路在回采爆破時，未按要求同時進行回采，造成同一個采場相鄰回采進路未能均衡出礦。不按等量均衡順序進行放礦[8-9]，破壞放礦橢球體的完整性[10]，廢石提前混入，按截止品位的出礦管理辦法要求，必須進行回采爆破，造成出礦不充分，爆破阻力大，從而影響爆破效果，礦石回收率變低。

2 工藝研究及改進措施

2.1 炸藥性能研究分析

2.1.1 炸藥性能試驗

在施工現場對拌好柴油的炸藥進行取樣，進行油相檢測。同一批次生產的炸藥添加不同比例的柴油，分別進行炸藥性能測試，檢測炸藥爆速、殉爆通過率、雷管引爆主藥卷率等情況。試驗方案見表1。

炸藥性能檢測分析：未加柴油的膨化炸藥檢測時，2組主爆藥卷均可起爆，兩組爆速分別為3311、3247 m/s，3組藥卷殉爆距離測試均可通過3 cm。添加5%柴油檢測時，2組主爆藥卷均可起爆，兩組爆速分別為3333、3311 m/s，3組藥卷殉爆距離均通過3 cm。添加7%柴油檢測時，2組主爆藥卷只有1組可起爆，爆速為1137 m/s，另1組藥卷出現半爆，3組殉爆檢測，主爆藥卷半爆。添加10%柴油檢測時，2組主爆藥卷均出現半爆，未檢測到爆速數據，3組殉爆檢測，主爆藥卷半爆。

用未加柴油的巖石膨化炸藥做主爆藥頭，可引爆添加7%和10%柴油的藥卷。

表1 炸藥試驗方案

2.1.2 試驗結果分析

根據試驗結果，從施工現場取回的樣品和對添加不同比例柴油的炸藥的爆速變化情況、殉爆通過率、雷管引爆主藥卷率見圖1。

圖1 添加不同柴油比例后炸藥性能變化情況

通過對炸藥性能檢測得出，在裝藥施工時炸藥添加柴油比例不得超過5%，添加柴油比例超過5%后，炸藥性能發生急劇變化。

2.2 施工工藝改進措施

2.2.1 改變單孔起爆方式

孔內添加起爆藥包，起爆雷管先引爆起爆藥包，起爆藥包再引爆孔內炸藥，同時全孔都裝入導爆索，導爆索在孔口采用復式網絡連接，形成雙保險起爆網絡。通過加工起爆藥包，增強起爆沖能，全孔裝入導爆索，采用復式起爆網絡，通過增加起爆沖能，穩定爆轟傳播，復式起爆網絡提高網絡傳爆可靠性，消除單孔拒爆現象。復式起爆網絡見圖2。

圖2 起爆網絡

2.2.2 改變裝藥施工方式和加強出礦管理

降低柴油比例后，上向孔裝藥時炸藥返粉大，通過對返粉炸藥收集篩選后重新再利用，減少了炸藥的損失。改變裝藥模式，技術員現場監督[11]裝藥工退裝藥管速度，不得兩人同時退管，嚴防因退管速度不均勻導致裝藥密度不均勻。

同一個采場相鄰回采進路均衡出礦[12]，幾條相鄰回采進路同時進行爆破回采，對每條回采進路出礦量進行統計[13]，根據出礦量和出礦截止品位綜合管理采場出礦，以實現加速出礦端部礦巖的流動性，降低邊孔爆破阻力，從而提高爆破效果。

3 結 論

本文通過對炸藥性能測試，確定炸藥添加柴油的最佳比例，同時通過對起爆方式、起爆網絡及出礦管理等方面的改進；經施工現場試驗，井下采場爆破拒爆、沖炮、立槽、懸頂等現象已經減少，爆破質量得到有效提高。通過總結試驗得出以下主要結論：

(1) 巖石膨化硝銨炸藥添加超過5%的柴油后，炸藥的敏感度、爆速、殉爆距離等性能參數發生急劇變化，炸藥爆炸做功能力下降顯著。在采場爆破時柴油添加比例不得超過5%，以確保炸藥性能穩定。

(2) 采用起爆藥包引爆炸藥，提高起爆沖能，提供足夠的起爆沖能保證炸藥傳爆穩定；全孔裝入導爆索，保證爆轟在孔內正常傳播和起爆同時性，保證孔內炸藥爆轟傳播穩定。

(3) 采場爆破和出礦進行統一管理，建立出礦臺賬，通過均衡出礦增加礦巖的流動性，給擠壓爆破提供有效碎脹空間，降低爆破阻力。

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