光面爆破在煎茶嶺鎳礦的應用

陳建新　楊陸海　周　旭

(陜西煎茶嶺鎳業有限公司)

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光面爆破在煎茶嶺鎳礦的應用

陳建新楊陸海周旭

(陜西煎茶嶺鎳業有限公司)

摘要煎茶嶺鎳礦井下礦巖松軟破碎，節理裂隙發育，采用普通爆破技術，采礦進路成型差，周邊圍巖破壞嚴重，后期支護工作量較大；由于超欠挖嚴重，對臨近進路的掘進質量也造成影響；三期進路一般采礦吃灰量較大，加劇了礦石貧化。為此采用了光面爆破技術，在2個采礦中段各選擇有代表性的4條進路進行反復試驗，不斷調整掏槽方式及周邊眼眼距、裝藥結構等參數，最終確定了一組符合礦山的光面爆破參數，進路規格得到控制，礦石大塊率極大下降，炸藥單耗從1.74 kg/m3下降至1.25 kg/m3，眼痕率從5%左右上升至30%，整體爆破效果明顯提升。

關鍵詞光面爆破裝藥結構炮孔堵塞毫秒延期炸藥單耗

煎茶嶺鎳礦礦巖多以滑鎂巖、菱鎂巖、葉蛇紋巖為主，巖石松軟破碎，節理裂隙發育。前期生產采用普通爆破技術，炮眼布置、裝藥較隨意，現場工人操作主要以經驗為主，進路成型較差，大塊多，圍巖破壞嚴重，后續支護工作量大，不能保證安全生產。為此煎茶嶺鎳礦積極推行光面爆破技術，尋找符合井下礦巖條件的光面爆破參數，以期控制爆破成巷，降低炸藥單耗，提高爆破效率。

1礦山概況

煎茶嶺鎳礦礦體和圍巖均為深變質超基性變質巖體，以纖膠蛇紋巖和滑美巖為主，多呈破碎塊狀，巖石物理力學性質較差，片理、節理裂隙發育，其中纖膠蛇紋巖柱狀節理發育，滑美巖遇水風化易膨脹。采用下向膠結充填采礦法，礦體平均厚30～40 m，分段高20 m，分層高4 m，分層聯絡道與主斜坡道通過分段聯絡道連通，采礦進路沿礦體走向布置，進路斷面規格為4 m×4 m(寬×高)；鉆爆打眼采用YT28氣腿式鑿巖機，鉆頭直徑為41，32 mm，采用2#巖石乳化炸藥及秒延期導爆管雷管。

2原爆破方法存在的問題

(1)周邊孔孔距過大。原采掘爆破的周邊眼間距為600～800 mm，造成爆破后周邊眼之間難以貫通形成理想開挖面，掘進成巷不理想，超欠挖和大塊嚴重。同時由于周邊眼間距大，現場工人通過增加裝藥量以崩落孔間的巖體，因此，加劇了對周邊圍巖的破壞作用，增加了后續二次破碎和支護工作量。合理的周邊眼距是控制開挖輪廓的關鍵。按照光面爆破成縫機理，在炮孔間距選擇合理的情況下，炸藥爆炸過程中，爆轟波、應力波向四周傳播，相鄰周邊眼之間抵抗線最小、應力最為集中，最容易貫通成縫[1]。所有貫通的周邊眼構成預期的開挖結構面，周邊眼距過大，不利于相互貫通，將直接影響到開挖成巷。

(2)裝藥結構不合理。煎茶嶺鎳礦前期周邊孔一直采用軸向連續裝藥結構。實踐證明，存在兩方面問題：一是炮孔裝藥部分周圍巖石過度粉碎；二是炮孔未裝藥部分易產生大塊。間隔裝藥或徑向不耦合裝藥與連續裝藥結構相比，由于空氣層的存在，減弱了爆轟波對孔壁的直接沖擊，從而降低對圍巖結構的損傷，能夠起到保護圍巖和控制爆破成巷的作用，同時由于應力波反射加強，相應增大了應力波的能量和作用時間，爆破破碎效率也得以提高[2]。因此，周邊孔采用連續裝藥結構不適用于井下永久性巷道工程。

(3)炮孔未堵塞。現場操作人員前期對于炮孔堵塞的作用認識不夠徹底，且由于炮泥制作和填塞工藝耗時費力，現場基本不堵塞炮孔。研究表明，炮孔堵塞可以延長爆轟氣體在孔壁上的作用時間，避免爆轟氣體過早逸出孔外，能夠促進礦巖破碎，提高爆破效率[3]。根據經驗統計，不堵塞炮孔炸藥能力損失增加30%，降低炸藥能量利用率。為順利爆破破碎巖體，增加裝藥量彌補未堵塞炮孔損失爆炸能量，從而加劇了炮孔集中裝藥部位周邊巖體的破壞作用。

(4)掏槽效率低。現場采用桶型掏槽，眼間距為100～150 mm,眼數為7個，其中外圍6個眼不裝藥，呈梅花型布置，中間為同徑的裝藥孔。煎茶嶺鎳礦礦巖堅固性系數為6，屬于極軟巖石。長期生產實踐分析認為，該掏槽方式對于節理裂隙極為發育的軟巖來說不夠合理，存在眼距過密、眼數偏多等問題，致使掏槽效率偏低。

(5)延期雷管選用不當。前期采用秒延期導爆管雷管起爆，延時精度低，延期間隔長，由于爆破分段次數多，且分次爆破相互獨立，造成爆破震動、爆破應力波對周邊巖體及支護結構破壞次數增多，破壞等級加大，人為加劇爆破對周邊巖體的破壞作用，增加安全風險。

3光面爆破設計

3.1掏槽形式

井下小斷面掘進一般采用楔形和桶形掏槽居多，一直以來煎茶嶺鎳礦主要采用桶形掏槽，且工人操作熟練，故掏槽形式未做改動，將孔距調整為400 mm，掏槽孔調整為5個，中間空孔裝藥改為四周孔裝藥，掏槽眼深2.3 m，掏槽方式見圖1。

圖1　掏槽方式示意(單位：mm)

3.2周邊眼間距

確保相鄰周邊眼間距a不大于光爆層厚度W是孔間貫通的基本要求。工程經驗認為周邊眼的裝藥集中度m(a/W)為0.6～1.0最佳。根據現場試驗，周邊眼距選為500 mm，光爆層厚度選為600 mm，所以周邊眼密集系數m=0.8，則4 m×4 m的矩形斷面周邊眼共計32個。

3.3炮孔布置

掏槽眼與周邊眼確定后，輔助眼將根據其抵抗線在剩余位置上均勻布置。根據《采礦手冊》，自掏槽位置向四周取輔助眼抵抗線依次為500,600,700 mm，即設3圈輔助眼，孔距為560～700 mm，輔助眼總計28個，設計總裝藥炮眼數目為64個。 炮孔布置見圖2。

3.4裝藥結構及炮孔填塞

采用φ32 mm藥卷，2#巖石乳化炸藥，單個藥卷重150 g,炮孔直徑為42 m，眼深2 m。按照光面爆破技術要求，將連續裝藥結構改為間隔裝藥，間隔藥卷之間采用普通導爆索連接，孔底加強裝藥。根據礦巖特點確定單孔裝藥2卷，孔底一卷，另一卷橫切為等長的2段，分為3段藥卷間隔裝藥。采用合格炮泥填塞炮孔，填塞長度不小于0.4 m。裝藥及填塞示意見圖3。

3.5裝藥量計算

(1)單炮循環計算總裝藥量為[4]

圖2　原巖頂板進路及有混凝土頂板一期

圖3　周邊眼裝藥及堵塞示意(單位：mm)

(1)

式中，q為炸藥單耗，參考《采礦工程設計手冊》，按照1.2～1.3 kg/m3計取；s為掘進斷面面積，16 m2；L為單炮循環進尺，2 m；η為炮孔利用率，取90%。

計算得出總裝藥量Q=34.6～36.4 kg。

(2)掏槽眼裝藥孔數為4，每孔0.2 m藥卷數量X1為

(2)

式中,lt為掏槽眼深度，2.3 m;k為裝藥系數，取0.7;其他符號意義同前。

計算得出單孔掏槽眼裝藥卷數X1=7，掏槽眼總裝藥量為28卷，共計Q1=4.2 kg。

(3)周邊眼數為32個。周邊眼的藥量采用線裝藥密度Δ計算，參考《采礦設計手冊》及煎茶嶺鎳礦前期參數，Δ取0.15 kg/m，則每孔0.15 kg/卷的藥卷數X2為

(3)

式中，l為周邊眼深度，2 m。

計算得出單孔周邊眼裝藥卷數X2=2，共裝64卷，總計裝藥量Q2=9.6 kg。

(4)原則上輔助眼單孔藥量按照剩余的面積，考慮抵抗線距離和孔眼間距均勻布置并加以調整即可。輔助孔裝藥量為

(4)

計算得出Q3=20.8～22.6 kg.

輔助眼28個，則單孔藥量為0.74～0.81 kg，即藥卷數為4.9～5.4卷。對于單孔線裝藥密度取值也可參考長江科學院的經驗公式進行校驗：

(5)

式中，δ為巖石單軸抗壓強度，MPa；a為孔眼間距，mm。

3.6雷管段別選擇

光面爆破技術充分利用毫秒微差原理，相鄰段位雷管之間毫秒級的延期起爆間隔使得前后段位藥包爆破產生的地震波錯位抵消，極大地降低爆破震動[5](即對圍巖的損傷)的同時，前后起爆的塊石相互碰撞，促進礦巖破碎和減少飛石，且前段起爆孔為后段提供自由面，爆破效率高，炸藥單耗少。為此將前期使用的秒延期雷管改為毫秒延期導爆管雷管，同時采用孔內延時的方式，按照“首段炮孔起爆前其余各段炮孔中起爆雷管均獲得激發能量而被點燃，確保首段雷管爆炸時引起的飛石、震動不會破壞整個網絡[6]”的原則及“掏槽眼—輔助眼—周邊眼的起爆順序”進行雷管段別選擇。在各孔內采用分段毫秒延期雷管，孔外采用瞬發雷管起爆。孔內雷管段別為1，3，5，7，9，11，13，15共計8個段位。光面爆破設計參數見表1。

表1　光面爆破設計參數

3.7施工注意事項

(1)掏槽部位爆破夾制作用大，應較其他眼深0.2～0.3 m，一般裝藥量也較其他孔多20%左右。

(2)周邊孔若完全垂直掌子面，爆破后掌子頭整體斷面變小，為此要求周邊眼施工應向輪廓線外有所偏斜，偏斜度不大于5°為宜，也可方便下循環打眼。

(3)炮孔填塞要采用合格炮泥，不可采用輕質、可燃、塊狀的材料；填塞長度要求不小于0.4 m。

(4)在混凝土頂板進路掘進時，為保護上部充填體頂板，不打頂眼(48#～56#)，將23#～27#輔助眼作為頂眼裝藥。

4爆破效果

實施光面爆破后，爆破震動明顯減弱，大塊率極大下降，地表二次處理大塊的工作量大大減少，兩幫眼痕明顯，成巷效果顯著。原爆破掘進基本無眼痕或偶有眼痕，眼痕率不到5%，且爆破對圍巖的損傷較大，必須采用單層噴錨網支護兩幫。目前掌子面巖石極為破碎的進路眼痕出現少，但是整體規格明顯，而節理裂隙相對較少、礦巖整體性相對較好的進路眼痕非常明顯，單幫能夠出現4～6個眼痕，眼痕率已超過設計預期的30%。光面爆破效果見圖4。

圖4　光面爆破后的幫部眼痕

5結語

通過研究煎茶嶺鎳礦前期采掘爆破中的問題，逐一改變裝藥結構、起爆器材、堵塞方式等，并對凸顯光面爆破技術特點的周邊眼間距和光爆層厚度進行多次試驗分析，最終確定了符合煎茶嶺鎳礦的光面爆破參數。目前，炸藥單耗從1.74 kg/m3下降至1.25 kg/m3,眼痕率從5%左右上升至30%以上，大塊率明顯降低，爆破后巷道輪廓得到了較好的控制，整體爆破效果增進明顯，對同類礦山具有借鑒作用。

參考文獻

[1]顧義磊,李曉紅，杜云貴，等.隧道光面爆破合理爆破參數的確定[J].重慶大學學報,2005,28(3)：95-96.

[2]陸玉根,陳建宏，肖晨，等.全斷面光面爆破快速施工技術[J].礦業工程研究，2011,26(3)：2-3.

[3]楊陸海,周旭,林強，等.煎茶嶺鎳礦爆破參數的優化[J].采礦技術，2012,12(6)：73-75.

[4]左宇軍,王茂玲.光面爆破裝藥量的確定[J].礦業研究與開發,2001(S1)：6-8.

[5]肖永勝.軟巖巷道光面爆破施工技術[J].采礦技術,2007,7(2)：97-98.

[6]王旭光.爆破設計與施工[M].北京：冶金工業出版社，2013.

The Application of Smooth Blasting in Jianchaling Nickel Mine

Chen JianxinYang LuhaiZhou Xu

(Shaanxi Jianchaling Nickel Company Co.,Ltd.)

AbstractUnder Jianchaling nickel mine, the ore-bearing rock is loose and broken, the joints and fissures are developed, the ordinary blasting technology is adopted, however, the mining entrance shape is poor, the surrounding rock damage is serious, the later supporting workload is large; due to the over-break or under-excavation is serious, which affect the excavation quality of the adjacent mining entrance; in general, the fly ash accommodation of third phase of mining entrance is large, which aggravate the ore dilution. The smooth blasting technology is adopted, the four typical mining enhances is selected respectively from the two mining sections are tested repeatedly to adjust the cutting mode and the parameters of hole spacing of the surrounding cutting holes and charging structure constantly, a set of smooth blasting parameters is obtained, therefore, the mining enhance size is controlled effectively, the rate of large ore lowers significantly, the explosive unit consumption is lowed from 1.74 kg/m3 to 1.25 kg/m3, the percentage of borehole vestiges is increased from almost 5% to 30%, the whole blasting effect is improved effectively.

KeywordsSmooth blasting, Charging structure, Hole plugging, Millisecond delay, Explosive unit consumption

(收稿日期2015-11-11)

陳建新(1986—),男,工程師, 碩士，724308 陜西省漢中市略陽縣何家巖鎮。