露天爆破大塊產生的原因分析及解決措施

麥宗華　郎啟富

(玉溪大紅山礦業有限公司)

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露天爆破大塊產生的原因分析及解決措施

麥宗華郎啟富

(玉溪大紅山礦業有限公司)

摘要爆破作業是露天采礦的重要組成部分，爆破效果的好壞直接影響挖掘運輸作業，爆破效果不好，產生根底和大塊，增加二次爆破與機械破碎工作量，導致采礦生產成本增高。因此，控制露天爆破大塊率與避免根底的產生，對提高生產效率，節約采礦成本，保證生產安全意義重大。

關鍵詞露天爆破大塊率對策

露天采場爆破大塊率是衡量爆破效果好壞的重要指標。2011年，玉溪大紅山礦業公司380萬t/a的露天采場出現了爆破大塊超標的問題，為此，對該露天采場910～895m平臺的A33～A34線爆破進行了深入研究。通過收集相關回采、爆破參數，并根據生產實際進行分析，制定相關措施，以解決大塊率過高的問題。

1　地質概況

該采礦爆破巖石為白云石大理巖、變質鈉熔巖、凝灰巖、綠泥輝長輝綠巖、角礫石，礦石為低品位熔巖鐵礦。該區域礦巖節理裂隙發育程度一般，f=8～10，屬中等穩固和穩固礦巖，具有良好的可爆性。但由于該區域有民采空區和前次爆破后沖破壞，下部是空洞和裂隙發育，且臺階表層1～2m較破碎，不利于穿孔和裝藥爆破，可爆性不好。

2　爆　破

爆破范圍:910～895m臺階，A33～A34剖面線，頂板實際標高908～910m，底板實際標高895m。設計爆破排數5排，爆破孔數48個，爆破方量18 240m3，總孔深808.5m，總裝藥量8 206kg。經實測爆區長54.5m，寬23.1m，臺階高14m,計算爆破實際方量為17 625.3m3，與設計爆破方量相差638.7m3，爆落礦巖總量與設計爆破總方量基本吻合。

2.1爆破參數設計

本次爆破共有5排炮孔，炮孔成三角形布置，爆破孔數總共48個，孔徑165mm,單孔深16.5m，設計總孔深808.5m，堵塞長度第一排7.4m，第2～第5排為7.2，7.6，5.3m，堵塞總長320.7m,裝藥長度約487.8m,炮孔利用率約60.3%,設計總裝藥量約8 206kg，炸藥單耗0.45m3。其中:①第一排10個孔，底盤抵抗線W=5m，孔距a=4.5m，炮孔密集系數M=0.9;②第二排～前四孔，第四排前6孔、第五排前5個孔排距b=4m,孔距a=5.5m，M=1.38；③其余孔排距b=5，孔距a=6，M=1.2。根據相關公式計算，以上炮孔堵塞長度、底盤抵抗線、排距、孔距等各參數設計合理[1]。

2.2炮孔施工實測分析

經過現場實測，爆破參數發生了較大變化，爆破排數仍為5排，受反沖裂隙和采空區的影響，各排炮孔數都有所變化,分別為10，12，6，10，11個，局部排距和孔距與設計有一定出入,孔網參數較設計小，炮孔基本呈三角形布置；爆破總孔數為49個(含一個廢孔)，30個孔底受采空區的影響，20個不合格(孔深與設計出入2m以上，包含8個孔底受采空舊巷影響)，合格孔數7個，炮孔合格率14.5%；炮孔孔徑165mm,孔深平均13.8m,總施工孔深676.1m,較設計808.5m減少132.4m。由于大部份炮孔孔底為采空區，炮孔裝藥深度較設計大幅縮短，實裝炸藥5 040kg,設計裝藥量8 068kg,經換算，裝藥孔深約305.5m，炮孔利用率約45.2%。炸藥單耗0.29kg/m3，較設計低0.16kg/m3[2-3]。

(1)第一排共10個孔，4個孔深不合格，與設計出入2m以上，7個孔底存有空區(含2個孔深不合格)，合格孔數為1個，炮孔合格率為10%；孔深為9～17m,平均孔深14.4m，較設計17m少2.6m；底盤抵抗線約4.7m,較設計5m少0.3m;孔距平均a=4.8m,較設計4.5m大0.3m；炮孔密集系數M=1.02，比設計0.9大0.12;實裝炸藥1 125kg,較設計1 590kg少465kg。孔增而藥少，其原因為受孔底采空區影響，部份炮孔裝藥長度縮短；排距和裝藥量較設計減少，炸藥單耗減小。

(2)第二排12個孔，較設計增加3個孔，6個孔深不合格，與設計出入2m以上，其中6個孔底有空區(含兩個孔深不合格)，合格孔數為2個，炮孔合格率為16.7%;孔深在5.5～17m,平均孔深12.2m，較設計16.9m少4.7m；排距平均4.4m,較設計4.6m少0.2m;孔距平均5.6m,較設計5.8m少0.2m;炮孔密集系數M=1.27,較設計大0.01;實裝炸藥945kg,較設計2 123kg少1 178kg。分析原因是受孔底采空區及裂隙影響,炮孔裝藥長度縮短；排距雖較設計增加，但裝藥量較設計減少量大，炸藥單耗總體減小。

(3)第三排6個孔，較設計減少3個孔，1個不合格孔?？咨钋吩O計孔深2m以上，5個孔底存有采空區，合格孔數為0個，炮孔合格率為0?？咨钤?6～17.3m,平均孔深16.1m，較設計16.8m少0.7m；排距平均5m,較設計4.5m多0.5m;孔距平均a=6m,較設計5.8m多0.2m，炮孔密集系數M=1.20,較設計1.29小0.09。實裝炸藥840kg,較設計959kg少裝119kg。原因是受孔底采空區和裂隙影響,炮孔裝藥長度縮短，排距雖較設計增加，但裝藥量較設計減少量大，炸藥單耗總體減小。

(4)第四排10個孔與設計相符，4個不合格孔，孔深與設計出入2m以上，7個孔底存有空區(含兩個孔深不合格孔)，合格孔數為1個，炮孔合格率為10%?？咨钤?.6～18m，平均孔深14.1m，較設計16.7m少3.6m；排距平均4.5m,較設計4.3m多0.2m;孔距平均a=5.7m,與設計相符，炮孔密集系數M=1.26,較設計1.31少0.5。實裝炸藥1 170kg,較設計1 676kg少裝506kg。分析原因是受孔底采空區及裂隙影響,部分炮孔裝藥長度縮短；排距雖較設計增加，但裝藥量較設計減少較多，炸藥單耗總體減小。

(5)第五排11個孔，5個不合格孔(孔深欠設計2m以上)，5個孔底存有空區(含兩個孔深不合格)，合格孔數3個，炮孔合格率27%。孔深在6～17.4m，平均孔深13.5m，較設計16.8m少3.3m；排距平均4.55m,較設計4.5m多0.05m;孔距平均a=5.75m,較設計5.45m少0.3m，炮孔密集系數M=1.20,較設計1.27小0.07；實裝炸藥960kg,較設計1 914kg少裝954kg。分析原因是受孔底采空區及裂隙影響,部分炮孔裝藥長度縮短；排距雖較設計增加，但裝藥量較設計減少量大，炸藥單耗總體減小。

總觀本次爆破，炮孔排距、孔距已基本達到設計要求，但爆破區域穿孔及裝藥爆破受采空區和爆破反沖破壞形成的裂隙影響較大，大部分中深孔不能穿到設計位置，不能按設計布置方式布孔，裝藥長度達不到設計長度，炮孔合格率低，裝藥量及炸藥單耗少于設計量，爆破效果難以控制。

2.3裝藥及起爆方式

采用連續裝藥與間隔裝藥的方式，孔深達到設計值且不受空區、舊巷道與裂隙影響，炮孔裝藥段長的采用間隔裝藥；炮孔受空區、舊巷道與裂隙影響，炮孔裝藥段不足的采用連續裝藥[4]。

圖1　炮孔裝藥結構

2.4起爆方式

采用排間微差起爆方式，炮孔連線見圖2。

圖2　炮孔連線

3　爆破效果

本次爆破礦巖總量約17 625.3m3，爆破前臺階邊緣參差不齊，底盤抵抗線為3～10m；臺階平面高低起伏3m左右，主要由于上次爆破松動后過度出礦所致。本次爆破由于前排排面不規整，臺階平面凸凹不平，又受空區和裝藥的影響，爆破能量釋放不均勻，爆破效果較差，大塊較多，塌落邊界不規整，空區處塌落量大[5]。

爆破前的臺階情況如圖3所示。爆破后效果見圖4。

圖3　爆破前臺階情況 (臺階坡頂線不規整，超挖嚴重)

圖4　爆破后爆堆 (大塊新鮮斷面較少，多為黃褐色原生面)

4　爆破大塊產生原因

(1)穿孔參數及施工質量。根據炮孔直徑、臺階高度和礦巖性質布置炮孔，炮孔孔、排距過大，礦巖不能充分破碎，產生大塊。

(2)礦巖性質。破碎地質裂隙發育、夾層巖石較多的地段，爆轟氣體從礦巖裂隙中泄露，體積較大的塊狀巖得不到有效破碎而形成大塊，在爆堆大塊中常可看見黃褐色的原生面(如圖4)，而不是礦巖爆破后產生的新鮮斷面；硬軟巖分界面相當于自由面，對應力波起到卸載作用，加上巖石軟硬程度的變化，使其碰撞破碎效應減弱，因而產生較多大塊。

(3)炸藥單耗。不合理的炸藥單耗也是大塊產生的原因之一，特別是在炸藥單耗過低的情況下，大塊率明顯提升。

(4)生產過程中各個工序的相互影響。生產過程中穿孔、裝藥、爆破、鏟裝、運輸各個工序都需要密切的配合，超深過多、鏟裝不及時或超挖，都會導致臺階坡頂線、坡底線不規則，導致大塊產生。

(5)采空舊巷和空區。采空舊巷和空區的存在增加了穿孔作業的難度，使得炮孔質量低，欠深、超深問題嚴重，導致爆破效果差；采空舊巷和空區范圍、形狀的不確定性也給爆破炸藥量的確定帶來了難度，給設計和施工帶來困難[6]。

5　對　策

(1)確定合理的爆破參數。結合礦巖性質及現場實際情況，確定合理的炮孔直徑、孔距、排距、裝藥量、炸藥單耗、填塞方式、裝藥方式、起爆方式等，才能有效降低大塊率。

(2)加強生產過程中各個工序的配合，為下一生產工序創造有利條件。在最后一排孔實行預裂爆破，保護下一爆破區域臺階坡面的完整性；嚴格控制超深過多、超挖現象，保護好下一臺階坡面及頂部礦巖不被破壞。

(3)盡量采用孔內間隔裝藥方式。連續裝藥的方式炸藥能量多集中于臺階中下部，臺階上部受爆破作用小。間隔裝藥可以使炸藥能量均勻作用于巖體上，有效地提高炸藥利用率，減少大塊產生。

(4)采用大孔距，小排距方式布孔。增大孔距可以防止炮孔過早被撕裂，延長爆破能量在巖體中的作用時間，增加破碎效果。

(5)加強采空舊巷和空區探查工作。采空區及民采舊巷道是影響穿孔質量的最大因素，從技術上很難克服，但可通過摸清采空舊巷和空區的形狀、位置，為穿孔爆破設計及作業提供可靠依據，降低施工難度，提高作業效率及爆破效果。

參考文獻

[1]林德余.礦山爆破工程[M]．北京：冶金工業出版社,1993.

[2]中國力學學會工程爆破專業委員會.爆破工程[M].北京：冶金工業出版社，1992.

[3]李保祥.金屬礦床露天開采[M].北京：冶金工業出版社,1992.

[4]李景環.論露天礦深孔爆破礦石塊度優化的途徑[J].金屬礦山,1992(4):15-21.

[5]裴峰.降低爆破大塊及根底的技術措拖[J].礦業快報,2000(16):18-21.

[6]稅承慧.露天爆破生產大塊和根底的原因及對策[J].礦業快報,2003(3):11-13.

(收稿日期2016-05-06)

麥宗華(1988—)，男，工程師，653405 云南省玉溪市新平縣嘎灑鎮。