露天采礦中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用研究

張友軍

（湖南黑金時(shí)代長(zhǎng)沙礦業(yè)有限公司 湖南寧鄉(xiāng) 410600）

露天采礦中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用研究

張友軍

（湖南黑金時(shí)代長(zhǎng)沙礦業(yè)有限公司 湖南寧鄉(xiāng) 410600）

隨著人們對(duì)采礦質(zhì)量和效率方面要求的不斷提高，露天采礦則被廣泛應(yīng)用于采礦作業(yè)中，而深孔爆破技術(shù)是開(kāi)展露天采礦作業(yè)最常用的爆破技術(shù)，在該技術(shù)的運(yùn)用過(guò)程中，需對(duì)其相關(guān)的技術(shù)和方法進(jìn)行深入了解，能夠根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件的不同，選擇合理的爆破方式，從而提高深孔爆破效率。本文主要對(duì)露天采礦中深孔爆破技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，僅供參考。

露天采礦；深孔爆破技術(shù)；爆破效率

1 引言

深孔爆破是我國(guó)露天采礦作業(yè)中使用最廣的爆破方式，具有生產(chǎn)率高、鉆孔數(shù)量少及炸藥使用量低等優(yōu)勢(shì)。但在深孔爆破作業(yè)中，由于礦產(chǎn)地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及各巖層的特性不同，需要根據(jù)實(shí)際情況，制定合理有效的爆破方案，并對(duì)孔的距離、深度、炸藥的使用量及爆破時(shí)間等進(jìn)行確定，從而實(shí)現(xiàn)爆破效率的提高。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)對(duì)露天采礦中深孔爆破技術(shù)的研究，對(duì)我國(guó)能源的開(kāi)采和供應(yīng)具有重要意義，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

2 深孔爆破技術(shù)的概述

2.1 深孔爆破的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1.1 對(duì)礦山的安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行改變

淺孔爆破技術(shù)在分臺(tái)階和多孔多排控制爆破上具有一定的難度，而深孔爆破技術(shù)在露天采礦中的應(yīng)用可有效解決該難題，從整體上改變了露天礦山的安全生產(chǎn)狀況。

2.1.2 預(yù)防和避免安全事故的發(fā)生

近年來(lái)，露天礦山在開(kāi)采過(guò)程中所發(fā)生的爆破事故，比如礦山坍塌、墜落、爆破浮石等事故，主要是由于礦山不分臺(tái)階開(kāi)采所導(dǎo)致的。而深孔爆破技術(shù)在露天采礦中的應(yīng)用，有效實(shí)現(xiàn)了礦山分階開(kāi)采和多孔微差爆破，有利于預(yù)防爆破安全事故的發(fā)生。

2.1.3 保障從業(yè)人員的安全

深孔爆破技術(shù)在露天采礦中的應(yīng)用，有利于降低爆破振動(dòng)的頻率，保證作用力的均勻性，從而降低爆破后，邊坡浮石的浮動(dòng)，不僅提高了爆破的安全性還具有良好的爆破效果。

2.2 深孔爆破的技術(shù)分析

2.2.1 起爆網(wǎng)路安全起爆技術(shù)

在使用電爆網(wǎng)路時(shí)，需要對(duì)被爆區(qū)的氣象水文條件、爆破成本、雜散電流及雷電對(duì)其的影響等諸多方面進(jìn)行考慮，并選用合適的電雷管，從而有效保障電爆網(wǎng)路的安全性和可靠性，避免發(fā)生早爆事故。導(dǎo)爆管網(wǎng)路具有易操作、成本低、能夠?qū)崿F(xiàn)間隔微差起爆等優(yōu)勢(shì)，并且炮眼和起爆的段數(shù)是不受雷管段數(shù)限制的，其工作原理見(jiàn)圖1。導(dǎo)爆管網(wǎng)路的缺點(diǎn)在于不能在爆破前對(duì)儀表進(jìn)行全面檢查，且在被爆區(qū)的時(shí)間太長(zhǎng)，容易引起地震波、空氣沖擊波等現(xiàn)象。

2.2.2 爆破沖擊波防護(hù)技術(shù)

減少爆破產(chǎn)生的沖擊波破壞的措施主要有：①避免強(qiáng)烈空氣沖擊波的產(chǎn)生；②利用各種有效條件對(duì)沖擊波進(jìn)行削弱。對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行合理的確定，可采用合適的最小抵抗線，從而防止沖天炮現(xiàn)象的發(fā)生。保證微差起爆方案和起爆間隔時(shí)間的穩(wěn)定性，將產(chǎn)生夾制爆破的條件，可采用反向起爆；為了避免強(qiáng)烈空氣沖擊波的產(chǎn)生，可實(shí)現(xiàn)爆炸能量利用率的有效提高，不允許將被保護(hù)物安置在被爆區(qū)的正面，若特殊情況下無(wú)法避免，可將建筑物的門窗打開(kāi)，還可進(jìn)行防護(hù)架的搭設(shè)，從而減小空氣沖擊波對(duì)周圍所產(chǎn)生的破壞。

圖1 導(dǎo)爆管網(wǎng)路工作原理圖

3 露天采礦中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用

下文僅以某地區(qū)的礦山地層為例，對(duì)深孔爆破技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析：

3.1 工程概況

某礦山地層出露比較簡(jiǎn)單，礦床為層狀為主的沉積型白云巖礦床，礦層表層土的覆蓋厚度比較薄，礦區(qū)巖石的堅(jiān)固系數(shù)f為10的堅(jiān)硬巖石。礦區(qū)結(jié)構(gòu)主要為斷裂結(jié)構(gòu)，斷層構(gòu)造發(fā)育度高，礦區(qū)中最大斷裂破碎帶的長(zhǎng)度為2.1km。斷層下盤(pán)為白云灰?guī)r、礦體白云巖，上盤(pán)為砂頁(yè)巖，斷層巖體的穩(wěn)定性差。露天礦的最高作業(yè)水平為255m，最低開(kāi)采水平為103m，每年的生產(chǎn)能力為25萬(wàn)t。

3.2 深孔爆破技術(shù)在礦中的應(yīng)用

3.2.1 穿孔

（1）選擇孔網(wǎng)的參數(shù)

本礦場(chǎng)的臺(tái)階高度為10m，使用KQ150型潛孔鉆機(jī)作為穿孔設(shè)備，然后結(jié)合礦巖的性質(zhì)來(lái)對(duì)孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行確定。

①孔距的確定。孔距指的是同一排孔中兩個(gè)鄰近深孔中心線之間的距離。可以根據(jù)下述公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

a=（0.9-1.1）×Wd=4.8-5.6（m）

為提高爆破質(zhì)量，可對(duì)孔距進(jìn)行增加，降低排距。參考以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，本采場(chǎng)最終將孔距確定為5m。

②確定底盤(pán)抵抗線Wd。底盤(pán)抵抗線指的是首排炮孔中心線距離臺(tái)階坡底線的水平距離。底盤(pán)抵抗線作為一個(gè)重要的爆破參數(shù)，對(duì)爆破質(zhì)量產(chǎn)生影響，若Wd值過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致根底殘留過(guò)大，從而出現(xiàn)嚴(yán)重的后沖情況；若Wd值過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致穿孔的工作量增加，造成炸藥浪費(fèi)，爆堆過(guò)于分散。因此，可以按照穿孔設(shè)備安全作業(yè)的條件來(lái)確定底板抵抗線。如下式所示：

Wd=C+H·ctgα=2.5×10×ctg75°=5.2（m）

在公式中，采場(chǎng)臺(tái)階的高度為H，單位為m；臺(tái)階坡頂線和前排炮孔中心之間的安全距離為C，單位為m；采場(chǎng)工作幫臺(tái)階坡面角度為α=75°。

③超深h的確定。超深指的是孔深大于臺(tái)階高度的深度，通過(guò)超深可以使裝藥的位置降低，可克服臺(tái)階底部產(chǎn)生的阻力。如下式所示：

h=（0.15-0.35）×Wd=0.8-1.8（m）

一般按照巖石堅(jiān)固系數(shù)f值來(lái)確定超深h值的大小，隨著f的增加，h值也會(huì)隨之增加。若臺(tái)階底部水平層理比較明顯或者臺(tái)階底部的巖層比較軟時(shí)，適當(dāng)?shù)某羁捎行б?guī)避或減少爆破根底，但如果超深值過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致下一臺(tái)階頂盤(pán)的完整性被破壞，對(duì)將來(lái)的穿孔作業(yè)產(chǎn)生影響。

④確定排距。在進(jìn)行多排空爆破時(shí)，排距指的是臨近兩排之前的垂直距離，可以根據(jù)下述公式進(jìn)行計(jì)算。

b=（0.7-0.8）×Wd=3.6-4.2（m）

參考以往的施工經(jīng)驗(yàn)，本采場(chǎng)將排距值確定為3.7m。

（2）開(kāi)展穿孔施工

當(dāng)最小平臺(tái)寬度達(dá)到40m時(shí)，可以按照采場(chǎng)生產(chǎn)的基本要求以及中規(guī)劃的開(kāi)采方向?qū)Υ┛讌^(qū)域進(jìn)行確定。在進(jìn)行穿孔前，首先要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，然后安排專業(yè)人員根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，使用石塊記錄各個(gè)炮孔的位置，安排潛孔鉆司機(jī)根據(jù)確定石塊和孔位來(lái)鉆孔，將孔鉆好以后，將孔口蓋住。在鉆孔過(guò)程中，前排鉆孔至關(guān)重要，若處理不合理的話，易導(dǎo)致底盤(pán)的抵抗線過(guò)大，致使爆孔失效。

3.2.2 爆破作業(yè)

在進(jìn)行爆破之前，首先測(cè)量鉆孔，當(dāng)爆孔深度過(guò)大時(shí)，可以使用鉆孔四周的石粉填塞鉆孔。對(duì)于一些深度不達(dá)標(biāo)或者堵塞的鉆孔，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加深和疏通，在允許的情況下，可以重新打孔。

（1）設(shè)計(jì)爆破。一般使用下述公式計(jì)算首排鉆孔各孔的裝藥量：

Q1=qHaWd=0.53×10×5×5.2=138（kg）

式中：首排各孔的裝藥量為Q1，單位為kg；炸藥的單耗量為q，單位為kg/m3，按照本采場(chǎng)驗(yàn)收的堅(jiān)固系數(shù)10，確定炸藥的單耗量為0.53kg/m3。

（2）確定裝藥結(jié)構(gòu)。通常情況下，裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，當(dāng)沿臺(tái)階高度的炮孔上下巖石的硬度不均勻、礦巖性質(zhì)出現(xiàn)變化、坡面角度過(guò)大時(shí)，為了保證爆破質(zhì)量，可以使用分段裝藥的方式進(jìn)行作業(yè)。

（3）起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。微差爆破方式可以使用向側(cè)前拋的斜向分段微差和向前拋的排間分段微差的方式，常用的爆破網(wǎng)絡(luò)方式有非電導(dǎo)爆網(wǎng)絡(luò)、微差電雷管起爆網(wǎng)絡(luò)以及導(dǎo)爆索網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)起爆順序的不同，將起爆方式分為逐排起爆、V型起爆、中間掏槽橫向起爆、波浪式起爆、斜線起爆五種方式。在上述爆破方式中，波浪型起爆方式、斜線型起爆方式和V型起爆方式可使爆破作業(yè)的方向發(fā)生改變，使最小抵抗線縮短，提高礦巖之間互相碰撞的機(jī)會(huì)，從而使爆破效果得以改善。此外，在進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，要將裝藥作業(yè)、填塞作業(yè)、聯(lián)線作業(yè)、起爆作業(yè)和爆破后的檢查作業(yè)做好。

3.3 分析和控制不良爆破效果

3.3.1 爆破根底的控制

爆破根底主要是因?yàn)榈妆P(pán)的超深不夠、底板的抗線過(guò)大等因素造成的，對(duì)于這種情況，要在爆破前拉根底或者提高鉆孔的超深。

3.3.2 傘檐、大塊不良效果的控制

當(dāng)巖體中炸藥的分布均勻性差或者炸藥在臺(tái)階底部集中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)大塊、傘檐的情況。因此，可使用分段裝藥的方式來(lái)進(jìn)行施工，從而增加炮孔中炸藥分布的均勻性，然后根據(jù)各分段炸藥的能量來(lái)充分破碎巖石。

3.3.3 后沖不良效果的控制

當(dāng)出現(xiàn)爆破后沖時(shí)，會(huì)導(dǎo)致未爆破臺(tái)階上有裂隙出現(xiàn)，影響下次鉆孔作業(yè)。對(duì)下次中深孔的爆破效果造成影響。對(duì)于這種情況，一般使用下述方法來(lái)進(jìn)行控制：①在爆破前要將清底工作做好，降低首排孔的根部阻力；②布孔要合理，對(duì)后排孔的裝藥高度和裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，確保填塞質(zhì)量和填塞高度達(dá)到規(guī)定要求；③根據(jù)巖石的性質(zhì)，使用最佳的微差間隔時(shí)間；④使用傾斜深孔進(jìn)行爆破作業(yè)。

經(jīng)過(guò)評(píng)測(cè)，本采場(chǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了規(guī)定要求，爆破效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

深孔爆破技術(shù)在露天采礦生產(chǎn)中的廣泛推廣和應(yīng)用，使礦山的爆破質(zhì)量、爆破精準(zhǔn)度以及爆破安全得到了有效保障。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)深孔爆破技術(shù)的探索與改進(jìn)，使深孔爆破技術(shù)在安全保證、降低綜合爆破成本等方面發(fā)揮更大的作用。

[1]劉劍.在露天采礦生產(chǎn)中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2011（35）：68.

[2]王 凱.露天采礦中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用[J].江西建材，2015（14）：238.

[3]蔣妙海.露天采礦中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用[J].科研，2015（50）：47～48.

TD804

A

1004-7344（2016）18-0177-02

2016-6-7

張友軍（1968-），男，工程師，本科，主要從事礦產(chǎn)開(kāi)采方面工作。