地下礦山中深孔爆破漏斗試驗應用研究

萬再春

摘要：為了解決地下礦山中深孔爆破孔網參數復雜的問題，尋求合理的中孔落礦參數，在羊拉銅礦3390中段一單元51#線穿脈巷道進行系列爆破漏斗試驗，并根據爆破漏斗理論對試驗結果進行推導，得到適合該采場的爆破參數范圍。進而，在47#測線以南3390中段一單元5盤區進行大爆破落礦試驗，結果表明，根據系列爆破漏斗試驗推導出的參數，比較符合該采區的生產實際，改善了爆破效果，對礦山的安全經濟生產產生了實際意義。

Abstract： In order to solve the problem that the deep hole blasting hole net parameters in underground mine are complex and seek reasonable hole caving parameters， series of blasting funnel test are conducted in 51# line branch roadway of Yangla Copper Mine 3390 middle section unit 1， and the test results are deduced according to the blasting crater theory to obtained suitable blasting parameters of the stope. Then， large blasting mining experiment is conducted in panel 5， unit 1 of 3390 middle section in the south of the 47# line. The results show that the parameters based on serial blasting crater test are suitable for the actual production of the mining area， and has improved the blasting effect and has a practical significance for the safe and economic production of mines.

關鍵詞：中孔爆破；爆破漏斗試驗；爆破參數；試驗應用

Key words： medium-length hole blasting；crater test；blasting parameters；test application

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0142-03

0 引言

自爆破作為巖石破碎的一種手段在采礦，水利水電，采石，隧道等工程中應用以來，確定合理的爆破參數，使爆破效果達到最優化，就成為一個需要長期研究的重要課題。爆破參數就是指在爆破設計中的孔深，孔徑，排距（最小抵抗線），孔底距，裝藥結構，裝藥量等。爆破參數選擇的合理與否，直接決定著爆破效果以及爆破礦石塊度的構成情況[1-3]。爆破漏斗理論和系列爆破漏斗試驗，作為一種尋求爆破參數的重要方法，在露天礦山和地下礦山中都得到了廣泛的應用，提高了礦山的經濟效益，保證了礦山的安全生產[4-6]。

本文通過單孔漏斗爆破試驗，變孔多孔試驗和斜面臺階爆破試驗得到的最佳埋深，應變能系數，孔間距以及最小抵抗線等參數，應用相似定理推算得到羊拉銅礦中深孔爆破的參數，并將其運用到羊拉銅礦3390中段一單元采場大爆破落礦中以驗證爆破參數設計的合理性。

1 工程地質概況

羊拉礦床夾持于金沙江深大斷裂與羊拉斷裂構造之間，魚波復式背斜西翼，褶皺、斷裂、節理、裂隙發育。主要褶皺有里農背斜、江邊向斜。斷裂構造以層間破碎帶為主，受巖體侵入及斷裂構造活動的影響，礦區內發育NNE、NEE、NW向三組節理。其中NNE組節理為礦區主要儲礦構造。其次為成礦后期破礦斷裂（F4、F6、F8、F10），其中F4斷層是區內最大的重要斷層，為張扭性破礦正斷層。對羊拉銅礦47線以南KT5、KT6礦體破壞大，KT6號礦體產于F4-1與F4斷層夾持的破碎帶中。KT6為中厚層大理巖、變質石英砂巖型礦體，含礦巖性為矽卡巖，屬中等穩固。礦體上盤為寬2～50m的F4-1斷層破碎帶，不穩固。礦體下盤為寬2～50m的F4斷層破碎帶，不穩固。本次研究的對象是KT6礦體3390中段，該部分礦床的地質構造、開采技術條件較為復雜。

KT6礦體主要開采標高3250m-3450m以內的全部礦體，礦體埋藏深度約200m。KT6礦體呈脈狀，產出于礦區東部的北東向構造破碎帶中，傾角60-80°，礦體厚1.76-22.53m，平均厚度11.45m。礦體頂板以碎裂巖化大理巖為主，底板為破碎的碎裂巖化大理巖及F4裂面。根據礦石物相分析，KT6礦體平均氧化率為44.1%，礦石自然類型為氧化礦。KT6礦巖物理力學性能指標如表1所示。

3390中段一單元采場設計為鏟運機出礦無底柱階段崩落法落礦方案。中段高度為50m，分段高度為10m，出礦水平高度20m或30m，礦體平均厚度20.18m，采用聚礦塹溝及出礦進路底部結構，出礦進路間距8-10m，共有二個分層，布有一個切割槽。采場礦房中孔布置采用垂直上向扇形中孔，使用YGZ90鑿巖機鉆鑿中深孔，裝藥孔孔徑為65mm，爆破采用巖石硝銨炸藥，裝藥器裝藥。礦石合格塊度為500mm，個別大塊在出礦巷道中進行二次破碎。

2 爆破漏斗理論

以球形藥包（藥包的長徑比不超過8～10）理論為基礎，利用能量平衡準則和相似原理，利文斯頓通過大量的爆破漏斗試驗研究認為：單次爆破作用于巖石的能量與藥包的性質、質量及巖石的特性有關[7-11]。研究發現，當藥包質量不變而改變藥包埋深與藥包埋深不變而改變藥包質量產生的爆破效果相同。巖體的爆破效果會隨著在巖體中的藥包埋深的變化而變化。巖石開始發生破壞，未形成爆破漏斗的埋深被稱為臨界埋深（Le）。當在巖體上形成的爆破漏斗體積達到最大值時，炸藥的能量利用率最高，此時藥包的埋深稱為最佳埋深（Lj）。當藥包的埋深超過最佳埋深時，爆破漏斗的體積隨著埋深的增加而減小。

3 系列爆破漏斗試驗

為了研究羊拉銅礦礦巖爆破合理的炸藥單耗，最佳埋深，確定孔底距的范圍以及合適的最小抵抗線，以優化爆破效果，節約礦山的經濟成本，因此，進行了系列爆破漏斗試驗。系列爆破漏斗試驗步驟如下：

①進行單孔漏斗爆破試驗，可以分析計算出單孔爆破的最佳埋深和最佳爆破漏斗半徑；

②在單孔爆破漏斗試驗所獲得的最佳埋深與最佳漏斗半徑的基礎上進行的此變孔距同段爆破漏斗試驗，目的是為了研究鄰近的兩炮孔在孔距變化時形成的爆破漏斗底部礦巖的爆破情況，以確定孔底距的合理范圍；

③根據爆破原理，藥包爆破時，最小抵抗線小于或等于其破壞區半徑時，巖石發生拋擲或爆破，而當抵抗線大于其破壞半徑時。藥包只產生內部爆破，無法爆下藥包至自由面的巖石。因此抵抗線是爆破的重要參數。據此，設計斜面臺階試驗，通過對斜面臺階最小抵抗線由小到大連續變化對巖石破壞程度的研究，可以確定合適的最小抵抗線。

由于爆破漏斗試驗必須選擇與實際爆破的巖性相同或相近的地點進行，為了減小與實際生產中的誤差，提高爆破參數的精確度，實驗選擇位于3390m水平一單元51#線穿脈巷道為爆破漏斗試驗地點，用以確定爆破參數，指導礦山生產工作。試驗采用YT-28鉆機，38mm直徑釬頭進行鉆孔；2#巖石乳化炸藥，其規格是藥卷直徑32mm、長度200mm、每卷藥300g。

炸藥性能參數如表2。

3.1 單孔爆破漏斗試驗

設計每個炮孔距離底板高度為1.2m，相鄰炮孔的孔間距1.5m，炮孔直徑為40mm，孔深分別為50cm，60cm，70cm，80cm，90cm，共計5個孔，且炮孔均垂直自由面布置。長度為300mm炸藥截為100mm和200mm，取200mm長度（約200g）炸藥使。通過對試驗結果進行回歸分析計算，得到單孔爆破的最佳參數：

最佳埋深為Lj=0.68m，

臨界埋深Le=0.8m；

最佳埋深比Δj=0.85；

應變能系數E=1.38；

最佳爆破漏斗半徑r=0.58m；

最佳爆破漏斗體積V=0.112m3；

最佳爆破漏斗體積時單位炸藥消耗量q=1.78kg/m3。

3.2 變孔距同段爆破漏斗試驗

在51#巷道右幫距離底板1.2m布置6個炮孔，炮孔間距分別為1.16，1.3，1.45，1.59，1.74m，各孔內放置400g的炸藥，采用同段反向起爆。對爆破后的現場數據采集分析后得出：當孔間距為1.45m時，兩炮孔間應力波疊加，基本無大塊，破碎效果好，此時炸藥單耗在1.75kg/m3左右。此時，最大孔間距為最佳漏斗半徑的1.53倍。

3.3 斜面臺階爆破試驗

假想臺階面，即傾斜向下打孔，觀察炮孔到垂直水平面的距離即為抵抗線距離。斜向下打孔設計深度1.7m，裝藥長度1.2m。共設置兩個炮孔，分別為45°和55°。兩孔分別起爆。斜面抵抗線在0.3-1.1m變化，角度40°～50°，炮孔裝藥長度為1.2m左右。斜面臺階爆破試驗布置一組2個炮孔。爆破后，爆堆礦石塊度均勻，爆破效果較好，所以，取兩孔在爆開處抵抗線的平均值0.70m為最佳抵抗線。

4 爆破參數推薦及大爆破落礦效果研究

4.1 參數推薦

由于系列爆破漏斗試驗中選用的是2#巖石乳化炸藥，采場爆破采用的是巖石硝銨炸藥，為了提高試驗結果的準確性，將爆破參數更好的運用到礦山的開采過程中，故需要對爆破漏斗試驗得到的炸藥單耗重新進行換算。已知2#巖石乳化炸藥爆力值大于等于280ml，采場爆破現場使用的巖石硝銨炸藥的爆力值大于等于298ml，則換算系數k=298/280=1.064。

考慮巖石硝銨炸藥和2#巖石乳化炸藥之間的爆力換算系數，系列爆破漏斗試驗中的2#巖石乳化炸藥單耗按式（6）計算。

式中，ρ試為系列爆破漏斗試驗中2#巖石乳化炸藥密度，g/cm3；

ρ現為采場實際生產中巖石硝銨炸藥單耗，g/cm3；

q試為系列爆破漏斗試驗中2#巖石乳化炸藥單耗，kg/m3；

q現為采場實際生產中巖石硝銨炸藥單耗，kg/m3。

帶入單孔爆破漏斗和變孔距同段爆破漏斗試驗得到的炸藥單耗，經計算得，采用巖石硝銨炸藥的炸藥單耗q現為1.202kg/m3～1.937kg/m3，即0.416kg/t～0.671kg/t。考慮到扇形中孔爆破時炸藥分布不均勻，以及本采區的巖石破碎情況，建議按單位炸藥消耗量q=0.4g/t～0.6kg/t進行采場崩礦設計，以保證生產的安全正常進行。

將單孔爆破漏斗試驗，變孔距通段爆破漏斗試驗，斜面臺階爆破試驗得出的爆破參數，代入爆破漏斗理論公式計算，并結合采場巖體破碎及支護情況，得到羊拉銅礦推薦爆破參數，如表3所示。

4.2 鑿巖爆破參數工業試驗

根據系列爆破漏斗試驗結果以及推薦采場爆破參數，在47#測線以南3390中段一單元采場，設計了現場大爆破試驗，對推薦參數進行驗證。在羊拉銅礦3390中段一單元采場在建設過程中，由于巖石破碎及支護不及時導致采場多處發生垮塌現象，局部巖巷無法正常進行鑿巖作業。在本單元部分孔深未達到設計要求，尤其是在3405水平4#鑿巖巷嚴重垮塌1-10排中孔無法施工（中孔量2053.8米）。考慮到本次實驗采場的實際情況，爆破采用了較低的炸藥單耗。現場試驗大爆破落礦技術經濟指標及大塊率統計情況如表4所示。

本試驗采場爆破落礦后，根據供礦效果分析，采場大塊產出率比同類采場降低了3.5%左右，塊度≤400mm占到了85%左右，礦石塊度較為均勻。同時，二次破碎單耗大約在0.095kg/t，和同類采場相比，也降低了大概5%左右。

5 結論

①通過在3390m水平一單元51#線穿脈巷道進行系列爆破漏斗試驗，求得了最佳埋深，最佳單耗，最佳孔間距和最小抵抗線（排距）等參數。②根據爆破漏斗理論，推導出采場中孔爆破參數：孔徑65mm，最小抵抗線1.4m，孔底距1.8m～2.4m，炸藥單耗0.4kg/t～0.6kg/t。③采場大爆破落礦試驗結果表明，該試驗方法得出的爆破參數較為準確，可以作為采場進行爆破作業設計的依據。但，本次大爆破試驗爆區內存在較大范圍的垮塌現象，對試驗結果應該會造成一定的影響，需要進一步在采區巖層較穩定的礦段進行試驗研究，以保證試驗參數的準確性。④由于不同礦段的巖石性質以及巖層穩定性的差異，在具體爆破設計時應根據實際情況對爆破參數進行適當調整，綜合考慮各方面的因素，在保證經濟效益的同時，確保爆破作業的安全。

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