露天礦山爆破效果與綜合成本優化研究

余昌想

摘要：露天礦爆破的效果會直接影響到礦山的成本，因此，爆破工程的質量尤其重要，它作為采礦工程的開山斧，有著無可替代的重要性。在露天采礦中，涉及的工序眾多，包括穿孔、爆破、鏟裝、運輸以及破碎等，如何在各個工序之間找到一個最佳的平衡點，使采礦的綜合成本最小是眾多礦業學者研究的重要課題之一。

關鍵詞：露天礦山；爆破效果；綜合成本；優化

1 露天礦山爆破效果

露天礦山爆破效果，是指爆破過程中質量是否符合爆破的標準，爆破質量效果的好壞，直接關系影響到鏟裝設備的效率，同時按照露天礦的生產程序，也會影響到其他采礦作業程序的正常進行，增加采礦的礦石和巖石生產的成本。因此，露天礦山的爆破作為采礦生產過程中的第一道程序，起著十分關鍵的作用。地質勘察是一切開采活動進行的前提，對于露天礦石爆破來說，地質勘察的作用以及對整體開采的效果影響更甚。

2 地質調查

地質調查的詳細程度對礦山爆破效果有很大影響，為此，這里借助先進的3GSM三維巖體不接觸測量系統，對該礦山臺階坡面巖體進行攝影測量，獲取一系列真實反映巖體宏觀結構的數字圖像，建立三維巖體結構面空間分布模型，從中提取節理裂隙和結構面的空間分布信息，從而實現了數字化測量巖體結構面幾何參數。在結構面調查的基礎上，對該礦山的巖石進行了點荷載強度（IS）試驗，IS=4.4～4.9MPa，經過數據處理和相關的計算得到巖體的抗壓強度Rc=70～76MPa，以及巖石的基本質量指標Q=425～440。通過查詢巖體基本質量分級標準和巖體堅硬程度和完整程度劃分表可知，礦山巖體穩定性屬于Ⅲ級；巖石較堅硬，巖體較破碎；并根據巖體的普氏堅固性系數和波阻抗值可知該礦山巖體的可爆性屬于中等；又根據相關學者的觀點：巖石堅固性在各方面的表現是一致的原理，可知該礦山巖體的可鉆性亦屬于中等。

3 爆破效果分析

在地質調查的基礎上，對礦山進行了爆破參數設計。其中：臺階高度15m；炮孔直徑150mm；孔網參數為6m×4m；超深1.5m；填塞高度3.5m；炸藥采用多孔粒狀銨油炸藥；雷管采用高精度導爆管雷管；底盤抵抗線4m；起爆網絡采用逐孔起爆法。以此爆破參數，在現場進行爆破參數設計。對爆破效果進行了定性分析與定量分析，其中定性分析主要是評價爆破后的爆堆形態即包括爆堆的松散度、爆堆的拋擲距離、爆堆的塌落寬度等，主要通過攝影法來對爆堆的形態進行分析，有的爆堆高度低于臺階高度；有的爆堆高度高于臺階高度。

爆堆高度低于臺階高度時，爆堆與新的臺階之間有一個約5m左右的塌落線，爆堆的塌落寬度約為2.5倍的臺階高度，說明爆破的抵抗線偏小。爆堆高度高于臺階高度時，爆堆的塌落寬度約為2倍的臺階高度，比較合適。爆破效果的定量分析主要包括大塊率、根底率和平均塊度等。本文主要通過統計爆破大塊率來定量評價爆破效果。判斷大塊的標準，主要通過破碎機入料的尺寸大小來決定，該礦山的大塊標準為800mm以上。測定大塊率的方法很多，有直接法和間接法。前者一般采用一定目數的網格進行篩分，后者常用體積比法。兩者各有優缺點。本文采用體積比法，優點是統計結果較準確，缺點是統計結果出來得較晚，需要等到整個爆堆都鏟裝結束后才可以統計出大塊率。一次臺階爆破的總體積由單次爆破的布孔參數及臺階高度決定：

（1）式中V為單次臺階爆破的總體積，m3；C為單次實際爆破的體積修正系數，與臺階初始形狀及爆破質量有關，當殘留根底和懸吊大塊計入該次爆破的大塊數時，C=1.0～1.25；L為鉆機工作面的布孔長度，與孔間距有關，m；W為最后一排臺階炮孔到坡面邊際線的距離，由排距和第一排孔孔口到坡面邊際的距離確定，m；H為臺階高度，m。一次臺階爆破大塊率由下式確定：

（2）式中T為單次臺階爆破的大塊率，%；N為單次臺階爆破的大塊個數；V0為單次爆破大塊的平均體積，m3。通過式（1）和式（2）的統計，可得該礦山的大塊率為0.98%～2.21%。

4 大塊率與成本的關系分析

4.1 成本的計算與統計

這里所說的開采綜合成本用某學者給出的定義就是：“給出的大塊率必須是穿孔、爆破、裝載、運輸和破碎的綜合作業的單位成本是最低的”。為此，本文經過現場設備效率的標定并計算了爆破、鏟裝、運輸及二次破碎的成本，經過線性回歸的方法得到如圖2所示的成本與大塊率的關系。

4.2 成本模型的建立

對圖2進行線性回歸分析，建立了從爆破至二次破碎的綜合成本與大塊率之間的數學模型：

（3）式中C為綜合成本；D為大塊率。

由總成本模型可以得到如圖3所示的總成本與大塊率之間的曲線關系。從圖3可以看出，當大塊率為1.1%～1.2%時成本是最低的為11.5元/m3，與礦山沒有進行爆破參數優化之前的大塊率2.21%相比，成本節省了1.3元/m3，降本效果顯著。

5 結語：

綜上所述，以某礦山為背景，通過地質調查和點荷載實驗，對該礦山巖體的完整性、可鉆性和可爆性進行了分級，并基于實際爆破效果，對其綜合成本進行分析計算和優化研究，優化后成本明顯節省，降本效果顯著。

參考文獻：

[1]模糊綜合評判技術在爆破效果評價中的應用[J].王佩佩.露天采礦技術.2013（11）

[2]西石門鐵礦南采區爆破效果改進探討[J].竇梅林.西部探礦工程.2011（11）endprint