多排微差爆破降本增效關鍵技術研究與應用

黃明健 閆小兵 彭華斌 石紹飛

[摘 要]FCM采礦法使用大孔徑深孔爆破，大塊成為制約礦房產能的重要因素。經過技術研究，采用多排微差爆后，大塊率由15%降至7%，降本增效，社會經濟效益良好。

[關鍵詞]微差爆破 大塊率 降本增效

中圖分類號：TD235；TD861.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）13-0396-02

1 概述

湖南漣邵建設工程集團有限責任公司自2013年起在臨礦集團會寶嶺鐵礦研究試驗研究FCM采礦法，試驗成功后在會寶嶺鐵礦全面推廣。FCM采礦法使用大孔徑深孔一次回采70m分段內全段高礦石，相比分段采礦法使得開拓、切割巷道工程大量節省。會寶嶺鐵礦屬磁鐵礦，礦石結構以條紋條帶狀為主，少量致密塊狀構造，主要分布于角閃石或石英晶粒之間。礦帶頂底板圍巖為黑云角閃片巖或黑云變粒巖。礦體整體比較穩定，連續性好，較完整，裂隙不甚發育，物理力學強度高，普氏硬度系數f>14，屬極堅硬巖類。礦區地面為村莊與國道，對爆破振動控制要求極高，為了降低地面振動，限制爆破裝藥量使得大段高采礦大塊率居高不下，成為制約采場生產能力的重要因素。為了降低大塊率，提高生產效率，技術人員潛心研究爆破參數，以尋找突破口，經過反復試驗，最終將多排微差爆破技術成功應用于會寶嶺鐵礦，取得了良好的社會經濟效益。

2 研究背景

使用FCM法回采的礦房深孔布置沿礦體傾向下向平行布置，孔徑165mm，孔、排距均為2.7～3.2m，使用粉狀乳化炸藥不連續耦合裝藥，每次爆破一排。礦房爆破時產生大塊較多，導致礦房內堆滿了大塊，堵塞了出礦巷道，每班均需安排6～8人專門對大塊打眼進行二次爆破，每班需使用雷管200多發，炸藥80多公斤，單個礦房每班出礦僅500～700t，大塊率達15%以上，嚴重制約了生產，增加了成本投入，同時加大了爆破安全隱患。大塊礦石在后續提升出井及選礦破碎過程中同樣增加生產成本。因此，如何最大限度的降低大塊率成為亟待解決的技術難題。

3 技術參數確定

降低大塊率，又不增加成本，就只能在不改變孔網參數，不增加爆破單耗的前提下尋找解決辦法。在此前提前唯一可以改變的就是裝填起爆方式，最終技術人員將目光投向了微差擠壓爆破。微差擠壓爆破可起到增加輔助自由面、應力波疊加、巖塊相互碰撞擠壓及地震波的相互干擾等幾方面作用。其中地震波的干擾，是減少爆破對附近建筑物影響的主要因素。

3.1 最小抵抗線的確定

采用垂直深孔落礦時，最小抵抗線有三種計算方法：

（1）按每孔的合理裝藥量確定

w=d=1.5～3.79（米）

（2）按最小抵抗線和孔徑的比值確定

w/d=25～30

（堅硬巖石d=165mm時，w=4.13～4.95米）

（3）從一些礦山的實際資料中參考確定（表1）

（4）2014～2016年生產實踐數據

會寶嶺鐵礦-410m水平南翼已回采礦房20個，回采過程中為降低大塊率，孔網參數不斷優化、調整。生產實踐數據如表2：

深孔鑿巖采用CK150D型鑿巖機，鉆頭直徑165mm，故最小抵抗線應為1.5～3.79米。

綜合以上四項結果，選取最小抵抗線2.7～3米，可取得較為理想的爆破效果。

3.2 爆破參數確定

已知參數如下：

（1）最小抵抗線為W=2.7～3米；

（2）巖石硬度f=15～20；

（3）巖石基本不含水份，節理裂隙局部發育；

（4）炮孔直徑為165mm，孔深47m；

（5）排距：b=2.7米；

（6）孔距：按照孔距2.7米平行下向布置，傾角根據礦體傾角設計；

（7）最大單段允許起爆藥量：500Kg

依據已知條件確定裝藥結構為不連續耦合裝藥，設計每段裝藥高度1.0m，裝藥間隔高度0.7m。

3.3 起爆方式確定

依據微差擠壓爆破理論，擠壓爆破時，由于工作面前有壓渣，阻礙了巖石裂隙的擴張，延長了巖石的應力狀態，這就在時間上延長了炸藥爆炸能量的利用率，使爆破質量得到改善。當巖體裂隙形成后，隨即出現巖石的移動，脫離原巖體的巖塊直接與前面的壓渣沖擊碰撞，因其距離很小，故其沖擊速度大大高于清渣爆破時巖石拋落的最終速度。這種高速的沖擊與碰撞造成擠壓效果，使巖石的爆炸動能用于輔助破碎。微差爆破時由于各次爆破的時間間隔特別短，以致后一藥包在前一藥包所引起的地面振動開始減弱之前就發生了爆炸。新產生的振動波與前一振動波的“相”不是重合的，因而形成了振動的干擾，也就是振動波的某些抵消。從理論上說，假若兩種藥包爆破的延遲間隔時間等于地震波周期的一半，而兩個地震波的振幅又相等的話，一般都能減輕地震效應，減少爆破作業對未爆巖體及地面建（構）筑物的損壞。最終起爆方式確定為多排微差擠壓爆破。

4 效果對比

4.1 爆破效果

以41436S1礦房為例，采用多排爆破后，大塊率明顯降低，目前大塊率由之前的15%降至7%，降幅達60%。在降低大塊率的同時，減少了爆破次數，增加了單次爆破礦量，保證礦房有充足的礦石可供出礦。采用多排爆破前，41436S1礦房每臺鏟運機平均每班可出礦石70～80鏟，采用多排爆破后41436S1礦房每臺鏟運機平均每班可出礦石90～100鏟，平均增加20鏟，每班可多出礦石150噸左右。41436S1礦房前后礦石塊度及出礦效率對比表如下：

單排分層爆破礦石塊度（圖1）：

采用多排微差爆破后礦石塊度（圖2）：

出礦效率對比（表3）：

4.2 經濟效益

-410m水平南翼第一個試驗礦房為41436S1礦房，后續采用多排爆破的礦房為41404S2和41206S1礦房，自采用多排爆破后南翼單日出礦量由以前的5000t提高到現在的6500t，提高出礦效率30%。原礦石年產量可提高49.5萬t。采用多排爆破后大塊率降低大爆破火工品消耗、二次爆破火工品消耗、鏟運機輪胎、油料等消耗費用大大降低。采用多排爆破后，原礦綜合生產成本可節省費用1.41元/t。

采用多排爆破，大塊率降低，礦石粒度整體變小，單位體積內礦石質量增加，電機車一次運輸量變大，降低了運輸系統單位成本。多排爆破效果明顯，大部分礦石塊度較小，部分礦石呈粉末狀，不需要進行破碎即可滿足粗碎要求，降低了粗碎的電費和材料費用。以前主井箕斗單次提升量為24t，現在單次提升量達24.5t，主井每天提升鉤數為600鉤左右，每天可多提升礦石300t左右。用多排爆破后，運輸系統、溜破系統和提升系統共可節約1.01元/t。

多排微差爆破在落礦、運輸提升等環共可節省成本2.42元/t，FCM采幫在全年預計回采礦石220萬t，可節省成本費用532.4萬元。

5 結論

多排微差爆破在會寶嶺鐵礦FCM采礦法中的成功應用，提高了產量，降低了生產成本，降本增效效果顯著，社會經濟效益明顯，在類似礦山生產中具有極強的推廣價值。