河北杏山鐵礦安全高效爆破管理模式構建

王凌云 孫建珍 陳國瑞

(首鋼集團有限公司礦業公司)

杏山鐵礦資源稟賦與類似礦山差距明顯，生產規模、開采強度均較大。由于分段礦量相對較少，該礦每年需要開采1.2～1.4個分段方可滿足生產規模需求，開采水平下降速度較快，工序之間存在交叉作業的現象，尤其是爆破作業與其他工序在同一采區內進行，安全隱患較大[1]。在傳統爆破管理模式中，大多由爆破技術員記錄相關施工參數，并存儲于紙質臺賬或計算機中，人為影響因素較多，一旦人員變更，特別是出現爆破質量問題后，無法有效排查中深孔穿孔、爆破作業等環節的基礎數據，無法實現對爆破施工的實時管控，導致爆破質量管控存在較大的松散性[2-5]。杏山鐵礦每年回采爆破1 400炮，掘進爆破3 100炮，爆破設計工作量大。爆破設計借鑒同行業礦山經驗，采用CAD軟件進行爆破設計，需要人工逐炮輸入設計參數并計算爆破量及裝藥量，該礦從事該項工作的爆破技術人員有10人，由于人數眾多，在具體操作中難免存在誤差。該礦配備了爆破工人88名，回采爆破采用裝藥器銨油裝藥方式，需要進行人工送管裝藥，勞動強度大且安全性無法得到保障。針對杏山鐵礦在爆破施工中存在的上述問題，為提升爆破施工效率、確保安全生產，本研究對該礦安全高效的爆破管理模式進行構建。

1 爆破管理模式

1.1 爆破技術參數優化改進

杏山鐵礦從2013年開始構建了地采爆破技術管理專家系統，同時組建了2個爆破技術攻關團隊，確立了“選題—立項—評審—表彰”的課題攻關思路，形成了“發現問題→研究解決方案→提出完善意見→方案實施→效果評價”的工作流程。

1.1.1 增大采場結構參數，實現高效開采

為徹底改變該礦采場爆破生產緊張、效率低的狀況，針對礦體賦存條件，通過增大分段高度來增加分段礦量，通過分析測算，在-105～-180 m水平，將段高從15 m增大至18.75 m(表1)，可以使采礦掘采比由28.63 m/萬t降低至19.57 m/萬t。分段開拓起始時間由以往的提前5 a下降至提前4 a，巷道暴露時間縮短12個月，降低了巷道長時間暴露于空氣中而被風化和爆破振動破壞的隱患，為人員和設備創造了穩定安全的作業環境。

表1 采場結構參數調整前后的相關技術指標

1.1.2 優化布孔方式，調整裝藥結構

通過將周邊眼間距由350 mm增大至500～600 mm，輔助眼間距由600 mm增加至700～800 mm，實現炮孔數量由原設計的69孔減少至56孔。2016年掘進循環進尺平均為2.9 m，較2011年掘進循環進尺年度指標2.64 m高0.26 m，掘進炸藥單耗由建礦初期的2.55 kg/m3降低至2015年的2.19 kg/m3。此外，礦山對中深孔布孔參數和裝藥結構也進行了優化設計，將排間距由前期的1.6 m逐步提高至1.8，1.9 m；孔底距由前期1.8～2.2 m逐步提高為1.9～2.3 m，2.1～2.5 m；不斷優化孔口預留布置，以達到保護眉線和后排孔的目的；裝藥系數由前期的85%逐步降低至一二類圍巖83%，三類圍巖81%，四五類圍巖79%；中深孔延米爆破量從建礦時的7.8 t/m逐步提高至9.6 t/m；爆破銨油炸藥單耗由前期的4 900 kg/萬t逐步降低至3 800 kg/萬t；基質炸藥單耗由試驗期間的5 200 kg/萬t 降低至600 kg/萬t。

1.1.3 固化爆破設計模板，確立標準化設計方案

杏山鐵礦礦體被F9斷層分隔為大、小杏山2個部分，地質結構較為復雜，Ⅰ～Ⅴ類圍巖巖性在杏山鐵礦均有體現。礦區前期爆破施工中，在節理發育的圍巖破碎點位以及巖性整體性好的點位均采用相同的布孔設計及裝藥結構，但爆破后前者塊度過于破碎，后者出現大塊甚至掛幫等問題，可見單一的爆破設計的通用性不強。2013年以來，通過構建礦體巖石分級模型，根據不同區域的巖性分級設計出了不同的爆破模板，在對不同區域進行爆破設計時，直接提取相應的爆破模板，既實現了規范化設計，由提高了爆破設計的準確性和針對性(表2、表3)。

表2 不同采區的回采爆破技術參數

1.2 實現爆破管理信息化、設計智能化、施工自動化

(1)爆破管理信息化。杏山鐵礦建礦初期采用開放松散式爆破工序管理模式，注重炮后效果查看，過程管控力度不足，注重定性分析，缺少數據支撐。針對爆破基礎數據管理存在的紙質文檔易丟失且無法實現系統全面分析的實際情況，開發了“杏山鐵礦爆破技術管理平臺”，實現了信息化爆破管理和出礦管理，技術員通過該平臺可以及時掌控各進路的裝藥情況、出礦情況，無需進行人工統計，提高了爆破管理效率。

表3 不同巖性的巷道掘進爆破技術參數

(2)爆破設計智能化。該礦于2015年初引進了3DMine軟件[6-7]，并針對礦體特征及實踐需求，對其進行了優化。目前，在中深孔設計、回采爆破設計、掘進爆破設計等模塊上均實現了設計自動化。在中深孔設計方面，技術人員僅需根據爆區地質數據、測量數據構建巷道模型，而后輸入中深孔設計參數即可以完成一個進路近百排的中深孔設計，設計的精準度得到了大幅提高[8-10]。

(3)爆破施工自動化。由于杏山鐵礦分段高度增大，中深孔孔深由以往的27 m提高至35 m，原人工+裝藥器的回采裝藥作業方式已無法滿足孔深加大后的作業要求，是因為：人工送管難度加大，炸藥返粉多；隨著回采裝藥結構不斷調整，逐孔藥量有較大變化，人工裝藥方式無法精準控制炸藥量，為此，礦山開展了自動化裝藥臺車研發工作。此外，經過分析行業發展前景以及礦山實際需求，將原炸藥生產線升級改造為乳化基質生產線，實現地采回采爆破炸藥自給率100%。

1.3 優化生產組織方式，實現安全高效開采

(1)規范工序銜接，降低生產組織難度。15 m段高時，采場工序之間存在掘進與巷道支護、巷道支護與中深孔鑿巖、中深孔鑿巖與回采爆破在同一采區，甚至同一進路交叉作業的現象，不同工序間交叉作業既影響了各工序的作業效率，又增加了安全管理難度。分段高度增大至18.75 m后，回采爆破效率得到了提升，給掘進、支護等各道工序作業提供了充裕的時間，避免了各工序間交叉作業相互影響，大大降低了安全隱患。

(2)建立定點爆破模式，進一步消除安全隱患。分段高度增大，使得掘進爆破次數由3 100炮/a減少至2 100炮/a，回采爆破由1 400炮/a減少至1 000 炮/a。裝藥施工自動化、機械化程度的提高，使得回采爆破單次裝藥時間由6～8 h縮減至4 h左右，爆破次數減少和裝藥時間縮短為建立定點爆破制度創造了條件。通過制定《杏山鐵礦地采爆破定點爆破管理制度》，并進一步推行井下作業人員井上交接班制度，將掘進、回采爆破工作安排于井上交接班時間進行，以最大限度降低爆破施工的危險性。

(3)大幅降低爆破工作強度，體現本質安全。爆破工作量得以大幅度減少，年掘進爆破工作量縮減了32.25%，年回采爆破工作量縮減了28.6%，使得爆破工由88名減少至63名，從而大幅縮短了爆破工高危環境下的作業時間，杏山鐵礦爆破工累計作業時間由88 900 h/a減少至38 900 h/a，降低了56.24%，大幅度降低了爆破作業安全隱患，進一步體現了本質安全。

(4)完善考核機制，推行機臺核算考核制度。在考核機制上，建立了包含臺車穿孔、爆破測孔透孔、裝藥爆破、爆后出礦等環節的管理機制，逐環節管控爆破質量。具體來講：嚴格按照定額管控物料消耗，制定各類消耗材料定額管理辦法，按照作業量對每個機臺實行定額管理，嚴禁超限使用，將成本管控與崗位工資掛鉤；深入推進機臺評比和成本考核制度，建立健全職工教育培訓制度，嚴格按照相關制度對工作進行考核，發揮排頭及排尾的正負激勵作用。

2 成效分析

分別從設計、施工、管控、效益等環節創新管理思路，形成了“爆破管理信息化、爆破設計智能化、穿孔設備機械化、裝藥工藝自動化、采場結構參數大型化”的地采礦山全新管理模式，全面提升了地采爆破行業的本質安全。上述措施的實踐，取得了如下成效：

分段高度增加使得采掘比由28.63 m/萬t降低至19.57 m/萬t，累計節約成本1 863萬元(表4)。

礦山爆破技術員由10人減少至8人，爆破工由88人減少至63人，按照人工成本約10萬元/人計算，2013—2015年分別節約人工成本50，180，270萬元，累計節約成本500萬元(表5)。

該礦自產乳化基質的平均成本為4290元/t，炸藥單耗為4600kg/萬t，采用傳統銨油爆破方式(外購銨油與粉狀乳化炸藥按8∶1進行配比)成本為5328元/t，炸藥單耗為3800kg/萬t，按照2015年回采爆破量260.82萬t計算，可節

表4 掘采比優化后的生產成本節約量

表5 礦山爆破人員數量逐年減少量

約生產成本約13萬元。

3 結 語

針對杏山鐵礦爆破施工勞動強高、礦山開采效率低以及生產成本高的現狀，結合現場實踐，對安全高效的爆破管理模式進行了構建，實現了爆破管理信息化、爆破設計智能化、穿孔設備機械化、裝藥工藝自動化、采場結構參數大型化的目的，對于類似礦山優化爆破施工設計、降低生產成本有一定的借鑒意義。

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