大紅山鐵礦露天采礦工程爆破大塊控制方法探索

歐陽揚

（玉溪大紅山礦業有限公司，云南 玉溪 653405）

1 工程概況

大紅山鐵礦露天采場主要以大理巖、片巖、侵入巖和火山巖為主，堅固程度以堅硬巖為主，礦巖普氏系數f 為8～12，密度（2.7～3.14） t/m3，平均裂隙距（0.5～1） m，由于火山巖形成，整體礦巖脆性較差，屬于難爆礦巖。大紅山鐵礦露天采場存在大量的采空區，部分采空區受施工影響已塌陷，增加了大塊的產生，一直以來采剝過程大塊較多，影響采剝進度與施工安全，制約露天采礦工程的推進。大紅山鐵礦露天采礦起初以鏟裝運輸設備大型化來解決大塊問題，由于采場礦體分布情況和地采影響，礦區道路均為山坡道路，工作面狹窄難以適應大設備作業，大型鏟裝設備不適應有嚴格要求礦石小塊度鏟裝，因此從源頭解決爆破大塊問題是大紅山鐵礦露天采礦工程的技術難點。

該熔巖礦考慮穿孔爆破綜合投入選擇炮孔直徑165mm，炸藥單耗0.45～0.62kg/m3，爆破大塊特點是長窄薄、塊石完整、膠結牢固不易機械破碎，大塊分布在爆堆前部、上部和兩側，爆破大塊處理方法在參數合理和鉆孔質量符合要求的情況下：當爆堆前部大塊較多說明抵抗線不合理，經過調整前排底盤抵抗線由6.4m 調至4.2m，爆破后大塊并未得到明顯改善；爆堆上部大塊為填塞長度不合理，經過調整φ165mm 的炮孔填塞長度4.0m 降至3.5m，上部大塊改善較少，兩側大塊主要是拉裂產生，延長炮區長度和合理布設起爆順序可以解決[1]。

2 爆破設計及優化

2.1 設計理論依據

炸藥爆炸產生沖擊波能量和爆生氣體能量，巖體的破碎主要是沖擊波的能量作用，而巖石破碎后的移動主要是爆生氣體的作用[2]。根據相關研究人員測量推算，炸藥爆炸后沖擊波能量僅占總能量的9%，實際作用只占炸藥3%，堅硬巖石中主要依靠炸藥爆炸產生沖擊波破碎和應力波產生裂隙，所以需要將更多氣體勢能轉化為沖擊波能量，提高沖擊波能量在總能量中的比率。

根據阻抗匹配原則：對于高阻抗的堅硬巖體即堅硬巖體，爆炸應力波有著較高峰值壓力才利于巖體裂隙擴展，要求選擇高威力炸藥的炸藥；對于中等巖石堅硬巖石，不要求特別高的峰壓值，需要的是增長應力波作用時間；對于低阻抗巖體只需要低威力炸藥即可[3]。

寬孔距小抵抗線爆破技術是保持孔距和排距乘積基本不變情況或稍有增加的條件下，以一定范圍內增大炮孔密集系數（孔距與排距的比值），即增大孔距減小抵抗線的一種爆

破技術，該爆破方法充分利用界面反射波的作用，減小應力波傳播中的能量損失，提高炸藥的利用率[4]。

2.2 爆破設計

1） 考慮礦山整體規劃和設備配套，選擇鉆孔直徑160mm 潛孔鉆，臺階高度15m；

2） 由于大紅山鐵礦主要巖石類型為熔巖，屬于堅硬巖石選擇φ145mm 的1 號巖石乳化炸藥（爆速＞4500m/s），線裝藥量19.2kg/m，采用吊裝法，連續裝藥結構；

3） 其他爆破參數確定。根據大紅山鐵礦大塊分布特征和爆破理論依據，大紅山鐵礦露天采礦工程廢石設計兩套爆破參數見表1。

表1 大紅山鐵礦露天采礦工程爆破參數

4） 起爆順序設計。大紅山鐵礦露天采場巖層節理發育，起爆順序設計首先考慮盡量與巖層傾向垂直，充分考慮利用寬孔距小低抗線爆破技術即采用V 型起爆順序，實際增大爆破時炮孔密集系數。

2.3 大塊率預測

由于破碎設備要求礦巖最大尺寸不得超過80cm，根據大量統計可得爆破大塊率與各項爆破參數有如下關系[5]：

式（1） 中：R—大塊率；X—大塊標準，本工程80cm；n—大塊分布均勻系數；Xe—特征尺寸，與爆破對象地質條件有關，塊度分布有關的系數。

1） 大塊分布均勻系數n。大塊分布均勻系數與臺階高度h，鉆孔直徑d、抵抗線W、抵抗線精度△W、炮孔密集系數A和臺階底板高程以上的藥包長度L0：上述公式鉆孔直徑單位為mm，其余為m。

式（3） 中：A0—巖石系數，取值大小與巖石節理裂隙發育程度有關，是現場試驗得到的數據，一般取：中等巖石為7，裂隙發育的硬巖取10，裂隙不太明顯的硬巖取13，本工程取10；q—爆破單位體積巖石消耗的炸藥量，kg/m3；Q—單孔裝藥量，kg；E—炸藥相對于TNT 炸藥的相對重量威力，TNT 炸藥為115，2 號巖石乳化炸藥為100；取100。

依照上述公式可以預測設計的兩套爆破參數大塊率，見表2。

表2 設計的爆破參數理論計算預測大塊率

從理論計算，當炮孔密集系數增大，大塊率較小，符合工程實踐寬孔距小抵抗線爆破效果：降低大塊率，改善爆破效果，提升炸藥利用率。因此選擇第Ⅰ套參數進行試爆，逐步進行參數優化為Ⅱ。

3 爆破實踐

大紅山鐵礦大塊要求二次機械破碎，因此大塊率統計主要以破碎成本反應，選擇同一型號CAT336 挖掘機攜帶φ155mm 的破碎錘。以第一套參數爆破2862391.38t，二次機械破碎費用共計1210734.45 元；以第二套參數爆破2665857.08 噸，二次機械破碎費用850868.59 元，對比每噸破碎錘成本節約近0.1 元。不同炮孔密集系數參數爆破的破碎成本如表3。

表3 不同炮孔密集系數參數爆破的破碎成本

從上表可以看出，對應熔巖這類堅硬巖石選擇較小的密集系數大塊率可以明顯得到改善，提高炸藥能量的利用。分析其原因主要是由于大紅山鐵礦露天熔巖節理發育，巖石脆性較差，不易拉伸破壞，因此需要更多炸藥爆炸沖擊波和應力波作用，依靠爆炸應力波疊加直接破碎巖石，需要炮孔間距均勻密集。所以縮小炮孔密集系數反而大塊率較少，但密集系數不宜小于1，爆破效果得到改善。玉龍銅礦部分斑巖屬于堅硬巖石，爆破后爆堆兩側、前部、表面易出現大塊，同樣采用參數設計時選擇小的密集系數在保持穿爆成本不變的情況下爆破大塊得到明顯的改善。

4 結語

在大紅山鐵礦露天采礦工程中，通過理論計算確定爆破參數與實踐結合，對于堅硬巖石采用傳統大塊率控制方法無法解決的爆破大塊，適當縮小炮孔密集系數，提升炸藥爆炸產生的沖擊波和應力波的作用，從而提高炸藥的利用率，改善爆破塊度，降低大塊率。對以堅硬巖石為主的金屬礦山以炮孔密集系數的優化來達到爆破參數優化，降低了大塊率從而節約爆破工序的成本，加快露天采剝工程的進度，提升了施工的安全。