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(yè)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(shù)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(qū)，部分采空區(qū)受施工影響已塌陷，增加了大塊的產(chǎn)生，一直以來采剝過程大塊較多，影響采剝進(jìn)度與施工安全，制約露天采礦工程的推進(jìn)。大紅山鐵礦露天采礦起初以鏟裝運輸設(shè)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(qū)道路均為山坡道路，工作面狹窄難以適應(yīng)大設(shè)備作業(yè)，大型鏟裝設(shè)備不適應(yīng)有嚴(yán)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(shù)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(jié)牢固不易機(jī)械破碎，大塊分布在爆堆前部、上部和兩側(cè)，爆破大塊處理方法在參數(shù)合理和鉆孔質(zhì)量符合要求的情況下：當(dāng)爆堆前部大塊較多說明抵抗線不合理，經(jīng)過調(diào)整前排底盤抵抗線由6.4m 調(diào)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(jīng)過調(diào)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(cè)大塊主要是拉裂產(chǎn)生，延長炮區(qū)長度和合理布設(shè)起爆順序可以解決[1]。

2 爆破設(shè)計及優(yōu)化

2.1 設(shè)計理論依據(jù)

炸藥爆炸產(chǎn)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(jù)相關(guān)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(chǎn)生沖擊波破碎和應(yīng)力波產(chǎn)生裂隙，所以需要將更多氣體勢能轉(zhuǎn)化為沖擊波能量，提高沖擊波能量在總能量中的比率。

根據(jù)阻抗匹配原則：對于高阻抗的堅硬巖體即堅硬巖體，爆炸應(yīng)力波有著較高峰值壓力才利于巖體裂隙擴(kuò)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(yīng)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(shù)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(nèi)增大炮孔密集系數(shù)（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(shù)，該爆破方法充分利用界面反射波的作用，減小應(yīng)力波傳播中的能量損失，提高炸藥的利用率[4]。

2.2 爆破設(shè)計

1） 考慮礦山整體規(guī)劃和設(shè)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(xù)裝藥結(jié)構(gòu)；

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

表1 大紅山鐵礦露天采礦工程爆破參數(shù)

4） 起爆順序設(shè)計。大紅山鐵礦露天采場巖層節(jié)理發(fā)育，起爆順序設(shè)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(shù)即采用V 型起爆順序，實際增大爆破時炮孔密集系數(shù)。

2.3 大塊率預(yù)測

由于破碎設(shè)備要求礦巖最大尺寸不得超過80cm，根據(jù)大量統(tǒng)計可得爆破大塊率與各項爆破參數(shù)有如下關(guān)系[5]：

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

1） 大塊分布均勻系數(shù)n。大塊分布均勻系數(shù)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(shù)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(shù)，取值大小與巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度有關(guān)，是現(xiàn)場試驗得到的數(shù)據(jù)，一般取：中等巖石為7，裂隙發(fā)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(yù)測設(shè)計的兩套爆破參數(shù)大塊率，見表2。

表2 設(shè)計的爆破參數(shù)理論計算預(yù)測大塊率

從理論計算，當(dāng)炮孔密集系數(shù)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(shù)進(jìn)行試爆，逐步進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化為Ⅱ。

3 爆破實踐

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

表3 不同炮孔密集系數(shù)參數(shù)爆破的破碎成本

從上表可以看出，對應(yīng)熔巖這類堅硬巖石選擇較小的密集系數(shù)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(jié)理發(fā)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(yīng)力波作用，依靠爆炸應(yīng)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(shù)反而大塊率較少，但密集系數(shù)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(cè)、前部、表面易出現(xiàn)大塊，同樣采用參數(shù)設(shè)計時選擇小的密集系數(shù)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(jié)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(shù)與實踐結(jié)合，對于堅硬巖石采用傳統(tǒng)大塊率控制方法無法解決的爆破大塊，適當(dāng)縮小炮孔密集系數(shù)，提升炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波和應(yīng)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(shù)的優(yōu)化來達(dá)到爆破參數(shù)優(yōu)化，降低了大塊率從而節(jié)約爆破工序的成本，加快露天采剝工程的進(jìn)度，提升了施工的安全。