聚能光面爆破在九仗溝金礦的應用

李施慶，黎 林，曲偉勛，宋恩祥，張亞鵬，于曙華

聚能光面爆破在九仗溝金礦的應用

李施慶1，黎 林2，曲偉勛1，宋恩祥1，張亞鵬1，于曙華1

(1.嵩縣山金礦業有限公司，河南 嵩縣 471400；2.中國礦業大學(北京) 資源與安全工程學院，北京 100083)

針對九仗溝金礦破碎帶內采場爆破后松石多、炸藥利用率低等問題，改善原有爆破方式，開展聚能光面爆破技術研究。根據光面爆破的特點與機理，確定光面爆破參數，采用聚能管對采場頂板進行定向控制爆破，并進行現場工業性試驗。結果表明，爆破后采場頂板及兩幫較為平整，炮孔孔壁清晰可見，且降低了采礦損失率和貧化率，提高了經濟效益，滿足了礦山安全、高效開采的需求。

光面爆破;聚能管;爆破參數;九仗溝金礦

0 引 言

光面爆破技術在巖巷掘進中有廣泛的應用，但巖層節理裂隙較發育時，光面爆破對圍巖損傷較大，爆破后頂板破碎、松石較多，不能形成光滑平整的開挖面，從而不利于采場圍巖的長期穩定[1]。因此，需對傳統的光面爆破進行研究和改進，利用聚能管改變開采斷面頂孔裝藥結構，控制爆破方向，從而獲得較好的爆破效果[2]，具有很大的必 要性。

在光面爆破改善方面，國內許多學者做出了具有重要意義的研究。郭東明[3]等針對凡口礦難采礦體運用聚能管對采場頂板進行控制爆破，試驗取得較好的效果。許鵬[4]等對光面爆破和聚能管裝藥控制爆破技術進行了對比研究，結果表明：采用聚能管裝藥比普通光面爆破更加有利于輪廓線上巖石的破碎。牟延波[5]等針對烏蘭礦采場爆破過程中存在大塊率高等問題，不斷優化中深孔爆破參數，得出適合該礦山的最優爆破參數。

針對嵩縣山金九仗溝金礦180 m水平中段1686七分層采場爆破后松石碎石多、炸藥利用率低等問題，基于光面爆破的機理，優化原爆破參數；開展工業試驗，運用聚能管對采場頂板進行定向爆破，以爆破效果和經濟效益分析方案的可行性。

1 工程概況

嵩縣山金礦業有限公司九仗溝礦區內的礦體為構造蝕變巖型金礦床，其主要賦存于M1構造蝕變破碎帶中，并嚴格受到構造破碎帶控制，礦區內主要有Ⅰ號和Ⅱ號礦體，礦體呈脈狀產出，圍巖主要為流紋巖和英安巖[6]。礦區內礦巖均較為堅硬，= 9~12，但局部礦體頂板較為破碎，構造節理裂隙發育。本次試驗現場為180 m水平中段1686七分層采場，該采場設計礦房寬度為6 m（原為4 m），高3.5 m。該采場上盤發育有斷層泥，局部受構造應力作用呈粒狀，泥狀，巖石破碎，完整性差，遇水易垮落。上盤圍巖為蝕變碎裂巖構造帶，蝕變碎裂巖具有硅化，高嶺土化，輕微黃鐵礦化等蝕變。礦體巖性為構造角礫巖，角礫狀結構，塊狀構造，礦化以硅化、黃鐵礦化為主。礦體下盤為石英斑巖，見有硅化、黃鐵礦化、鉀變等蝕變，局部礦化較強。在現場施工中，工人按照經驗對裝藥量、炮孔布置等參數進行處理，沒有一套完整可靠的爆破參數，炸藥利用率低，成本高。爆破對破碎頂板擾動較大，降低了其穩定性，爆破后頂板碎石松石多，安全性差，限制了采場跨度的增大，效率低。且爆破后頂板面參差不齊，在回采上分層時容易出現漏礦，降低了回采率。因此，需要結合現場實際，對爆破方式和參數進行研究。

2 方案設計

2.1 聚能管控制爆破機理

采用聚能管控制爆破技術，實現頂部周邊定向斷裂控制。聚能管爆破實質是利用切縫來控制爆炸

能量的分布，沿切縫方向產生能量集中，而相應減少其他方向的爆炸作用，以達到控制目標巖體開裂方向的目的。現場經驗證明，切縫的寬度一般選擇3~5 mm，聚能管長度一般取炮孔長度的60%~70%效果較好，其裝藥結構如圖1所示。

圖1 聚能管結構

與傳統的光面爆破不同，炮孔多了一層切縫外殼，并且聚能切縫管有一定的厚度和強度，對爆炸時產生高能密度有一定的抑制作用，使得能量更好地向無約束的地方作用，有利于定向斷裂控制爆破效果。炮孔附近巖體在壓力突變處的斷裂破壞是炮孔孔壁開裂的關鍵所在。一般可能發生兩種不同的破壞模式：一是因環向拉應力導致的拉斷破壞，二是因孔壁壓力差形成的徑向剪應力而造成的剪斷破壞[7]，如圖2所示。

圖2 聚能切縫管爆破原理

2.2 楔形掏槽

根據嵩縣山金九仗溝金礦生產進度要求，采場頂部采用光面聚能爆破。為使頂部爆破效果更好，中部采用楔形掏槽，從而形成頂部光爆的自由面。根據九仗溝金礦礦巖的條件，對于較為堅硬難爆的巖石，可采用楔形掏槽，如圖3所示。

圖3 楔形掏槽

2.3 爆破方案

采場內使用聚能光面爆破技術開采礦體頂部，通過光面聚能爆破控制采場頂部的邊界及開采高度，然后利用主爆孔楔形掏槽爆破中下部的礦石，具體方案如圖4所示。

圖4 光面爆破頂孔布置

聚能管管徑與炮孔直徑兩者必須相互適應，炮孔直徑必須保證較易放入聚能藥卷。根據理論研究和現場試驗，試驗中選用直徑為32 mm的硝銨炸藥，聚能管內徑為35 mm，外徑為38 mm，炮孔直徑為48 mm，如圖5所示。將炮頭放入聚能管內，管事前已經切縫加工，然后添加相應藥量，保證炸藥靠聚能管一端放置，炸藥相互接觸緊密，以保證炸藥爆轟的穩定傳播。由于炮孔較長，應保證聚能管藥卷的放置方向和位置，其聚能方向應嚴格保證與相鄰炮孔的連線方向一致。

圖5 聚能管

根據毫秒爆破作用理論、聚能爆破方案設計、巖石物理力學參數及試驗采場的施工條件等因素，設計聚能光面爆破的方案，調整后具體參數見表1。頂部光面爆破孔堵塞長度為0.2 m，中部掏槽孔堵塞長度為0.1 m。鑿巖采用YT28氣腿式鑿巖機，水平孔落礦。爆破使用2#巖石膨化硝銨炸藥，采用不耦合裝藥，引爆采用電起爆器，非電導爆管雷管微差起爆。

3 效果分析

3.1 爆破效果

在180 m水平中段1686七分層采場進行了數次現場試驗，聚能光面爆破均達到了預期的水平。由于聚能管切縫的聚能效應，使得爆炸能量盡量朝著切縫方向，相對地提高了炸藥的能量利用效率。同時，聚能管的切縫管壁在爆破過程中由于自身具有一定的強度，從而在爆炸過程中能夠起到減小爆震對頂部圍巖的破壞作用，減少了頂板圍巖的浮石量。中部楔形掏槽創造了較大體積的槽腔，有效地為頂部的光面爆破創造了良好的自由面條件，炮孔的利用率達到了90%以上，使用普通爆破方式和聚能光面爆破效果如圖6和圖7所示。

表1 炮孔爆破參數

圖6 原爆破效果

圖7 光面爆破效果

爆破后采場頂板和兩幫平整光滑，頂部光面爆破清晰可見，采場邊界控制情況良好，未出現頂板和兩幫的垮落，爆破效果良好。

3.2 經濟效益

該方案有效地解決了前期爆破后存在的頂板破碎、松石多等問題，能夠很好地適用破碎帶內采場，提高了工效，縮短了進尺的工期。使用聚能光面爆破提高了炸藥利用率，使得采礦損失率、貧化率降低，帶來了可觀的效益，具體數值見表2。

表2 采場損失率貧化率對比

4 結 論

（1）嵩縣山金九仗溝金礦爆破炸藥單耗大，加大了采礦成本。爆破后松石、碎石多，爆破效果不佳，嚴重威脅支護人員的安全。因此，優化爆破參數，采用聚能光面爆破方式。

（2）現場應用效果表明，聚能光面爆破后，采場頂板和兩幫光滑平整，爆破效果良好，有利支護工作進行，降低了采礦損失率和貧化率，提高了經濟效益。

（3）該善了九丈溝金礦原爆破方式的不足，對于類似礦山具有一定的參考意義。

[1] 吳蘭冬,陳燦壽,柏春偉,等.深埋硬巖中光面爆破設計優化及經驗公式[J].爆破,2016,33(02):62-66.

[2] 郭東明,楊仁樹,周曉歡,等.綜采工作面采用聚能管預裂爆破提塊研究[J].中國礦業,2006(03):38-40.

[3] 郭東明,華福才,李恩璞,等.采場采用聚能管爆破控頂應用研究[J].工程爆破,2006(03):33-35.

[4] 許 鵬,楊立云,李建平,等.中硬巖石巷道聚能管控制爆破與光面爆破的對比試驗研究[J].中國礦業,2012,21(10):99-101.

[5] 牟延波,崔 松.烏蘭鉛鋅多金屬礦扇形中深孔爆破參數優化研究[J].有色金屬(礦山部分),2018,70(03):59-60.

[6] 宋恩祥.盤區機械化上向水平分層進路充填采礦法在嵩縣山金礦業的應用[J].有色金屬工程,2015(5):55-57.

[7] 閆 軍.傾斜節理發育條件下凝灰巖地層隧道拱頂聚能控制爆破施工技術研究[D].長沙:中南大學,2012.

(2019-01-11)

李施慶(1979—)，男，山東萊州人，工程師，主要從事采礦管理相關工作，Email：2980389205@qq.com；黎 林(1994—)，男，山東萊州人，碩士研究生，主要從事采礦工程研究，Email：2980389205@qq.com。