梅嶺銅鋅礦扇形中深孔爆破參數的優化研究

權富成

（蘭州資源環境職業技術學院安全工程學院，甘肅 蘭州 730021）

扇形中深孔具有布孔設計靈活，鑿巖時鑿巖機移動次數少和需要的鑿巖巷道少等優點，在地下金屬礦山采礦中應用非常廣泛。扇形孔孔口孔底距不相等，孔口距過小，炮孔利用率低，崩落礦巖體內炸藥密度分布極不均衡，孔口部分裝藥量是實際需要炸藥量的2倍～3倍。這樣，一是造成了炸藥的浪費，二是爆破后孔口部分往往出現礦石過粉碎，就會造成高品位粉礦在放礦、運輸過程中的損失；而孔底距較大，使大塊增多，如果雷管本身存在延時偏差，很難保證同排內炮孔同時起爆，就容易發生帶炮或壓死現象。這些都直接影響了礦山的正常生產和企業的經濟效益。采用扇形中深孔落礦的礦山如何取得較好的落礦爆破效果和經濟效益，結合礦山的實際生產條件對扇形中深孔爆破參數進行優化，是非常有效途徑。本文以新疆哈密梅嶺銅鋅礦研究對象，從以下幾個方面進行了理論分析和試驗探討。

1 中深孔柱狀藥包的爆破破巖作用原理

地下中深孔爆破時具有兩個有限自由面，切割槽和鑿巖巷道。當孔內炸藥爆炸時，其爆破應力波是呈兩端為半球的圓柱狀傳播。起爆瞬間，一方面，藥包附近孔壁形成在爆破應力波作用下形成壓縮粉碎區，在切向方向產生拉伸變形和拉伸應力，由于巖石的抗拉強度很低，遠遠低于它的抗壓強度，一般只有其抗壓強度的（1/10～1/50），所以當拉伸應力超過其抗拉強度時，便形成徑向裂隙。另一方面，當壓縮粉碎區爆炸空腔形成瞬間及壓應力波通過之后，積蓄在巖體內的一部分彈性變形能量（壓縮能）釋放出來，轉為卸載波，向爆源產生與徑向壓應力作用方向相反的向心拉應力，使巖石質點產生反向的徑向位移，同樣當此徑向拉應力超過巖石的抗拉強度，即形成環向裂隙，環向裂隙與徑向裂隙相交，破碎區內的巖石即被切割破壞。

2 裝藥結構對爆破效果的影響

每一爆破炮孔崩落巖體的范圍，我們可以把它近似看成一圓柱體，其直徑d應大于等于扇形中深孔孔底距a，不然的話，炮孔底部必然產生大塊，甚至孔底中間會出現殘存三角區。通過假設巖體崩落直徑與孔底距相等來分析扇形中深孔裝藥結構與爆破效果的關系，截取柱狀藥包的一端，可以把它視為球形藥包，爆炸后崩落巖體范圍近似一球體，其半徑大于或等于二分之一孔底距。由此可知，在爆破對象和條件一定的情況下，炮孔兩端（孔底和孔口）炸藥崩落巖體的范圍并不隨炮孔軸向裝藥長度的增減而改變，故常常用炮孔長度乘以一定的裝藥系數來確定炮孔裝藥長度做法顯然是不合適的，這樣會造成：當孔深較小時，裝藥量會過大，出現礦巖過粉碎和炸藥單耗增大的問題，孔深較大時，裝藥量又會過小，則既不能克服崩落巖體內單位炸藥分布極不均衡問題，又會使孔口部分產生大塊。

要解決這一問題，學者和工程技術人員們在生產中經過長期生產試驗和理論計算得出采用合理間隔裝藥結構能較好的解決了上述問題，既減少了炸藥用量，又能提高爆破質量，即減少了大塊和粉礦。合理間隔裝藥的孔口裝藥截止位置，是按照二分之一孔底距（每個炮孔崩落巖體半徑）直接作圖的基礎上，使相鄰炮孔爆破作用范圍盡量獨立不重復，再進行幾何計算得出的，具體方法見參考文獻[1]。

本文以新疆哈密梅嶺銅鋅礦扇形中深孔爆破為試驗對象，進行了多次試驗，分析對比了合理間隔裝藥與普通間隔裝藥的爆破，得出的結果是合理間隔裝藥有明顯優勢。炸藥采用巖石膨化硝銨炸藥：殉爆距離≥4cm；猛度≥12mm；爆速≥3.2×103m/s；作功能力≥298ml。耦合連續柱狀裝藥，裝藥前拌少許柴油，BQF-100型裝藥器高壓氣體壓入，裝藥密度ρ=0.65g/cm3，最小抵抗線（排距）1.2m，孔底距2.0m，起爆網路采用導爆管+導爆索復式起爆起，爆導爆管雷管位于孔底，不是每個炮孔都裝雷管。排間炮孔交錯排列，前排炮孔的位置在后排兩個相鄰炮孔之間，使其縱向的炮孔排列也相對均勻。每次崩三排，崩礦步距3.6m，堅硬礦石中爆破效果較好，軟礦中粉礦較多，采用部分孔不裝起爆藥來消除，單排炮孔布置圖如圖1所示。爆破試驗結果如下：表1是炮孔孔口1.5m和2m堵塞的普通間隔裝藥的各孔裝藥量、裝藥長度、堵塞長度，表2是按照合理間隔裝藥公式計算出來的各孔裝藥長度、裝藥量和堵塞長度。選擇兩個采場，進行了多次對比試驗，從試驗的爆破效果對比來看，采用合理間隔裝藥爆破炸藥用量減少了14.8%，粉礦量由2.0%減少到1.0%，大塊率小于10%。很好的解決了藥量分布不均和粉礦及大塊率高的問題，取得了比較理想的爆破效果和經濟效果。

圖1 炮孔布置

表1 間隔裝藥

表2 合理間隔裝

3 最小抵抗線對爆破效果的影響

理論和實踐都表明，最小抵抗線是爆破中的一個非常重要的參數，如果抵抗線取得過小，爆后只留下了半邊殘孔，孔壁周圍的巖石沒有被沖擊壓碎或破裂，爆破能量過早的釋放于大氣之中。如果是多排孔分段擠壓爆破，抵抗線值較小，則隨著爆破的進行，補償空間不斷減少，就可能出現前排孔爆破時，沖擊波將相鄰的后排孔內炸藥壓得過于密實而產生拒爆現象。如果抵抗線過大增大到某一數值，爆破后就只在孔口形成一個很小的喇叭口或產生少量片落。最小抵抗線和爆破效果是密切相關的，即抵抗線愈小，爆炸功的利用率也愈低，但如果超過一定的值，也將導致爆破失效。抵抗線選擇的合理，能夠充分利用炸藥爆炸釋放的能量，也是改善爆破效果的關鍵因素之一。

另外，同排炮孔中相鄰炮孔爆破相互作用產生大塊的原因如下：在炮孔連心線中部兩側某一區域（兩炮孔壓應力連線互相垂直的區域）出現應力降低區，這是因為兩個相鄰炮孔應力在這個區域互相抵消，故該區域爆后就會產生大塊。由于有兩炮孔壓應力連線互相垂直的不變幾何關系，所以消除的方法是“增大孔距，減小抵抗線”，來使應力降低區理論上落在礦巖之外空氣中，從而減少大塊的產生。通常最小抵抗線越大，大塊率越高；反之，大塊率就低。如果最小抵抗線減小，每米炮孔崩礦量就會降低，炸藥單耗會增大，導致采礦成本上升。以上述理論為基礎，在新疆哈密梅嶺銅鋅礦生產過程中，通過多次試驗，得到表3為最小抵抗線與大塊率的關系，表4為每米炮孔崩礦量與最小抵抗線的關系。因此把最小抵抗線W從過去的1.8m減小到1.2m，孔底距由1.8m增大到2.0m，大塊率降到了10%以下，提高炸藥爆炸能量的利用率，爆破效果較為經濟合理。

表3 最小抵抗線與大塊率的關系

表4 每米崩礦量與最小抵抗線的關系

4 起爆順序的精確度對爆破效果的影響

除了采用間隔合理裝藥結構、適當調整最小抵抗線以外，同排炮孔能按順序精確起爆也非常關鍵，為了能夠使前后排微差爆破時形成應力場疊加，增大破碎效果，要求同段內炮孔起爆的延期誤差應越小越好。所以梅嶺銅鋅為保證起爆的可靠性和精度，采用導爆管網路+導爆索輔助網路起爆，導爆索沿整孔全長敷設，不必每孔都裝雷管，同排同段雷管起爆數以5～6發為宜，保證同排炮孔能夠精確同時起爆。特別是采用合理間隔裝藥后，隨炮孔深度的增加，不裝藥長度可達4m以上，如果仍采用每孔都裝雷管起爆，各個炮孔雷管位置也不相同，就會使爆破的準備、裝藥、網路聯接等工作都變得太復雜。采用輔助導爆索網路起爆，既提高了起爆的可靠性又在一定程度上使爆破工作得到簡化。

5 結語

在地下扇形中深孔爆破時，采用合理間隔裝藥結構、適當的抵抗線和導爆管網路+導爆索輔助網路起爆等爆破參措施的應用，不僅降低了大塊率，下降到了10%以下、節省炸藥15%左右，而且采場內雷管減少40%以上，節省爆破成本8%以上。減少了雷管發生跳段的幾率，完全排除了段內炮孔發生帶炮或壓死現象的可能，又便于檢查裝藥質量和網路聯接質量，而且輔助導爆索網路承受地震沖擊波的破壞能力要比導爆管網路強的多，使地下扇形中深孔爆破的安全性、可靠性和經濟性都得到全面提高，取得的這些經驗對類似礦山生產均有借鑒意義。