露天礦山生產中深孔爆破技術的應用

楊鑫壁

宏大爆破有限公司 廣東廣州 511300

在露天礦山爆破施工中，相較于淺孔爆破，深孔爆破技術能夠顯著的改善爆破效果，提高生產效率節約生產成本以及便于實施邊坡控制爆破等優勢，因而深孔爆破也是目前露天礦山普遍采用的爆破方式，同時也是露天礦山爆破技術研究的主要方向。根據礦山類型、礦山生產規模、礦石品種等條件合理選擇深孔爆破孔徑、臺階高度、起爆方式、炸藥品種、爆破單耗等一系列深孔爆破技術要素，充分發揮深孔爆破的優勢，實現礦山開采的降本增效目的[1]。

1 深孔爆破技術的應用價值

相比于淺孔爆破技術，深孔爆破技術是指孔徑大于50mm，孔深大于5m 的爆破技術。深孔爆破應用在露天采礦作業中，能夠顯著提升礦山開采效率，尤其是在提升鉆孔效率、進行多排多孔同時爆破改善爆破效果等方面彰顯出淺孔爆破技術無法比擬的獨特價值。許多礦山在生產過程中都會面臨三類淺孔爆破技術較難解決的問題，一是開采過程中控制剝采平衡十分困難，礦山投入巨大產出滯后；二是淺孔爆破的爆破量較小安全性差，無法滿足目前國內礦山施工設備大型化施工環境復雜化的要求；三是當前國內礦山設計均對露天礦山最終邊坡的穩定性提出了較高要求，淺孔爆破技術并不能很好解決礦山邊坡控制爆破的問題。深孔爆破技術剛好能夠一一對應地解決這三大問題。首先，除部分建材類礦山外絕大多數金屬非金屬礦山都面臨前期剝離量巨大剝采失衡，投資回收周期較長的問題。淺孔爆破技術由于孔深孔徑的局限性導致其一次爆破量普遍較小，無法有效解決該問題，而深孔爆破隨著爆破器材和施工設備的發展，其單次爆破量有極大提升，而深孔爆破的孔徑從50mm-300mm，孔深從五米到二三十米范圍內均可自由選擇，這為礦山施工者進行施工組織提供了較大的選擇空間。礦山開采時，礦山施工者可以根據其不同的地形來進行適當劃分，選擇剝采比較小的區域利用深孔爆破爆破量大分臺階開采的優勢集中組織施工快速揭露覆蓋層達到盡快開采出礦石回收投資的目的。其次，隨著礦山設備的大型化和選礦設備效率的提升，要求礦山開采中爆破施工的單次爆破量也越來越大，而近些年諸多礦山施工環境復雜，又要求爆破施工有較高的安全性。多段位的秒及毫秒微差雷管、高精度雷管以及數碼電子雷管的應用，能夠有效控制深孔爆破中單響藥量大的問題，通過雷管延時和起爆網路設計，實現逐孔起爆或多段位小單響藥量起爆，從而極大的提高單次爆破量，目前國內深孔爆破已有諸多單次爆破炸藥量百噸級的爆破。除此之外，國內力推的現場混裝炸藥技術與深孔爆破技術相結合，極大的提高了深孔爆破的生產效率。這些新材料和新工藝在深孔爆破中的應用，避免了爆破器材在儲存運輸和使用中的一些重大安全隱患，也從本質上提高了深孔爆破的安全性。最后，目前多數礦山從礦山設計開始就對礦山終了邊坡提出了控制爆破的要求。深孔爆破因為具有孔徑和孔深有較大選擇性的優勢，對于礦山不同地質不同臺階高度的邊坡，易于選擇出最合適的孔深孔徑及裝藥結構的組合方案。國內礦山多選用深孔預裂爆破的方式進行邊坡控制爆破，通過精細施工，能夠實現最終邊坡半孔率70%以上，平整度正負30 公分以內。

2 深孔爆破技術存在的問題

2.1 深孔爆破對工作面平整度要求較高

隨著深孔爆破施工設備逐步趨于大型化，要求其施工作業面必須有較好的平整度，以便于鉆機作業和炸藥運輸等作業。在礦山施工早期，礦山的原始地形往往不具備大型設備施工作業的條件，因此在礦山未形成臺階之前，深孔爆破并不具備優勢。

2.2 大型深孔爆破起爆網路設計和操作較復雜易出錯

隨著火工品制造工藝的提升，雷管的延時精確性和分段數不斷提高，這也使得許多大型的爆破效果更好的起爆網路越來越多的被應用到深孔爆破中。但是大型的起爆網路因為雷管數量和雷管段別使用較多，同時大型的V 型、梯形、波浪形、逐孔起爆等網路本身就較復雜，因此深孔爆破時因設計失誤和施工連接錯誤導致爆破效果差和爆破事故的現象時有發生。

2.3 大孔徑深孔爆破的大塊率和根底率較難控制

大型露天礦為了滿足生產需要，鉆孔較多的采用140mm-310mm 孔徑的大孔徑深孔爆破以提高爆破效率，而大孔徑對應的就是更大的孔排距，大的孔排距喪失了較好的炸藥能量分布優勢，也使得大塊率和根底率較小孔徑爆破而言變得更高。

3 我國露天礦山中深孔爆破技術的應用

3.1 根據礦山類型及礦山設計方案選定鉆孔機具

不同的礦山類型確定了不同的地質結構和不同的爆破巖石介質，而針對不同類型的礦山設計方案確定了礦山開采的分臺階方案和邊坡控制方案。根據爆破巖石的普氏系數和分臺階方案可以選擇符合成本要求的鉆孔設備，同時根據不同的生產效率要求選擇合適的穿孔孔徑。

3.2 根據鉆孔機具和礦山巖石性質選定爆破施工參數

根據選定的鉆孔機具、礦山設計確定的分臺階高度和具體礦山巖石硬度系數，可以選定深孔爆破的重要參數，如：鉆孔形式、炸藥類型、爆破單耗、孔網參數、布孔方式等。

（1）鉆孔形式的選定。鉆孔一般分為垂直鉆孔和傾斜鉆孔兩種形式。垂直鉆孔具有操作簡單成孔效率高容易保證鉆孔質量，同時適用于各種巖層的優點，但是垂直鉆孔相較于傾斜鉆孔大塊率和根底率較高，并且后排孔易發生拉裂影響邊坡穩定性。傾斜鉆孔利于改善爆破效果，提高爆破塊度均勻程度，易于提高鏟裝效率，同時傾斜孔深孔爆破后臺階面齊平，鉆機作業時邊眼距較大易于保證鉆工施工安全，但傾斜孔鉆鑿操作較復雜角度控制的一致性難以保證，同時在相同臺階高度情況下，傾斜鉆孔長度比垂直鉆孔大效率降低成本增加，而在后續爆破裝藥施工中傾斜鉆孔裝藥時易塌孔、堵孔，施工不方便。根據工程的具體情況，前者的應用較為廣泛，可以使爆破成本大大降低，且施工難度較低。后者花費的時間和成本比前者高，且施工難度較高。在露天采礦中，前者往往更為適用[2]。

（2）炸藥類型的選定。目前國內礦山較多使用的工業炸藥有多孔粒硝銨炸藥、巖石膨化硝銨炸藥、粉狀乳化炸藥、1 號和2 號巖石乳化炸藥、漿狀炸藥等。其中硝銨類炸藥為不防水炸藥，乳化和漿狀炸藥為防水炸藥。一般而言山坡露天礦巖層含水較少，可選擇不防水得銨油類炸藥，而凹陷型露天礦一般巖層含水較多，應選擇防水炸藥。有條件的可通過計算波阻抗匹配性來選擇炸藥種類。不具備條件是可以按照高爆速匹配硬巖，低爆速匹配軟巖的原則來選擇。

（3）爆破單耗、布孔方式和孔網參數的確定。研究結果表明，巖石的普氏系數與爆破所需要的的炸藥量存在一定對應關系，深孔爆破確定巖石介質的硬度細數后可以根據對應關系初選爆破單耗。初選單耗確定后，首先根據孔徑大小和炸藥密度計算出線裝藥密度，然后根據孔網密集系數n（一般選取1．2～2）的初步選取，可以反算出初選單耗條件下的孔排距值。最后根據現場試爆確定最終的爆破單耗、孔網參數及布孔方式。布孔方式有矩型、方型以及梅花型幾種類型，目前國內普遍采用梅花型布孔。在破碎效果和炸藥能量分布上，梅花型布孔方式的優勢已經得到了充分肯定。

3.3 根據單次爆破區域的實際情況選擇合適的起爆網路和起爆方式

隨著深孔爆破技術的發展，多種爆破起爆網路被應用到深孔爆破中。其中V 型起爆網路巖石相互擠壓，破碎效果較好，但爆堆松散度差，適用于擠壓爆破和掘溝爆破，排間起爆網路設計簡單，爆堆松散度好，但是易產生大塊，斜線起爆爆破效果比排間起爆要好，利于控制后沖現象適用于開溝和橫向擠壓爆破，逐孔起爆自由面多，爆破效果好，減震效果好，網路連接相對較復雜。起爆網路還有很多種，具體選擇哪種起爆網路還需要根據每次爆破區域的不同地質情況和周邊情況進行選擇。起爆方式的選擇，以前主要是選擇向起爆還是反向起爆的問題。正向起爆主要是指起爆藥包位于深孔裝藥的上部聚能穴向下的起爆方式，這種起爆方式有利于減少深孔爆破炮孔上部堵塞段的大塊，但是孔底容易殘留炸藥形成根底。反向起爆主要指起爆藥包位于深孔裝藥的下部聚能穴朝上，這種起爆方式有利于減少根底和孔底殘藥，但是不利于爆區上部大塊減少。結合兩種起爆方式的優缺點，目前露天深孔爆破中多采用多點起爆方式，即同一個深孔裝藥結構中在上中下或上下不同部位都放入起爆藥包，兼顧兩種起爆方式的優點，同時彌補兩種起爆方式的缺點[3]。

4 結語

在我國露天礦山生產之中使用深孔爆破技術，需要根據礦山現場的實際情況進行分析，進一步完善當前我國爆破技術之外，還要在具體的施工之中加強技術控制的力度，最大程度保障露天礦山生產的安全性。所以在當前我國進行露天采礦中合理的使用深孔爆破技術，無論是對于開采的效率還是質量都會有較大的提高。