深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用

陳 旭, 李榮興

(1.西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司，西藏 昌都 854000；2.中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100000)

0 引言

本次露天礦改擴(kuò)建工程位于玉龍銅礦，礦體頂板為大理巖及灰?guī)r，傾向與坡向相反，為堅(jiān)硬巖組。礦層底板為角巖，伴有青磐巖化現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)地堅(jiān)硬。礦體接觸帶的表層角巖強(qiáng)度低，屬軟巖。花崗巖質(zhì)地堅(jiān)硬，完整性好，RQD值為30～70。在Ⅰ號礦體附近，風(fēng)化層厚度最深為98 m。礦巖體重：廢石為2.583 t/m3；Ⅰ號礦體礦石為2.567 t/m3；Ⅱ號礦體10線以南、V號礦體銅硫礦為3.49 t/m3，氧化銅礦為2.267 t/m3，鐵礦及含銅鐵礦為3.04 t/m3；Ⅱ號礦體0～10線富氧化銅為2.27 t/m3，貧氧化銅為2.33 t/m3，含銅鐵礦為2.34 t/m3，銅硫礦為3.2 t/m3。礦巖強(qiáng)度：灰?guī)r/大理巖為59.6 MPa，角巖為52.3 MPa，花崗斑巖為41.9 MPa。本次露天礦改擴(kuò)建工程范圍包括：(1)基建剝離工程，基建期2年(包含一期生產(chǎn)采剝)，采剝工程量暫估3 522.2萬m3，約9 127.9萬t，總體分布于采礦區(qū)東北部-中部-東南-西南部山體，施工平臺標(biāo)高范圍為4 500～5 124 m；(2)生產(chǎn)采剝工程，改擴(kuò)建工程基建期結(jié)束后轉(zhuǎn)入生產(chǎn)，生產(chǎn)期8年，采剝工程量暫估18 281.4萬m3，約47 116.8萬t，其中包括廢石約11 829.6萬m3，約30 756.8萬t，礦石約6 451.8萬m3，約16 360.0萬t，平均剝采比為1.83，總體分布于采礦區(qū)東北部-中部-東南部山體，施工平臺標(biāo)高范圍為4 500～5 124 m；(3)露天礦基建工程：露天礦區(qū)域草皮剝離及平移；礦巖的穿孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸、排土及排水等工序包含的所有工作內(nèi)容及其他輔助工作；基建期結(jié)束，須同步完成智慧礦山及綠色礦山建設(shè)，并確保其正常運(yùn)行。

1 深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用要求

本次項(xiàng)目在露天礦改擴(kuò)建工程中引進(jìn)深孔梯段控制爆破技術(shù)，通過深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用，保證單位工程合格率100%；滿足損失貧化達(dá)到設(shè)計(jì)要求；礦巖塊度滿足半移動式破碎站要求以及采場技術(shù)滿足工藝要求。

2 深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用

大中型硬巖露天礦開采中普遍使用擴(kuò)幫開采法。擴(kuò)幫開采法是在礦體開采條件簡單、品位較富的礦段，以較陡的工作幫坡角和以成斜條狀的擴(kuò)幫帶，自上而下依次向外推進(jìn)[1]。這樣，臨時境界不斷地向外和向下擴(kuò)展，進(jìn)而形成最終境界。露天礦擴(kuò)幫開采法具有基建剝離量小，基建投資少，所用設(shè)備少，達(dá)產(chǎn)快，經(jīng)濟(jì)效果好，特別是初期經(jīng)濟(jì)效果更顯著等優(yōu)點(diǎn)。但是，在平面面積不大、邊坡高而陡的露天采場，擴(kuò)幫工作面布置和道路建設(shè)均困難，而且如果不能在垂直方向錯開，存在安全隱患，因此，可通過深孔梯段控制爆破技術(shù)解決露天礦擴(kuò)幫開采法中存在的不足。深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用流程圖

2.1 主要爆破參數(shù)

在露天礦改擴(kuò)建中，根據(jù)本工程礦巖性質(zhì)進(jìn)行炮孔參數(shù)設(shè)計(jì)和鉆孔，并根據(jù)每次鉆孔情況和爆破效果及時進(jìn)行鉆爆參數(shù)的修正。本次深孔梯段控制爆破技術(shù)選取6個主要爆破參數(shù)，分別為：鉆孔直徑、底盤抵抗線、孔距、排距、超深和孔深。本次鉆孔采用宣化泰業(yè)370潛孔鉆機(jī)(Φ140 mm)，鉆孔直徑D為140 mm，主爆區(qū)采取垂直鉆孔，最后一排炮孔采用65°傾角鉆孔。設(shè)Wd為底盤抵抗線，其表達(dá)式為：

(1)

公式(1)中，d為炮孔直徑，dm；ρ為裝藥密度，g/mL；λ為裝藥系數(shù)；q為單位炸藥消耗量， kg/m3；m為炮孔密度系數(shù)。通過公式(1)，計(jì)算出底盤抵抗線。

設(shè)a為孔距，其表達(dá)式為：

a=m·Wd

(2)

在公式(2)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出排距的計(jì)算公式，設(shè)排距為b，其表達(dá)式為：

b=am

(3)

通過公式(3)，得出排距參數(shù)。爆破參數(shù)中，設(shè)超深為h1，其表達(dá)式為：

h1=(0.2-0.6)Wd

(4)

在公式(4)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出孔深的計(jì)算公式，設(shè)孔深為L，其表達(dá)式為：

L=H+h1

(5)

公式(5)中，H為巖石堅(jiān)固系數(shù)。通過上述公式，得出主要的爆破參數(shù)，為深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)參數(shù)。

2.2 平整場地，布孔

完成爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)和調(diào)整后，在每次穿孔爆破作業(yè)之前，清除浮渣，整修便道，便道的坡度要滿足鉆機(jī)自行進(jìn)入施工現(xiàn)場要求，場地的平整度滿足鉆車作業(yè)要求，確保鉆機(jī)安全作業(yè)[2]。為了保持工作面的平整度，盡量減少工作面下由于鉆孔過深造成過量的破碎巖石。在布孔過程中，統(tǒng)一編號并設(shè)立明顯標(biāo)志。綜上所述確定爆破設(shè)計(jì)布孔參數(shù)，如表1所示。

表1 布孔參數(shù)表

結(jié)合表1，繪制深孔梯段爆破炮孔布置平面圖，如圖2所示。

圖2 深孔梯段爆破炮孔布置平面圖

結(jié)合圖2所示，通過深孔梯段控制爆破技術(shù)完成露天礦改擴(kuò)建中的平整場地，布孔。

2.3 鉆孔

本項(xiàng)目主炮孔采用垂直鉆孔方式，如果實(shí)地情況需要，后排采用少量傾斜炮孔。技術(shù)人員要對每個炮孔的高程、位置按照排號和孔號做出記錄，利用RTK進(jìn)行空間定位，繪圖管理。

鉆孔前，技術(shù)人員根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求，對鉆機(jī)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底。操作人員根據(jù)現(xiàn)場布設(shè)的孔位和技術(shù)交底資料給定的角度、孔深進(jìn)行鉆孔作業(yè)，并做好相關(guān)記錄。鉆孔區(qū)與生產(chǎn)區(qū)域要采取有效的隔離措施進(jìn)行隔離。

鉆孔工作結(jié)束之后，先行檢測孔深，確認(rèn)符合設(shè)計(jì)要求和沒有發(fā)生堵孔后方可移位鉆其他孔，否則補(bǔ)鉆至達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并做好記錄。鉆好之后要將巖碴吹凈，做好必要的防護(hù)措施，防止地表水、雨水和雜物落入孔中造成堵塞。

在礦體上盤圍巖鉆孔時，要根據(jù)礦體傾角的變化情況調(diào)整炮孔的深度，不允許炮孔鉆進(jìn)礦體，避免造成礦石損失。為了減少礦石損失及廢石混入，要根據(jù)礦、巖賦存條件靈活確定采用單排還是多排微差爆破，孔網(wǎng)參數(shù)視礦體賦存情況靈活確定，以保證爆破效果。擴(kuò)幫順礦體走向爆破。在開采過程中，加強(qiáng)采礦工作面的取樣工作，控制礦巖接觸線，根據(jù)礦巖接觸線的變化適當(dāng)調(diào)整爆破孔網(wǎng)參數(shù)，以減少礦石的損失和巖石的混入。出現(xiàn)根底巖墻時，及時進(jìn)行二次爆破處理，保證工作面幫齊、底平[3]。利用dimine軟件模擬礦體走向，確定礦巖分界線的位置并做好穿孔設(shè)計(jì)方案，根據(jù)穿孔設(shè)計(jì)方案現(xiàn)場放樣孔深孔位，并對穿孔人員進(jìn)行交底。地質(zhì)人員每天到穿孔區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場地質(zhì)勘察，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況有變化要及時調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

2.4 礦巖爆破粒徑要求

在鉆孔完畢后，深孔梯段爆破起爆網(wǎng)路。在礦巖爆破過程中，對于礦巖爆破粒徑要求為：爆破后廢石、礦石最大粒徑<600 mm，大塊率<3%，大于礦巖爆破粒徑要求的礦石，需要進(jìn)行二次破碎。當(dāng)不需進(jìn)行二次破碎時，挖掘機(jī)換上挖斗，進(jìn)行如挖水溝之類的其他工作。為了保護(hù)永久邊坡和永久道路，在永久邊坡和永久道路處推薦使用預(yù)裂控制爆破技術(shù)，即在邊坡境界上采用宣化泰業(yè)370潛孔鉆機(jī)(Φ140 mm)，沿設(shè)計(jì)的邊坡鉆一排密集的炮孔，孔間距一般為1.5～2 m，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，導(dǎo)爆索起爆。

2.5 爆破安全距離驗(yàn)算

在深孔梯段爆破起爆后，還需要驗(yàn)算爆破安全距離[4]。設(shè)露天礦改擴(kuò)建爆破安全距離為Rk，根據(jù)《露天礦改擴(kuò)建爆破安全規(guī)程》，其表達(dá)式為：

Rk=K0×Q1/3

(6)

公式(6)中，K0為待定系數(shù)，結(jié)合《露天礦改擴(kuò)建爆破安全規(guī)程》一般情況下取值為15；Q為裝藥量，kg，在本次露天礦改擴(kuò)建工程中取值為170。通過公式(6)，得出爆破安全距離為83.09 m。在滿足此安全距離的條件下，實(shí)現(xiàn)露天礦改擴(kuò)建爆破，完成深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用。

3 結(jié)束語

深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)露天礦改擴(kuò)建中存在的問題，在后期的相關(guān)工程中，可加強(qiáng)深孔梯段控制爆破技術(shù)的應(yīng)用。本文不足之處在于沒有對出現(xiàn)放炮安全事故時，項(xiàng)目單位的應(yīng)急處理展開詳細(xì)研究。當(dāng)發(fā)生放炮事故時，現(xiàn)場人員應(yīng)立即報(bào)告項(xiàng)目主管領(lǐng)導(dǎo)，項(xiàng)目主管領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)事故險(xiǎn)情及危險(xiǎn)程度造成或可能造成的危害進(jìn)行判斷，及時將信息上報(bào)應(yīng)急指揮辦公室，保證深孔梯段控制爆破技術(shù)在露天礦改擴(kuò)建中應(yīng)用的安全性。