淺談礦巖分離爆破技術在銅—曼露天礦山應用的可行性

譚明洪，聶緒斯，魯 智

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

現目前，露天礦山多采用傳統的臺階松動爆破技術，這種技術經過數十年的發展和完善，雖然技術成熟，但其只能將礦巖作為整體同時爆破，并向一個方向推移的局限性，導致了礦石與巖石混雜的區域，會增加礦石的貧化損失。在露天礦山采礦過程中，與傳統的爆破技術相比，采用礦巖分離爆破技術，可實現礦石與巖石在爆破過程中的有效分離，從而避免在爆破過程中礦石的貧化損失，提高礦石品位。本文將結合銅街曼家寨露天礦山的現狀和生產實際，從礦巖分離爆破技術的基本原理、技術特點、技術路線及實施方法等幾個方面進行探討。

1 礦巖分離爆破的基本原理

在露天采礦中，礦巖分離爆破技術應用的基本原理是：在爆破過程中利用藥包爆炸過程產生的推動力以及孔間爆破時序，使得礦石與巖石分別按照設計的方向移動，從而實現兩者的分離，避免混雜。其基本方法就是通過采取一定的技術手段控制礦石與巖石在爆破時的拋擲、移動方向以及爆破先后順序等加以實現。

2 礦巖分離爆破技術的特點

2.1 能夠有效的降低礦石采出的貧化損失

礦巖分離爆破技術最顯著的特點是在爆破過程中將礦、巖充分的隔離，減少礦巖互相混雜的幾率，從而實現較低的采出貧損，提高資源的利用率。結合銅-曼露天礦山的生產實際，根據礦體賦存規律，對于極薄至中厚的礦體，可以采取礦巖總體爆破，并實施精細化開采的方法采礦，而對于中厚至厚的礦體，則可以采用礦巖分離爆破技術，從而達到降貧損，提品位的效果。

2.2 提高爆破質量和生產效率

礦巖分離爆破技術一般需采取一定的技術手段對被爆破的礦石與巖石移動方向加以精準控制，這就要求該技術一個主要的技術特點就是，與傳統的松動爆破技術相比，礦巖分離爆破技術一定程度上改善了被爆破體的裂縫與自由面，改變巖石運動方向的同時，改善了爆破效果。在起爆的同時，礦巖受到了不同爆炸應力波的破壞，能夠在瞬時補償空間的引導下，將礦石和巖石分別推向設計的方向。這一技術的應用，可直接省去了后續鏟裝運輸工序進行礦巖分離的環節。從而實現改善爆破質量的同時，也提高了礦山的生產效率。

2.3 能夠有效的降低爆破危害效應

礦巖分離爆破技術通常采用高精度毫秒延時雷管進行起爆。一方面，合理的孔間、孔內起爆時序可以做到精確的控制，以此來調整爆炸應力波在礦巖介質中的疊加狀態和時間，使爆炸應力波不會過于集中而增加爆破振動，又不會過于分散而影響爆炸能量對介質的破壞作用，在一定程度上減少了爆破的地震效應，使礦巖破碎塊度較為均勻；另一方面，礦巖分離爆破技術的實現需要付諸于精細的設計、施工等手段，充分利用爆破自由面，可以有效地控制爆破時破碎的巖體移動方向，控制爆破飛石的方向和距離，從而減少爆破飛石打擊事故的發生幾率，提高了爆破的安全性。

2.4 提高起爆網路設計的數字化程度

一般來說，在毫秒延時起爆的過程中，巖石運動速度非常高，技術人員可借助計算機模擬爆堆拋擲的功能，可預先對巖石移動方向做出判斷。以此為礦巖分離爆破技術方案提供指導，減少炮孔間延時的誤差，確保了礦巖分離爆破技術的應用效果。

銅-曼露天礦山采用礦巖分離爆破技術可充分利用數字化的手段，結合現目前礦山3Dmine 和Auto-CAD 等計算機輔助設計軟件的應用，可以將炮孔的起爆時序進行精確地設計，使得相應炮孔按照特定的起爆順序依次起爆，從而提高了爆破網路設計的數字化程度。

3 礦巖分離爆破在某露天礦山的應用探討

根據礦巖分離爆破技術的特點和適用性條件，結合銅曼露天礦山的生產實際，可進一步拓展該技術在礦山的應用。針對銅曼露天礦山礦體賦存特征明顯，泛指礦體厚度為中厚至厚大、傾角為傾斜至急傾斜、或水平微傾斜礦體等礦體。在特定條件，按照分區、分層或多點同時起爆的方式實施礦巖分離爆破技術，可以充分發揮該技術的諸多特點，為礦山創造經濟效益。

3.1 礦巖分離爆破技術方法

3.1.1 礦巖分區爆破

圖1 礦巖分區爆破炮孔布置示意圖

礦巖分區爆破的方法適用于礦體為薄至厚或極厚，傾角較大的礦體，且臨空自由面少的情況。主要針對29#、31#、43#等傾角大的礦體，其礦體周邊礦巖分界線明顯，結合爆區的礦、巖不同的物理力學特性以及生產上的塊度需求，可以采取不同的炸藥單耗、孔網、裝藥結構等參數進行爆破。因各自區塊的炸藥單耗及孔網參數等有所不同，宜采用分區爆破的方法，各區塊采取微差間隔順序起爆的方式，見圖1所示，A 區、C 區圍巖爆破孔網10×7m2，分別設置兩個起爆點依次間隔25ms 起爆；B 區礦體爆破孔網參數7×5m2，設置150ms 的延時間隔隨后起爆，即可做到礦體兩側圍巖與礦體爆破分離。

3.1.2 礦巖分層依次爆破

該種方法主要適用于礦體厚度為中厚以上，傾角緩至水平的礦體。

根據礦體賦存條件和上下盤圍巖的分布情況，可以采取一次鉆孔礦巖間隔爆破或分層鉆孔礦巖分層爆破兩種方式進行。

主要針對礦山1#、10#等礦體厚大、緩傾斜礦體，其礦巖邊界明顯，礦體上下盤規則相對平整。根據礦體在臺階上的賦存情況，一般情況下，若礦體賦存在臺階中部，則選取一次鉆孔礦巖間隔爆破的方式；若礦體賦存在臺階的頂部和底部則采取分層鉆孔分層爆破的方式，見下圖2 所示，緩傾斜的礦體主要賦存在臺階頂部，先將底部分層的礦體爆破采出后，再將下部圍巖依次完成鉆孔爆破。

圖2 礦巖分層爆破炮孔布置示意圖

3.1.3 礦巖分離多點同時起爆

該種方法主要適用于礦體厚度為中厚以上，傾角為傾斜至急傾斜礦體，且爆區臨空自由面較多，爆破條件好的情況。主要針對13#、24#、62#等厚傾且走向長度大的礦體，在其已揭露出礦體的上表面、垂直于走向掌子面以及沿走向的東側或西側臨空面等特殊情況下時，可采用分區布孔、礦巖分離多點起爆的方式。根據爆區礦巖分布和自由面條件，選擇合理的多個起爆點同時或順序依次起爆，將礦石和巖石分別向指定的方向拋擲或移動，從而達到一次性將礦巖爆破分離，自由面條件較好的情況時，可以采用多點微差間隔時間起爆，依次將圍巖和礦石，爆破隔離，可極大的便于后續鏟裝工序。

3.2 礦巖分離爆破施工要求

3.2.1 孔網及爆破參數的選擇

科學合理的選取布孔和爆破參數是礦巖分離爆破技術得以實現的主要技術手段。在爆破的過程中，藥包爆炸產生的推動力，會隨著炮孔的孔間距與布孔走向等參數的不同而變化，因此為了使礦石與巖石能夠按照設計的方向移動，需保證最小抵抗線要能夠達到控制爆堆移動方向的要求，通常是以礦體走向和自由面條件為參考，采用沿礦體走向或垂直于礦體走向方向進行布孔；而爆破參數應根據爆區礦石和巖石的物理力學特性以及爆后礦巖的塊度要求來選擇。

在銅曼礦山，礦巖的堅固性系數普遍不高，但圍巖爆后塊度要求低，而礦石塊度要求盡可能的使之破碎均勻，因此爆破礦石和巖石的炸藥單耗選取會有較明顯的差異。

3.2.2 鉆孔施工質量的保障

鉆孔施工的質量保障是礦巖分離爆破技術得以實施的先決條件。在銅曼露天采場，主要以孔徑250mm 的牙輪鉆和孔徑150mm～178mm 的潛孔鉆作為主要鉆孔設備。不同孔徑的鉆機合理靈活搭配使用的優勢，可以在露天采場礦巖分離爆破技術中充分發揮。

一方面是大孔徑牙輪鉆機承擔圍巖區域的鉆孔施工，可以有效的保障鉆孔施工質量；另一方面，阿特拉斯小孔徑的潛孔鉆機能夠在特定的礦石集中區域鉆孔，便于縮小孔間距，合理均衡爆后礦石塊度。

3.2.3 起爆時序控制的精確設計

孔間、孔內起爆時序的精確控制是實現礦巖分離爆破技術的有效方法。對于露天礦山來說，自由面條件是爆破效果好壞的一個充分條件，通常自由面條件較差的區域，礦巖分離爆破技術的實施效果大打折扣。因此，可以通過精準的時序設計，控制炮孔起爆順序和延時間隔，使礦、巖能移動到預定的位置，形成聚堆效應。

現目前，銅曼礦山已將高精度數碼電子雷管全面應用于爆破施工中。因此，基于數碼電子雷管在爆破施工安全可靠、毫秒延時精確、時序控制自主靈活等諸多優勢，將進一步增強銅曼礦山實現礦巖分離爆破技術的可行性。

3.2.4 爆區地質資料的收集

爆區地質資料的及時收集是實現礦巖分離爆破的技術基礎。面對不同的地質地形條件，礦巖分離爆破的方式也截然不同，因此要求地質技術人員在實施礦巖分離爆破施工前，做好勘探與地質資料收集工作。其目的在于提高設計人員對實施礦巖分離爆破區域的礦巖性質的認識，從而確保爆破設計的科學合理。

現目前，銅曼露天礦山開展的炮孔巖粉取樣的地質工作，可根據實際炮孔取樣數據，精確定位礦巖分布層位、產狀、深度等礦體賦存信息，便于確定區塊內各炮孔不同的裝藥結構、藥包埋深、藥柱高度等，技術人員根據地質資料對區塊內每一個炮孔定制化的設計單孔裝藥量、裝藥結構以及施工方法和順序。

4 礦巖分離爆破技術在實際生產中存在的問題

根據國內外露天礦山在應用礦巖分離爆破技術的實際效果，結合銅曼露天礦山的現狀條件，分析其中存在的問題主要有以下幾個方面：

（1）安全性問題。在銅曼采場，由于礦巖分離爆破時，礦石和巖石采取的是不同的布孔和爆破參數，區域的地質巖性可能差異較大，在同一個區域臺階上可能包含大理巖、矽卡巖、片巖等三種巖性的層理結構，因此，在設計與實際施工環節，可能造成局部區域存在藥量集中、過大等不合理情況，在分離爆破中可能出現飛石沖擊、空氣沖擊波與地震波等次生危害效應。

（2）使用的局限性。由于礦巖分離爆破技術的使用條件局限性，使得部分地質地形條件復雜的露天礦山，難以大范圍推廣應用，僅能針對部分特殊的厚大、傾斜礦體加以應用。

（3）施工組織難度大。就現目前國內露天礦山，大多數情況是地形地貌復雜特殊，礦巖物理力學性質并非理想情況的單一穩定，礦體和圍巖邊界的巖體結構面也并非規整，雖然可以做到設計上的精細、控制的精準，但實際應用過程依然會受到諸多限制條件的影響，導致礦巖分離爆破的效果打折扣。

（4）實施的成本高。結合國內外礦山在礦巖分離爆破技術應用中的成熟實例，一般情況下，為了有效保障爆破的效率與質量，選取的炸藥單耗往往較高，單次爆破消耗炸藥量較大，單位爆破的成本較高，這就需要礦山結合自身實際需要，綜合分析，以此來平衡實施礦巖分離爆破方法采礦。

5 結論

綜上所述，結合銅曼露天礦山的生產實際，作者認為在應用礦巖分離爆破技術時，應采取“揚長避短”的方式，針對礦山自身特殊地質條件“因礦施法”，充分發揮礦巖分離爆破技術的優點。同時在實際生產中采取科學合理有效的技術手段，將該技術的安全方面、可靠性方面、高成本以及適用局限性等缺點對生產的影響降到最低，盡可能的為礦山創造效益。特別是在礦石與巖石分層、分區邊界及產狀特征明顯的區域，可應用該技術實現礦石與巖石的定點、定時、定向爆破，使礦石與圍巖在開采的初始階段就形成相互隔離狀態，從而降低開采過程的貧化損失，有效的提高了礦石的利用率。