金屬礦山地下開采中深孔爆破工藝技術優化

張則祿

（山西中條山集團胡家峪礦業有限公司，山西 運城 043700）

地下礦山的開采規模擴大、深度增加，都會造成相應的技術難題。而露天開采資源的逐漸確實，以及生態環境遭受破壞和市場變化，各大礦產采用地下連續開采技術工藝，改善井下作業條件，以機械化方式加快生產，通過縮減回采周期便于深部低壓的有效管理，以集中化開采方式縮減成本投入，有利于礦產開采效益的進一步擴大。深孔爆破技術是適應不同地質條件的開采技術，以其應用優勢值得進一步研究推廣。

1 概況

1.1 深孔爆破技術

深孔爆破最早應用于土石方，以其應用優勢逐漸推廣于地下礦山開采。深孔爆破技術更具靈活性，能夠在保質保量的基礎上提升經濟效益，適應于不同的工程項目。深孔爆破需要控制好最小抵抗線，避免發生向后拉裂、爆破側裂等問題，將震顫、噪音、飛石等控制在最小范圍內。技術人員不僅要保障爆破質量，也需要控制好炸藥用量，使鉆孔、裝載等施工流程的應用更加科學、合理，進一步縮減應用成本。地下礦山深孔爆破需要更要注重具體參數的合理選擇，通過不斷優化技術工藝，達到預期效果[1]。

1.2 金屬礦地下連續開采基本情況

采礦，需要對地下礦床通過三個工藝流程的結合使用，以礦堆的采準、切割、回采完成礦石的開采。采礦方式主要有地上和地下兩種開采方式。金屬礦山中的地下開采形式較為普遍，且呈增長趨勢，逐漸完成了各個開采工序的機械化，將許多人工作業方式解脫出來，朝著自動化方向發展。我國現階段采用的地下采礦技術中，地下連續開采較為先進，主要表現為兩種方式。一是礦體硬度偏小的情況下需要連續、平行地開展施工流程；礦體硬度較大的情況下需要將開采過程劃分為多個施工段，在做好協調工作的前提下，針對性地平行施工。國外可用于地下采礦的設備齊全、配套完整，具有較高的機械化水平，實現了鑿巖、裝藥、轉運的全過程機械化作業，已經解放了人工操作的體力勞動，向無軌化、自動化、液壓化技術方向發展。在國際先進采礦技術中，地下無軌采礦工藝具有代表性。采礦設備的無軌化、液壓化標準已經實現。利用無人駕駛、機器人等高新技術，都是自動化的重要表現。

1.3 礦體種類和質量

金屬礦主要表現為黑色（鐵礦為主）、有色（鋁、銅、鉛、鋅等）、貴金屬（金、銀）三大類別。鐵礦的價值普遍偏低，主要采用露天開采形式，對于埋藏深的一類鐵礦，需要采用崩落法、空場法等地下開采方式。在鐵礦開采中使用膠結充填法，需要投入大量的生產成本，甚至偏高于礦石本身價值，經濟效益也會直接受到影響。一般情況下，有色金屬和貴金屬一類的礦山以充填法更為適用，能夠使礦石更好地避免發生損失和貧化，做產生的成本支出明顯高于此類礦山的價值量，必然成為礦山開采的經濟效益。同時，礦石的品位、雜質數量等因素都是衡量其質量優劣的重要標準[2]。

2 影響中深孔爆破效果的因素

2.1 中深空鑿巖施工

中深空鑿巖施工會影響到礦石的爆破落礦、放礦效果、回收和回采爆破裝藥、爆破成本量、人工勞力、裝藥安全性等環節的整體狀況。在礦體水平深孔施工時間少，且地壓和地質條件、水平爆破震動的影響性，都會對中深孔造成損壞，甚至出現堵塞、錯位等問題，進而使深孔中的炸藥用量不同程度地減少，影響到爆破質量。

2.2 爆破器材質量不合格

爆破器材質量與后期的爆破效果直接相關。如果爆破器材出現質量問題，往往會造成中深孔的前一排爆破很難正常啟動，后一排不具備自由面，很難達到爆開要求，由此建立起一道巖墻。

2.3 人為因素

人員的體力和操作習慣，決定了個人的操作習慣和過程存在很大差異，裝藥后的具體爆破效果也會有所不同。這也需要更加規范每一個技術人員的裝藥方式，以良好的操作習慣和方法為基礎，通過跟蹤監督裝藥全過程，保障中深孔的裝藥和爆破質量，對施工過程中可能存在的問題和不足進一步強化。

（1）裝藥前技術人員需要仔細觀察炮孔孔壁是否完好，中深孔的貫通、孔洞堵塞、貫穿上水平等問題未能及時發現，對炮孔和上水平貫穿孔為做好安全防護的情況下直接裝藥[3]。

（2）個人經驗判斷、人為操作能力都會對現場狀況造成影響，撬除頂板、片幫浮石的不徹底，周邊導爆管會因爆破區域的震動發生砸斷、砸壞或拒爆情況，其中存在的拒爆問題需要再次爆破，孔洞內填充的炸藥會不同程度地受潮，進而限制炸藥爆能，使爆破效果受到很大影響。

（3）巷道空間特點決定了可用于裝藥的空間很小，裝藥人員不能安穩立于礦堆之上，人力的作用明顯受限，成為裝藥施力不足的重要原因，中深孔填充的炸藥量不能達到預期要求，無法保障其中的裝藥密度。

（4）人為操作方式和認知理念，會造成裝藥過程中所用裝藥器底風調節狀況存在很大不同，或者是調節效果呈現明顯的不適合，輸藥管的抽拔過程中的夾管、跑管等問題也會時常發生，中深孔內可用的炸藥量很難保持良好的分布密度，影響到爆破效果。

（5）各類新型鉆機的研發和利用，使爆破設備進一步優化，極大地改善了中深孔爆破質量，使礦山開采中應用的中深孔爆破技術表現出更大的應用優勢。

2.4 中深孔爆破自由面

中深孔爆破中藥包所在的巖體和空氣接觸面，稱為爆破自由面，對爆破破壞有著很大作用，也是爆破漏斗的成因之一。現在許多礦區仍然采用人工裝藥方式，個人的經驗判斷、認知角度、專業技能等，都會使中深孔爆破自由面無法做出正確的判斷，存在超前爆破等不合理行為，爆破過程中所涉及的自由面較為有限，必然影響到爆破效果。

2.5 爆破補償空間

為了保障爆破效果，技術人員需要更加關注爆破補償空間，如果空間不足會在排炮爆破過程中產生一定的壓制作用，不能充分釋放出中深孔的爆破能量，直接影響到整體的爆破效果。所以，預先針對中深孔爆破設立補償空間，在確保其足夠后，結合前一排對后一排產生的爆破作用進行全面考慮。一般情況下，前一排中深孔爆破無法達到預期效果，后一排會產生更多的抵抗線，如果抵抗線過大必然會影響到預期補償空間的大小，后一排中深孔的可爆性也因此明顯下降，形成超擠壓爆破狀態。長此以往，只會造成惡性循環，中深孔爆破也就需要采取更多、更適合的處理辦法來解決。

3 中深孔爆破技術的應用

3.1 掏槽準備

掏槽施工，需要預先編制一整套的施工計劃制動施工過程。合理的掏槽施工，是礦山巖體能夠粉碎徹底的重要條件，進而優化后期的工作環境，例如炮眼的大小和質量，直接關系到礦山的掘進效率。我國用于礦山開采的主要有直眼、斜眼、混合三種掏槽方法，需要以具體的情況選擇更加適宜的掏槽方式，深孔爆破環境是確定掏槽方法時必須考慮的因素，進而保障開采效率。同時，相關工作人員必須做好相應的安全防護措施，為施工進展奠定基礎。

3.2 炮孔深度及直徑

80mm～200mm是工程常用的深空鉆井直徑，以鉆機類型、巖石特性為基礎確定直徑大小。一般情況下，鉆機的型號，就表示孔徑大小的確定，以此將深孔孔徑固定為150mm、100mm、45mm不等；80mm～100mm是井下鐵礦開采可用的最小炮孔直徑。

3.3 最小抵抗線

中深孔爆破需要以最小抵抗線w作為重要參數，要求大小合適，控制爆破效果。炮孔前排所設的抵抗線過小，需要使用大量炸藥，延長了鉆孔時間，并產生很多飛石，影響到進度；炮區會因抵抗線過大導致推出困難，后沖和拉裂現象更易發生，使爆破進度逐步減緩下來。最小抵抗線的設定，一般需要從炸藥威力、巖石硬度、炮孔角度和直徑等全面考慮，但卻很難實現量化，只能以已有的爆破經驗為主要依據。

3.4 選擇起爆方式

工作人員必須堅持全面考慮礦山的地質條件、掘進進度等狀況，依據具體情況選擇合適的起爆方式，保障起爆效果。反向爆破是現階段主流起爆方式中應用較廣泛的一種，要求鉆孔底部科學設置炸藥點，保障起爆過程的安全性，確保爆破力度向外大面積傳播，使爆破效率明顯提升。爆破所用炸藥的具體使用量，要準確分析出深孔的具體特點，更好地保障爆破效果。

4 中深孔爆破的注意問題

4.1 起爆器質量不達標

起爆器質量直接關系到深孔爆破效果。起爆器質量不達標、技術不合格，是深孔爆破各類問題形成的主要原因。經過長時間的使用，起爆器的電容容量通常會普遍降低，進而影響到電壓值，使起爆條件不能符合實際需求，甚至出現拒爆等情況。

4.2 雷管腳線

深孔爆破需要以雷管腳線的有效接觸為前提，但是腳線金屬線斷裂、雷管絕緣層損壞等問題時常存在于實際操作中，造成雷管的不穩定，在起爆之后發生拒爆、誤爆等不合理情況，增大了其中的風險隱患。

5 優化深孔爆破技術的方法

5.1 炮孔封堵質量

我國現今許多銅礦的爆破都以機械化為主要的裝藥方式，需要更加注意對炮孔堵塞長度的控制，以便于使炸藥得到有效利用，保障爆破效果。堵塞質量的控制，首先需要堵塞方式的適宜性，進而控制沖擊破產生后的能量損耗，使炮孔中的炸藥使用量有所減少。

5.2 起爆網絡與網路聯結

井下爆破效果與起爆網絡的聯結和敷設狀況息息相關。炮眼的有效利用，需要在聯結起爆網絡時，逐一確定雷管所用膠布是否緊密、聯結網絡是否完整和有序、導爆管質量是否受損等情況。

5.3 優化裝藥方法

確定裝藥方法，必須以井下現場巖體為基礎進行間隔裝藥，保障爆破效果。間隔裝藥，需要規避其中的薄弱部位，在炸藥分段處理后，確保在炸藥礦巖中分布均勻，以爆破的最大阻力點作為炸藥安裝的首選位置；每段所用炸藥量必須適度，將不裝藥部分控制在約1m，其中填充巖粉、上下段安裝起爆雷管，以上下兩段的同批同段為基本條件，確保起爆時間的統一，防止發生盲炮問題。封堵長度要以設計要求為標準，控制在許可范圍內。多排孔爆破中采用的空間交錯裝藥方式，能夠錯開各孔的裝藥段，使礦巖中的炸藥能量分布更加均勻，全面提升炮區的破碎效果。

5.4 保障炮孔裝藥密度

針對技術人員建立完善的知識技能培訓機制，全面提升員工的專業技術能力，確保中深孔爆破嚴格遵循裝藥技術標準完成裝藥過程，對每一次的藥量裝填都要做好統計，需要對炮孔藥量及時補充，使爆破質量得到改善。

5.5 現場施工管理

爆破現場的管理，要求技術人員以實際狀況進行設計，對爆破方案、孔位、起爆網絡、施工安全等問題提高重視度，做好相應的技術交底。施工過程中的鉆孔環節進行全過程監管，保障鉆孔質量，在施工人員準確了解設計要求中明確的孔網參數后開展鉆孔流程。鉆孔之后的質量檢驗也很重要，對孔深、孔洞的光滑順暢度等因素逐一確認，在發現不合格炮孔后必須返工處理，確保鉆孔質量符合規范化要求。

6 結語

國內外學者在深孔爆破技術方面的研究工作已經有了很大進展，而新學科的引入，使爆破技術的應用中更加全面地考慮了彈性、巖體、斷裂力學等。爆破技術中的很多因素都不能被量化，或者以經驗性公式表現出來，而科研工作的深入，使炮孔封堵質量、起爆網絡與網路聯結、裝藥方法、現場施工管理等環節進一步優化，為爆破精度的提升奠定了堅實的基礎。