謙比希銅礦上向中深孔爆破參數優化及應用

張金鐘，李小松，趙承佑，代 涵,溫 晨

(1.中色非洲礦業有限公司謙比希銅礦； 2.中南大學資源與安全工程學院)

中色非洲礦業有限公司謙比希銅礦(下稱“謙比希銅礦”)東南礦體北采區開采深度已達千米，不僅面臨著深部礦山“三高一擾動”典型環境特征的影響[1-2]，而且相對于南采區礦體厚度變大，因此，南采區采用的預切頂下向平行中深孔采礦法并不適用于北采區[3-4]。上向扇形中深孔爆破是傾斜中厚礦體開采中常用的爆破破巖方法之一[5-6]。因此，根據北采區礦體開采技術條件，該礦山開展了上向中深孔分條空場充填采礦法試驗研究，取得了成功[7-9]。該方法能較好地適應礦山機械化配套設備，大大提高了作業的安全性、高效性。然而，面對高應力環境下的破碎礦體，該工藝仍存在超挖、欠挖、邊幫垮落、爆破塊度及振動較大等問題[10-11]。為了解決這些問題，在東南礦體1020-1-3采場進行試驗，對其孔網參數、鑿巖設計、起爆順序進行優化，通過三維掃描儀對窿型采空區進行成像，對炮排進行切片分析探討，形成了合適的爆破方案，為類似工程提供參考借鑒。

1 工程背景

謙比希銅礦東南礦體是謙比希銅礦的三大主要礦體之一，位于主礦體東南約7 km處。東南礦體以0號 勘探線為界分為南、北2個礦化帶，北礦化帶以59號 勘探線為界分為N1和N2 2個部分。按采礦順序將N1礦體以880 m為界分南、北2個采區。東南礦體北采區位于960～1 060 m中段，對應1 080 m基建期有軌運輸巷穿脈兩側各100 m，礦體走向總計長600 m。東南礦體北采區礦體屬緩傾斜中厚礦體。礦體頂板一般為上盤石英巖夾泥巖，石英巖穩固，偶有節理或泥巖發育部位，會出現滑落現象。礦體位于礦化板巖中下盤，一部分礦體的直接頂板仍為礦化板巖，礦化板巖穩固性中等。礦體下盤為礫巖，厚度一般為1～5 m，穩固性較差。再往下則為石英巖，穩固性較好。

謙比希銅礦東南礦體北采區采用上向中深孔分條空場充填采礦法(見圖1)開采，分段高度為20 m，目前東南礦體北采區劃分為960 m、980 m、1 000 m、1 020 m、1 040 m、1 060 m 6個中段。采場寬度一般為10～15 m，長度為40～100 m，沿礦體走向布置，一個分段可劃分3～5個分條。由于東南礦體北采區礦體節理較為發育，在高地應力條件下容易發生滑動失穩，因此一般根據采場長度對其支護形式進行劃分。對于長40 m的上向中深孔采場僅施工鑿巖巷，采用上向扇形中深孔爆破出礦，快采快充。當超過該長度時，則應在上層施工支護巷，利用錨索對采場的頂板進行支護，以保證采場出礦安全。

采用Raptor 55 XP型鑿巖臺車施工上向扇形中深孔，孔距76 mm，根據多年來積累的經驗，并結合礦體開采技術條件，其孔網參數為：礦巖整體性比較好時，排距2.2 m，孔底距2.4～2.5 m；整體性一般時，排距2.0 m，孔底距2.3～2.4 m；整體性差時，排距1.8 m，孔底距2.2～2.3 m。Getman A64 E*C裝藥臺車向炮孔泵入混裝乳化炸藥，采用0～21段高精度毫秒延期雷管V型退段網絡起爆炸藥。采用XYWJ-L10鏟運機通過出礦進路將礦石運至礦石溜井。

圖1 上向中深孔分條空場充填采礦法示意圖

2 現場試驗

2.1 試驗方案

1020-1-3采場寬度為12.5 m，長度為80 m。拉槽區為5排上向平行中深孔，采用四孔掏槽，其余采用上向扇形中深孔側向崩礦。將該采場分為2部分，分別試驗2種不同方案。

1)方案A。1～18排炮孔采用交錯布置，即鄰排間炮孔相互錯開(見圖2-a))，如第一排1號孔為50.6°，而第二排1號孔為45.8°。該方案采用交錯布置，因此在排間設置1個垂直孔來控制邊幫(見圖3-a))，排距設置為1.8 m。

圖2 方案A、B孔底示意圖

2)方案B。19～39排炮孔采用平行布置，即鄰排間炮孔相互平行(見圖2-b))，該方案排距設計為2.0 m，其加強排設置為2個孔，除1個垂直孔外，另加1個斜孔來控制塊度(見圖3-b))。

圖3 方案A、B加強排剖面示意圖

2.2 爆破效果

采場整體爆破后采用三維掃描儀對采空區進行掃描記錄，在Dimine軟件上成像(見圖4)，對窿型采空區設計炮排線進行切片，對比設計回采區域和實測采空區(見圖5、圖6)，以研究不同方案爆破效果。

圖4 三維掃描儀實測采空區模型

圖5 方案A炮排切片窿型采空區示意圖

圖6 方案B炮排切片窿型采空區示意圖

1020-1-3試驗采場設計3個爆破邊界，三機芯鑿巖：下部鑿巖巷采用雙機芯鑿巖，其中右側爆破邊界設計一個上向平行中深孔用以控制邊幫，左側爆破邊界設計上向扇形中深孔；上部支護巷設計一個機芯鑿巖，后因礦體破碎垮落未施工。

方案A采用交錯布置且排距(1.8 m)較小，同時偶數排的1號孔角度相對較小，因此，爆破后窿型采空區的面積更大，也就是左右兩側超挖，混入更多的廢石，礦石貧化率升高。

方案B采用平行布置，排距(2.0 m)擴大，加強排設置1個垂直孔和1個斜孔。根據窿型采空區，該方案對邊幫的控制效果較好，特別是垂直孔對邊幫控制效果較好，礦石貧化率相對較低。

此外，2種方案的扇形孔爆破區域左上角均未被爆破，研究其原因為裝藥時炸藥在重力作用下向下滑動，頂部形成炸藥空氣柱導致懸頂。但由于方案B加強排比方案A多出1個斜孔，在此處效果也明顯優于方案A。

2.3 爆破方案分析

1)通過對比，總體上看，2種方案在爆破塊度上相差不大，大塊率控制較好。在超挖、欠挖、邊幫控制上方案B明顯優于方案A，由此后續生產中建議采用平行布置，加強排設置2個炮孔，排距控制在2.0 m，當礦體整體性較差時，可以縮小到1.8 m以降低大塊率。

2)在上向孔裝藥過程中，要考慮乳化炸藥因重力影響孔底藥量，在后續施工過程中需要提高泵藥壓力，此外施工過程中也應使斜孔施工至邊頂角，保證炸藥可以裝到邊頂角以降低采礦損失率。

3 關鍵技術

1)邊幫控制技術。上向扇形孔爆破邊幫控制最佳措施是布置工程時鄰近邊幫采用垂直布孔，通過炮孔插入φ50 mm PVC管來實現不耦合裝藥，降低裝藥量以保護邊幫及相鄰采場。

2)逐孔起爆技術。東南礦體現有條件下控制爆破震動的主要措施為降低單段藥量、減小最小抵抗線(排距)大小、合理的延期時間及有利于增加自由面的爆破順序，以降低夾制性。逐孔起爆技術可滿足以上要求，東南礦體逐孔起爆，通過孔底插入500 ms延期雷管，實現孔外延期。爆破網絡見圖7。

圖7 爆破網絡示意圖

3)眉線控制技術。炮孔角度不同時，由于炮孔底部炸藥的最小抵抗線向前移動，造成底部炮孔窿型線前移，使得爆破窿型曲線與炮孔線之間的損傷體積變小，減小了對眉線的破壞，從而達到更好的眉線保護效果(見圖8)。1020-1-3采場施工時采用5°的前傾角，在保證采礦損失貧化的基礎上實現對眉線的保護。

圖8 眉線控制技術示意圖

4 結 語

針對謙比希銅礦東南礦體北采區所面臨的各種問題進行了研究，通過在現場進行試驗，對孔網參數、爆破網絡、邊幫控制等問題進行優化。根據試驗結果，確定了后續生產的孔網參數及邊幫控制、逐孔起爆、眉線控制等優化技術，在確保爆破塊度和采礦損失貧化的基本要求下保護了采場邊幫，并通過優化爆破網絡降低爆破震動，極大地降低了對周邊采場的影響，達到了采場爆破優化的目的，為相似工程提供了參考借鑒。