錦豐金礦進路掘進鑿巖爆破優化試驗研究

褚洪濤，王德民，夏晨輝，王能躍，劉 倫

(1.長春黃金研究院有限公司； 2.中國黃金集團有限公司; 3.鳳山縣宏益礦業有限責任公司； 4.貴州錦豐礦業有限公司)

貴州錦豐礦業有限公司(下稱“錦豐金礦”)巖石質量整體較差，RQD值為10 %～30 %，巖體Q值一般為0.1～10，即巖石等級為極差至中等。采用進路式開采，巷道掘進工作量較大，隨著生產任務的不斷加大，掘進效率和掘進質量對生產的影響越來越大[1]。為此，錦豐金礦迫切需要對進路掘進鑿巖爆破參數進行優化，以獲得良好的爆破效果，提高鑿巖效率，加快采礦循環，增大單次爆破落礦量，提高采礦生產能力。

1 工程背景

錦豐金礦礦體和圍巖以似層狀砂巖和薄層黏土巖為主，二者的地質特征都為層狀結構良好的薄層和軟硬巖層互層結構，構造影響較為強烈，結構發育，砂巖半堅硬，抗水抗風化性較強；而黏土巖質軟，強度低，抗水抗風化性較弱，工程地質性質差，斷裂帶破碎嚴重，透鏡體發育，泥質充填，層面易錯動，層間結合力差。而礦體位于上下盤圍巖的斷裂破碎帶中，比圍巖更破碎、松散。巖石普氏硬度系數f=2～5，巖石密度2.77 g/cm3，單軸抗壓強度21～60 MPa，泊松比0.16～0.28，彈性模量15～109 GPa。水文地質條件較簡單。從以上地質情況判斷巖石可爆性好，井巷自穩性差，巷道易發生變形。

2 鑿巖爆破現狀及存在問題

2.1 鑿巖爆破現狀

鉆孔施工采用Boomer282型雙臂鑿巖臺車，鑿巖效率高，出礦采用TORO007型鏟運機，裝藥采用諾貝爾公司ANFO裝藥車，全耦合裝藥，其他輔助作業采用JY-5型多功能服務車。

錦豐金礦由于巖石節理裂隙發育，整體破碎，開挖需全噴漿+錨網支護，進路斷面尺寸4.5 m×5.0 m。 目前，掏槽孔和輔助孔采用散裝銨油炸藥，周邊孔采用25 mm 條狀巖石乳化炸藥，底板孔采用32 mm 巖石乳化炸藥[2-3]。中間掏槽空孔炮孔直徑89 mm，其余炮孔直徑為45 mm，單循環設計炮孔48個，起爆系統采用國產毫秒雷管系列雷管。

2.2 存在問題

1)通過對爆破后掌子面的炮痕進行觀測可知，現場施工的炮孔數量、質量和設計相差甚遠，如設計炮孔48個，實際炮孔為40個。從工作面殘孔可以看出，中心空孔實際孔底間距達到60 cm，而中心空孔設計間距應不超過30 cm，周邊孔設計間距為79 cm，現場實測間距1.0～1.2 m。鉆孔數量和鉆孔精度缺乏控制，現場施工不能體現技術設計意圖，技術設計和現場施工相脫離。

2)由于鉆孔采用濕式鑿巖，施工時用水量較大，工作面圍巖含水量也較大。現場井巷掘進采用吹壓ANFO技術，因為ANFO成本低，可以節約直接成本，ANFO速溶于水，造成ANFO的爆轟性能大大降低，同時在小孔徑情況下很容易造成低于臨界直徑或被水溶解而失效導致拒爆，嚴重影響爆破效果。

3)周邊孔裝藥問題。周邊孔沒有采取間隔裝藥技術，直接將包裝小藥卷連續裝入孔底，采用導爆管起爆。由于線裝藥密度太大，造成巷道周邊超欠挖嚴重，半孔率很低，巷道斷面不平整，造成錨噴網支護成本較大，出渣成本也會增加。

4)雷管質量和性能問題。由于國產雷管誤差大，為防止相鄰段別雷管跳段，采用常規隔段選用的方式，即選用1,3,5,7,9,11,13,15,17,19共計10個段別的雷管，名義延期時間見表1。

表1 國產雷管段別及名義延期時間統計

目前,井下采用的爆破方式是直線掏槽，起爆順序為掏槽孔分1，3，5，7，9段毫秒起爆，第一圈輔助孔采用11段，第二圈輔助孔采用13段，底部輔助孔采用15段，兩幫孔采用17段，頂孔采用19段，底孔采用20段毫秒管起爆。掏槽孔各個段別名義延期時間為50，60，90，110 ms，延期間隔時間較短，由于掏槽區各炮孔的破碎巖石未能充分拋出，相鄰炮孔接著起爆就會將掏槽區擠死。由此會形成2個方面的問題：一是由于補償空間不足造成爆破震動較大，擾動圍巖；另一方面，由于掏槽區未能充分形成，因而對后續的擴槽孔、輔助孔及周邊孔的夾制作用很大，造成爆破根底，影響循環進尺。

3 鑿巖爆破參數優化試驗

3.1 參數優化設計

鑿巖爆破是采礦工藝中一個重要的環節，布孔參數與炸藥量是其主要的因素，鑿巖爆破效果的好壞直接影響采礦成本、采礦損失貧化指標、生產安全、出礦效率等。所以進行鑿巖爆破參數優化試驗，獲取最優的鑿巖爆破參數，對錦豐金礦井下采礦生產具有重要的意義。

根據巖石可鉆性和可爆性分析，礦體巖石屬于易鑿易爆型。對井下進路回采鑿巖爆破參數現場標定記錄進行分析，由分析結果可知：錦豐金礦井下采礦鑿巖爆破工藝具有很大的優化空間，包括斷面尺寸(根據采場巖石穩定性和支護強度決定)、炮孔數量、掏槽孔數量、炸藥消耗量、爆破順序等。

此次鑿巖爆破優化方案共設計39個炮孔，炮孔沿掌子面中心線均勻對稱布置(見圖1)。采用直孔掏槽形式[4-8]，掏槽孔13個，略深于其他炮孔20～30 cm，5個大孔徑空孔提供掏槽自由面，8個裝藥孔可以在爆破后形成4.0 m3的槽腔自由面[9]，同時可以起到良好的拋渣作用，為后續輔助孔和周邊孔爆破提供有效的補償空間。10個輔助孔和裝藥孔采用裝藥臺車裝膨化銨油炸藥，耦合裝藥；11個邊孔和5個底孔人工裝乳化炸藥，底孔裝9根大乳化炸藥，邊孔裝3～5根小乳化炸藥，不耦合裝藥，以保護巷道輪廓完整光滑；起爆方式均采用孔底微差導爆管雷管起爆，30～50 cm炮泥封堵炮孔。爆破順序由里及外，由上到下，每炮裝藥量約80.4 kg(大乳化炸藥37.5 kg、小乳化炸藥9.9 kg、膨化銨油炸藥33.0 kg)，落礦量約210 t，炸藥單耗約0.38 kg/t。進路掘進鑿巖爆破參數見表2。

圖1 4.5 m×5 m規格拱形巷道鑿巖爆破設計示意圖

表2 進路掘進鑿巖爆破參數

3.2 試驗過程

3.2.1 地點選擇

試驗采場要安排在已經探明的礦段，地質儲量具有一定規模，并且能盡快進行試驗。結合礦山正常生產的同時安排該項試驗工作，在采切工程準備較好且地質儲量較穩定的230E1采場和350E1采場進行4.5 m×5.0 m斷面試驗。其中，230E1采場巖石條件較差，350E1采場巖石條件較好。

3.2.2 現場施工

1)鑿巖。采用Boomer282型雙臂鑿巖臺車鉆孔，配長3.7 m釬桿，φ45 mm和φ89 mm鉆頭。鑿巖前對掌子面浮巖進行清理，以利于鑿巖和確保炮孔有效深度，作業人員嚴格按照設計布孔參數進行鑿巖，保證成孔質量和數量。記錄人員做好現場監督管理和鑿巖時間記錄。

2)爆破。爆破人員裝藥前對炮孔進行清渣、清水，保證炮孔暢通無存水，然后進行裝藥，連線，孔底反向起爆，封堵孔口。操作一定按爆破設計進行，保證裝藥量和爆破順序。記錄人員做好裝藥量和裝藥時間記錄，并監督現場裝藥。

3)出礦。出礦采用TORO007型鏟運機，記錄人員記錄出礦量，查看殘孔數量和長度，并測量進尺長度。

3.2.3 數據整理

通過多次跟班記錄，整理出具有代表性的幾組數據(見表3)，其能夠真正意義上反映試驗效果，同時符合現場實際作業情況。

表3 進路掘進鑿巖爆破主要技術指標

3.3 爆破效果

從爆破后巷道的成形質量、爆破進尺和根底情況(見圖2)進行評價。由圖2可知：優化后的爆破效果比較可觀，達到了預期要求。根底由原來的1.2 m降至0.3 m，有時甚至沒有，大大提高了炮孔利用率，提高了落礦量。

圖2 爆破后掌子面根底情況

3.4 技術經濟指標對比

根據井下鑿巖爆破跟班標定的數據，與礦山同期井下生產進尺情況，結合井下相關生產資料，統計鑿巖爆破優化參數技術經濟指標，結果見表4。

由表4可知：鑿巖爆破參數優化后取得了良好的技術經濟指標，炮孔減少了9個，鑿巖時間節省了21 min，鑿巖效率提高了19.8 %；爆破進尺均在3.00 m左右，炮孔利用率在90 %以上；炸藥單耗減少了0.06 kg/t，減少了13 %；噸礦爆破材料消耗減少了0.88元，按年礦石產量120萬t計算，預計每年可減少爆破材料消耗成本100萬元以上。

表4 優化前后鑿巖爆破技術經濟指標對比

4 結 論

1)結合錦豐金礦礦體賦存條件及開采技術條件，通過鑿巖爆破參數優化試驗，獲得了適合錦豐金礦礦體回采的鑿巖爆破參數，解決了炮孔數量多，裝藥量大，根底存礦等問題，大大增加了爆破落礦量，提高了生產效率，節約了爆破成本。

2)采用大空孔直線掏槽方式，為后續炮孔破巖提供良好的爆破條件，減小了巖石的夾制作用，掏槽孔略深，掏槽孔爆破后起到很好的拋渣作用，掏槽效果良好。

3)周邊孔根據巖性和層理結構情況布置，平行層理面時炮孔布置稀疏，垂直層理面時炮孔較密，控制裝藥量，保證巷道輪廓平整光滑。

4)底孔清水困難，故裝大乳化炸藥，用炮棍透入孔底，最后起爆，起到拋渣作用。

5)鑿巖爆破優化參數，在錦豐金礦井下生產中的應用是可行的，具有可操作性。