矽卡巖礦體爆破漏斗試驗(yàn)及爆破參數(shù)探究

章清濤

(云南迪慶礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，云南迪慶674400)

矽卡巖礦體爆破漏斗試驗(yàn)及爆破參數(shù)探究

章清濤

(云南迪慶礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，云南迪慶674400)

通過(guò)利文斯頓爆破漏斗理論，開(kāi)展單孔及變孔徑多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)，得出爆破實(shí)際最佳數(shù)據(jù)，為高山礦業(yè)有效而經(jīng)濟(jì)的開(kāi)采提供科學(xué)依據(jù)。

矽卡巖;爆破漏斗;爆破相似原理;中深孔爆破

0 引 言

位于我國(guó)西南地區(qū)三江有色金屬－貴金屬資源經(jīng)濟(jì)區(qū)南段的高山銅礦，主礦體賦存于透輝矽卡巖礦化層，呈層狀或似層狀產(chǎn)出，礦體傾角12°～40°，厚度在3.2～29.7 m 之間變化。礦體頂板以大理巖為主，角巖化變質(zhì)石英砂巖次之，底板為透輝矽卡巖，上下盤(pán)圍巖穩(wěn)固性一般。礦山設(shè)計(jì)采用中深孔底盤(pán)漏斗采礦法開(kāi)采主礦體，但由于技術(shù)基礎(chǔ)較薄弱，一直未能確定中深孔爆破孔底距、排間距、炸藥單耗等爆破參數(shù);因此，爆破參數(shù)的選擇及其爆破效果成為采礦方法能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。通常，工程類比、數(shù)值模擬等方法以其周期短、操作容易等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于爆破參數(shù)的研究中[1－2]，然而，該類方法容易忽略礦巖特征而使爆破參數(shù)缺乏針對(duì)性。1956年，加拿大科學(xué)家C.W.Livingston首創(chuàng)了利文斯頓爆破漏斗理論，該理論利用能量平衡準(zhǔn)則和相似性原理，通過(guò)小型爆破工業(yè)試驗(yàn)指導(dǎo)生產(chǎn)中的爆破參數(shù)，具有工作量小、結(jié)果可靠的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用[3－4]。

根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論，在礦山矽卡巖體巷道中設(shè)計(jì)單孔爆破漏斗試驗(yàn)和變孔距多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)，得到最佳埋深、應(yīng)變能系數(shù)、最佳漏斗尺寸和炸藥單耗等爆破參數(shù)，進(jìn)而利用爆破相似性原理，推導(dǎo)出適用于矽卡巖礦體的中深孔爆破參數(shù)，為中深孔底盤(pán)漏斗采礦法提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)與方法

1.1 爆破巖體

礦床為具層控特征的復(fù)合成因礦床，礦體主要為含礦矽卡巖礦物組。試驗(yàn)地點(diǎn)選取在3 250 m中段KT－2礦體內(nèi)的1#采場(chǎng)的廢棄巷道內(nèi)進(jìn)行。巷道圍巖為裂隙不發(fā)育的含礦矽卡巖，塊狀結(jié)構(gòu)，礦巖密度為3.46×103kg/m3，普氏系數(shù) f=8～12。

1.2 單孔爆破漏斗試驗(yàn)

在試驗(yàn)點(diǎn)平整巷道幫壁布置7個(gè)炮孔，孔深分別為 0.4 m、0.6 m、0.8 m、0.9 m、1.0 m、1.15 m 及1.3 m;使用YT－27型氣腿式鑿巖機(jī)鑿Φ40 mm炮孔，炮孔間距2.5 m。裝藥前對(duì)個(gè)別超深孔用炮泥調(diào)整到設(shè)計(jì)深度，后用炮棍裝藥，裝藥長(zhǎng)度為32 mm，炮孔堵塞長(zhǎng)度均至孔口。采用膨化硝銨炸藥，藥卷直徑Φ32 mm，單卷長(zhǎng)200 mm，重0.15 kg/卷，每孔裝兩卷。爆破采用火雷管起爆。

1.3 變孔距多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)

在試驗(yàn)地段布置8個(gè)炮孔，孔深為0.95 m，孔徑40 mm，孔間距分別為0.4 m、0.5 m、0.6 m、0.7 m及0.9 m，以單孔爆破漏斗試驗(yàn)得出的最佳埋深為藥包裝藥深度，炮孔內(nèi)分別裝填0.3 kg炸藥，孔內(nèi)采用同段導(dǎo)爆管起爆，火雷管引爆。

1.4 漏斗尺寸計(jì)算方法

(1)漏斗半徑:爆破后，扣除漏斗口周圍巖石片落部分，圈定漏斗口的邊界。然后，以炮孔為中心，間隔45°直接量取8個(gè)不同方位的漏斗半徑，取其平均值。

(2)漏斗體積:以試驗(yàn)巷道垂直幫壁所在鉛垂面為基準(zhǔn)面，爆破后按20 cm×20 cm的網(wǎng)格測(cè)算漏斗輪廓線距基準(zhǔn)面的距離，即為爆破深度;再按辛卜生法求得漏斗各斷面的面積，結(jié)合漏斗半徑可按棱臺(tái)體得出漏斗體積[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 單孔爆破漏斗試驗(yàn)

爆破后，7個(gè)炮孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。除7#炮孔外，均形成有效爆破漏斗?？咨钚∮?.9 m時(shí)，漏斗直徑、漏斗深度及單位炸藥爆破體積隨埋深比的增加而增加;孔深大于0.9 m時(shí)變化趨勢(shì)相反，且爆破礦巖塊度不均，大塊率較高。作爆破漏斗特征曲線見(jiàn)圖1。

表1 單孔系列爆破漏斗試驗(yàn)參數(shù)分析表Tab.1 Analysis on Blasting Crater Testing Parameters for Single－h(huán)ole System

圖1 單位藥量爆破漏斗體積與比值深度特性曲線Fig.1 Performance Curve for Blasting Crater Volume of Unit Dose and Ratio Depth

根據(jù)爆破漏斗破壞變形方程式(1)及圖1，得出單孔爆破的臨界埋深為1.12 m，最佳埋深為0.73 m，最佳埋深系數(shù)為 0.65，應(yīng)變能系數(shù)為1.33，炸藥單耗為 0.71 kg/t，最大爆破漏斗體積為0.12 m3。

式中:Le，Lj—分別為爆破漏斗體積及最佳爆破漏斗體積;

E—應(yīng)變能系數(shù);

Q—球狀藥包重量，kg;

Δj—最佳埋深比，△j=Lj/Le。

應(yīng)用最小二乘法原理，對(duì)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行4次項(xiàng)回歸，得到爆破漏斗體積(V/Q)與藥包埋深(L)間關(guān)系式(2)，以及爆破漏斗直徑(D)與藥包埋深(L)間關(guān)系式(3):

由式(2)、(3)可得，爆破漏斗試驗(yàn)的炸藥單耗為 0.83 kg/t，最佳埋深為 0.67 m，臨界埋深為 1.1 m，最大爆破漏斗直徑為68 mm?？傮w而言，單孔爆破漏斗較小、炸藥單耗較高，這與試驗(yàn)地段矽卡巖質(zhì)地堅(jiān)硬、可爆性較差的結(jié)果一致。

2.2 變孔距多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)

以單孔爆破漏斗試驗(yàn)中的最佳埋深為裝藥深度，進(jìn)行變孔距多孔同段爆破試驗(yàn)。爆破后均形成有效漏斗，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 變孔距多孔同段爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Tab.2 Data Sheets for Same－section Blasting Crater Test of Variable－aperture Multihole

爆破后，3#炮孔因故發(fā)生沖孔，其余不同孔間距同段爆破試驗(yàn)的爆破漏斗體積基本相同。其中，4#、5#、6#炮孔沿炮孔中心線連通，形成溝槽，孔間留有脊柱，且有片落的大塊。1#、2#、3#及4#炮孔都未拉通成槽，基本上形成各自獨(dú)立的爆破漏斗。結(jié)果表明，孔間距較小時(shí)，孔間炸藥爆能相互迭加，形成的孔間脊柱較小;當(dāng)孔間距較大時(shí)，孔間炸藥爆能迭加效果削弱，最終呈現(xiàn)獨(dú)立的爆破漏斗。

2.3 中深孔爆破參數(shù)選擇

礦山采用中深孔底盤(pán)漏斗采礦法，設(shè)計(jì)孔徑Φ65 mm，藥卷直徑50 mm。根據(jù)爆破漏斗相似原理[6]，可初步確定中深孔相關(guān)爆破參數(shù)如下。

(1)最佳孔間距

最佳孔間距a可由式(4)確定，計(jì)算得a=1.0～1.2 m。

式(4)中:Rj—爆破漏斗試驗(yàn)最佳漏斗半徑;Q—爆破漏斗試驗(yàn)炮孔裝藥量;Q0—中深孔單層裝藥量。

(2)最大孔底距b

在變孔距爆破漏斗試驗(yàn)中，根據(jù)出現(xiàn)最大爆破漏斗體積時(shí)的孔間距，并考慮尺寸效應(yīng)即可選取最大孔底距。最大孔底距計(jì)算為2.11 m，為保證中深孔孔底礦巖的爆破效果及爆破拋擲能力，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)取 b=2.0 ～2.2 m。

(3)炸藥單耗

從單孔及多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)可知，當(dāng)藥包為最佳埋深比且爆破漏斗體積最大時(shí)，炸藥單耗最優(yōu)。單孔及變孔距多孔試驗(yàn)確定的最佳炸藥單耗分別為 0.83 kg/t和0.63 kg/t，考慮尺寸效應(yīng)后分別為 q1=0.62 kg/t和 q2=0.47 kg/t。然而，由于本試驗(yàn)條件為全開(kāi)放式，自由面節(jié)理、裂隙的切割作用有助于增大爆炸效果，導(dǎo)致炸藥單耗計(jì)算值偏低。因此，有必要根據(jù)下式(5)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步修正:

式(5)中，考慮尺寸效應(yīng)后，取q3=0.7 kg/t。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)應(yīng)取 q1、q2及 q3平均值，得 q=0.6 kg/t。

(4)最小抵抗線

最小抵抗線W按下式(6)選取，計(jì)算可得W=1.29 m。中深孔爆破時(shí)，考慮到單位炮孔裝藥密度較大，實(shí)際值以1.2～1.3 m 為宜:

式(6)中:D—爆破漏斗試驗(yàn)孔徑，40 mm;D0—中深孔爆破時(shí)孔徑，65 mm;n—爆破漏斗試驗(yàn)中最佳埋深時(shí)的爆破作用指數(shù)，取2.1。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)利文斯頓爆破決斗理論適用于小型工業(yè)試驗(yàn)，單孔爆破漏斗試驗(yàn)表明矽卡巖礦體可爆性較差，爆破漏斗較小，炸藥單耗較高。利用最小二乘法總結(jié)出藥包最佳埋深為0.67 m，臨界埋深為1.1 m，炸藥單耗為0.83 kg/t，最大爆破漏斗直徑為68 mm。

(2)變孔距多孔同段爆破漏斗試驗(yàn)表明，以單孔試驗(yàn)中最佳埋深為裝藥深度時(shí)，不同孔間距同段爆破試驗(yàn)的爆破漏斗體積基本相同。同時(shí)，孔間距對(duì)炸藥爆能迭加作用呈負(fù)相關(guān)，并決定著孔間的殘留脊柱和拉槽量。

(3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和爆破相似性原理，推導(dǎo)出生產(chǎn)中的中深孔爆破的最佳孔間距為1.0～1.2 m，最大孔底距為2.0 ～2.2 m，炸藥單耗為0.6 kg/t，最小抗抗線為1.2 ～1.3 m，為中深孔底盤(pán)漏斗采礦法提供了科學(xué)依據(jù)。

[1]王鵬，周傳波，耿雪峰，等.多孔同段爆破漏斗形成機(jī)理的數(shù)值模擬研究[J].巖土力學(xué)，2010，31(3):993－997.

[2] Zhi－Liang Wang，Yong－Chi Li，Shen R F.Numerical simulation of tensile damage and blast crater in brittle rock due to underground explosion[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2007，44(5):730－738.

[3]周傳波，范效鋒，李政，等.基于爆破漏斗試驗(yàn)的大直徑深孔爆破參數(shù)研究[J].礦冶工程，2006，26(2):9－13.

[4]金旭浩，盧文波.爆破漏斗理論探討[J].巖土力學(xué)，2002，23(增):205－208.

[5]王興明，張耀平，王林，等.安慶銅礦深部礦體爆破漏斗小型工業(yè)試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2007，376(10):34－36.

[6]蔣復(fù)量，周科平，鐘永明，等.小型爆破漏斗試驗(yàn)技術(shù)在中深孔爆破中的應(yīng)用[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，4(5):24－27.

Probe into Blasting Crater Test of Skarn Orebody and Its Blasting Parameters

ZHANG Qing－tao
(Yunnan Diqing Mining Development Co.Ltd，Diqing 674400，China)

Based on Livingston blasting crater theory，a test on single－h(huán)ole and variable－aperture multihole same－section explosion crater was carried out so as to obtain actual optimum parameter data that can provide scientific basis for effective and economical mineral development at high mountain mine.

skarn;blasting crater;explosion similarity principle;medium－deep hole blasting

TD235

A

1004－2660(2012)03－0006－04

2012－05－18.

章清濤(1972－)，男，河北人，工程師.主要研究方向:有色金屬采礦工程.E－mail:hbzqt@163.com