地質(zhì)理論在露天中深孔爆破中的應(yīng)用

楊曉聲(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦，湖北 大冶 435124)

地質(zhì)理論在露天中深孔爆破中的應(yīng)用

楊曉聲(大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦，湖北 大冶 435124)

根據(jù)銅山口銅礦露天爆破的實(shí)際狀況，結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)、巖層走向，巖性節(jié)理、斷裂等分析露天中深孔爆破。將理論與實(shí)際相結(jié)合，優(yōu)化布孔方式與爆破參數(shù)，從而降低大塊率、底根數(shù)，提高采場(chǎng)采掘工作效率。

中深孔爆破； 巖體； 優(yōu)化參數(shù)

1 前言

銅山口銅礦從1970年開始露天大爆破開始，至今已有四十多年，長(zhǎng)期以來在設(shè)計(jì)爆破方案時(shí)，往往只考慮炸藥性質(zhì)、爆破工藝、爆破參數(shù)等對(duì)爆破效果的影響，僅將爆破巖體看作孤立的巖石。由于巖石長(zhǎng)期受到地質(zhì)作用的影響，巖石存在著各種各樣的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造。甚至有時(shí)候忽視了節(jié)理斷層面的存在，致使發(fā)生了一些使礦山造成損失的事故。

2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

(1)巖體爆破的理論研究狀況。80年代前主要對(duì)節(jié)理巖體爆破產(chǎn)生的現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析，80年代后主要是建立模型分析?？傮w來說，并沒有全面和系統(tǒng)地對(duì)節(jié)理巖體在爆破載荷作用下多發(fā)生的炸藥爆轟、應(yīng)力滑移、裂紋開裂以致破碎成塊和拋擲全程的認(rèn)識(shí)。

(2)巖體爆破的實(shí)驗(yàn)研究狀況。絕大多數(shù)研究結(jié)果都是以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，主要側(cè)重單方向的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，然而爆破中有許多影響因素，即使相鄰的區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果，多種因素相互制約，爆破器材的更新?lián)Q代，采掘設(shè)備的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致過去的實(shí)驗(yàn)結(jié)果參考價(jià)值降低。

3 銅山口露天爆破生產(chǎn)狀況

3.1 地理位置和地質(zhì)概況

礦區(qū)位于鄂東南褶斷束大冶復(fù)式向斜南翼次一級(jí)倒轉(zhuǎn)向斜西端南翼。礦區(qū)地層自老至新為三疊系下統(tǒng)大冶群第三至第六性段灰?guī)r、二疊系下統(tǒng)棲霞組灰?guī)r和第四系地層。區(qū)內(nèi)燕山期巖漿呈巖株、巖瘤、巖脈侵入。巖性為花崗閃長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)巖，位于礦床中心的巖株為成礦母巖。

3.2 礦體及控礦構(gòu)造

銅山口礦床是由6個(gè)銅(鉬)礦體和若干小鉬礦體組成，見圖1。礦區(qū)內(nèi)裂隙構(gòu)造十分發(fā)育，不同方向的裂隙呈網(wǎng)狀交織。礦石自然類型有石榴子石矽卡巖、石榴子石化大理巖銅礦石、角礫巖銅礦石。礦石主要有用元素為銅，伴生有益組份為鉬、銀等。主要金屬礦物為黃銅礦，其次為斑銅礦、輝銅礦、輝鉬礦等。礦石平均密度2.96 t/m3，硬度系數(shù)f在8～12之間，松散系數(shù)1.44～1.87，濕度0.962%，設(shè)計(jì)臺(tái)階12m，臺(tái)階坡面角65°～70°，最終邊坡角頂幫、底幫均為46°～50°。

圖1 銅山口銅(鉬)礦床礦體分布剖面圖

3.3 露天采場(chǎng)采掘設(shè)備

穿孔設(shè)備使用250mm直徑的牙輪鉆，采剝使用國(guó)產(chǎn)電鏟及大型油鏟，運(yùn)輸使用BZKD20大車。

3.4 中深孔爆破設(shè)計(jì)

通過長(zhǎng)期的爆破工作累計(jì)經(jīng)驗(yàn)及爆破設(shè)計(jì)參考，現(xiàn)采場(chǎng)爆破參數(shù)為：炮孔直徑d=250mm;炮孔排距b=4～5m;炮孔孔距a=5～7m;抵抗線w=3～4.5m;超深h=2～3.5m;炸藥單耗q=0.5～0.7kg/m3。

乳化炸藥等爆破器材由楚天化工公司提供，運(yùn)輸工作由礦山負(fù)責(zé)。

4 爆破巖體巖性分析

按照中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所提出的巖體結(jié)構(gòu)類型為爆破巖體結(jié)構(gòu)類型，結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體是在一定的地質(zhì)環(huán)境中形成的，因此地質(zhì)類型和構(gòu)造特征是研究巖體的重要依據(jù)。結(jié)合銅山口露天采場(chǎng)常見幾種巖性總結(jié)如表1所示。

表1 銅山口露天采場(chǎng)巖體巖性

5 試驗(yàn)

5.1 炮孔布置

根據(jù)巖體的性質(zhì)，將等間距布置炮孔改為不等距布置。

在實(shí)際布孔中，根據(jù)巖體的力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面分布的不均勻性及方向性，以單個(gè)孔位為能量中心，以不同巖體為介質(zhì)，不同巖性的巖體需要的爆破能量不同，采取不等間距的方式布置炮孔。布孔原則主要依據(jù)在結(jié)構(gòu)面較密集較發(fā)育的地方，將孔距排距間距加大，從而減少孔數(shù)；在結(jié)構(gòu)面較少不發(fā)育的地方，減小孔距排距，布置較多的炮孔。多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，按照這種方法布孔可取得較為良好的效果。

5.2 裝藥方式

對(duì)含有軟夾層(破碎帶)的爆破孔位，在爆破時(shí)采用分段裝藥中間間隔的辦法。

為了防止在爆破中，爆轟能量從巖石縫隙逸出，出現(xiàn)爆破效果不理想，采取分段裝藥，在軟弱夾層處進(jìn)行用巖渣間隔裝藥的方式。一般在保證6m充填的情況下，采取下段用8段雷管，上段采用9段雷管，間隔部分盡可能覆蓋夾層。效果良好，同時(shí)降低了單耗，如圖2。

圖2 分層間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

5.3 起爆方式

根據(jù)巖體巖性發(fā)育狀況不同，采用不同的起爆方式。

采場(chǎng)一般爆破方法有V型起爆、波浪起爆、逐排起爆等。這些起爆方式取得的效果良好，但由于起爆方法是把巖體看作均勻理想化巖體，但實(shí)際情況并非如此?？梢愿鶕?jù)結(jié)構(gòu)面的分布狀況及發(fā)育狀況，對(duì)于結(jié)構(gòu)面分布較密、發(fā)育較好的區(qū)域，優(yōu)先其他區(qū)域起爆，更容易為下面的炮孔創(chuàng)造更多的自由面，可以有效改善爆破效果，盡量避免同一次起爆的巖體含有過多的不同巖性。

5.4 拋擲方向

根據(jù)爆破巖體的產(chǎn)狀不同確定最小抵抗線拋擲方向。

對(duì)于一些沉積巖(如采場(chǎng)北擴(kuò)方向的灰?guī)r)和某些變質(zhì)巖(如北擴(kuò)大理巖)均有明顯的層理，其產(chǎn)狀對(duì)拋擲方向和爆破效果均有顯著影響。當(dāng)設(shè)計(jì)拋擲方向與巖層層理近似垂直時(shí)，以北擴(kuò)+26m臺(tái)階為例，爆破效果非常好；當(dāng)拋擲方向與巖層方向平行時(shí)，往往很難達(dá)到爆破設(shè)計(jì)預(yù)期效果。

節(jié)理在各類巖體中是普遍存在的，節(jié)理面的存在不僅僅影響爆破設(shè)計(jì)，對(duì)采礦安全的控制也具有很大的意義。

5.5 生產(chǎn)中常見的布孔方式

5.5.1 常規(guī)布孔

常規(guī)的矩形布孔中在露天應(yīng)用十分廣泛，實(shí)際生產(chǎn)中，一般會(huì)采取梅花狀的孔位來發(fā)揮爆破的更大效果，在梅花狀孔位的網(wǎng)絡(luò)圖中，炸藥分布更均勻，爆破震動(dòng)也相對(duì)減??；由于露天采場(chǎng)的特性，一次爆破后的后一排分界處為下次爆破的自由面，如若采用梅花狀孔位布置會(huì)使得新形成的自由面十分不平整，對(duì)接下來牙輪鉆的穿孔造成不利，所以一般在后一排的孔位中，在兩側(cè)減少一個(gè)孔位，可以很好地解決這一問題，同時(shí)也減小了炮孔間作用力的夾持束縛，可以為下一次爆破提供更好的作業(yè)面，從整體上提升整個(gè)臺(tái)階的爆破作業(yè)效果，見圖3。

圖3 減少邊緣A孔的布孔示意圖

5.5.2 破碎帶和斷層帶的布孔

由于單個(gè)臺(tái)階的巖性變化出現(xiàn)斷裂破碎帶，或邊邦臺(tái)階由于巖體受外力出現(xiàn)變化，沿節(jié)理面出現(xiàn)斷裂，在爆破設(shè)計(jì)中常有整個(gè)作業(yè)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)斷裂帶，在實(shí)際生產(chǎn)中斷裂帶對(duì)爆破效果影響很大，由于縫隙的存在會(huì)使爆破能量未按控制方向溢出，造成設(shè)備和人員的安全事故。為了安全生產(chǎn)，通過改變爆破方向布孔使其與斷層走向盡可能垂直。斷裂帶對(duì)穿孔也存在不利影響，會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)無法將巖渣吹至孔外，甚至導(dǎo)致無法成孔。若無法改變拋擲方向的情況下，炮孔應(yīng)避開在斷層裂隙上，并在斷層裂隙兩側(cè)對(duì)稱布孔。

5.5.3 高邊邦處布孔

由于北擴(kuò)工程標(biāo)高較小，露天高差很大，在高邊邦爆破中要考慮到崩落的巖石對(duì)下方設(shè)備的沖擊以及增加的運(yùn)距成本，采取保守爆破，減少炸藥量，會(huì)在邊邦處留下“長(zhǎng)城”，對(duì)后續(xù)工作開展不利。一般采取加大孔深，大抵抗線，高充填高度的辦法，如圖4所示，1、2、3號(hào)孔為正?？?，超深1.5～2m，4號(hào)孔為高邊邦孔，一般超深2.5～3m。

圖4 高邊邦超深孔示意圖

5.5.4 爆破大距離抵抗線布孔

當(dāng)牙輪鉆穿孔必須保證安全而不能到達(dá)理想穿孔位置時(shí)，或上一次爆破后沖、旁沖距離很大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致抵抗線較大，如若按照以往的爆破方式，很難將自由面爆破開，采用多裝炸藥的方式會(huì)導(dǎo)致一系列安全問題，也會(huì)對(duì)后排孔造成很大沖擊，建議可以采用第一排孔數(shù)較后排加密的方式。

6 結(jié)語

從地質(zhì)角度考慮露天爆破的影響及爆破參數(shù)銅山口礦還處于起步階段。露天中深孔爆破很重要，對(duì)整個(gè)露天開采成本及采剝計(jì)劃都有著很深遠(yuǎn)的影響。

現(xiàn)階段剝離任務(wù)較大，北擴(kuò)方向主體巖性為灰?guī)r及受熱變質(zhì)的大理巖，都有著豐富的節(jié)理及斷裂。

由于銅山口地區(qū)地下水十分復(fù)雜，如何利用巖體本身節(jié)理、斷裂進(jìn)行布控、起爆，將決定采掘的生產(chǎn)成本及安全問題，所以地質(zhì)知識(shí)在中深孔爆破的應(yīng)用十分有意義。

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Application of geological theory in medium-length hole blasting in open pit mine

According to the actual situation of open pit blasting of Tongshankou Copper Mine, and combined with the rock mass structure, the direction of strata, the lithologic joint and fault, the medium-length hole blasting technique was analyzed. Combining theory with the actual production, the holes arrangement and blasting parameters were optimized. The boulder yield and root ore were reduced and the mining efficiency was improved.

medium-length hole blasting; rock mass; parameter optimization

TD235.4

A

楊曉聲(1988-)，男，吉林松原人，助理工程師，從事礦山地質(zhì)工作。