武山銅礦爆破參數(shù)優(yōu)化研究

熊偉毅

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司，江西 南昌 330000）

1 研究背景

武山銅礦是一座地下開采礦山，始建于1966 年，經(jīng)過多次改造，于2009 年擴(kuò)產(chǎn)達(dá)到5000t/d 的采選規(guī)模。南、北礦帶分別采用下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法與下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)（水砂）充填采礦法。采用YT27 氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，采用秒延期導(dǎo)爆管雷管起爆、乳化炸藥進(jìn)行爆破。

根據(jù)江西銅業(yè)股份有限公司批復(fù)武山銅礦三期擴(kuò)建工程立項(xiàng)的文件精神，三期擴(kuò)建工程建設(shè)完成后，武山銅礦將形成10000t/日采選能力。經(jīng)過多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累和探索，目前武山銅礦采礦綜合能力也有提升，但主要體現(xiàn)在采礦盤區(qū)個(gè)數(shù)的增長，其單個(gè)盤區(qū)采礦效率上升不明顯。優(yōu)化爆破參數(shù)是提高武山銅礦盤區(qū)單產(chǎn)能力的關(guān)鍵技術(shù)，由于回采爆破存在較大的自由面，爆破效果較好，故研究爆破參數(shù)優(yōu)化主要對(duì)切采爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化就可以有效提高采礦盤區(qū)單產(chǎn)能力。

2 切采爆破參數(shù)布設(shè)優(yōu)化

切采進(jìn)路鑿巖爆破時(shí)，影響掏槽爆破的因素較多，且各因素之間相互影響、相互制約，而掏槽爆破參數(shù)的選擇，是決定采礦爆破炮孔利用率的主要因素。選擇合理的掏槽參數(shù)和掏槽方式，形成槽腔，為后續(xù)炮孔爆破創(chuàng)造出良好的爆破自由面，提供巖石破碎補(bǔ)償空間。因此，選擇合理的掏槽參數(shù)和掏槽方式，創(chuàng)造出良好的爆破自由面，使掏槽部分巖石最大程度破碎并拋出，獲得較高的炮孔利用率，從而提高爆破效率。

2.1 掏槽眼參數(shù)優(yōu)化

為克服目前直眼掏槽和斜眼掏槽的不足，提高采礦爆破效率，根據(jù)巖石爆破理論，采用準(zhǔn)直眼掏槽方式作為優(yōu)化方案。準(zhǔn)直眼掏槽方式充分結(jié)合了直眼掏槽和斜眼掏槽各自的優(yōu)點(diǎn)，所有炮孔深度同等，次掏槽孔垂直于自由面，主次配合，并采用合理的時(shí)間間隔進(jìn)行分層分次掏槽。該掏槽方式槽底炮孔間距較大，可杜絕穿孔現(xiàn)象，主掏槽眼稍微傾斜準(zhǔn)直眼（傾角在80°～88°之間），與現(xiàn)有掏槽方式相比，準(zhǔn)直眼掏槽方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：形式簡單，易操作，槽腔大，效率高，成本低。

為了優(yōu)化準(zhǔn)直眼掏槽參數(shù)，利用巖石力學(xué)的極限平衡理論和爆生氣體的準(zhǔn)靜態(tài)理論，分析準(zhǔn)直眼掏槽槽腔形成過程，采用數(shù)值模擬及相似性試驗(yàn)，來確定不同爆破條件下的準(zhǔn)直眼掏槽炮孔的布置方式、深度、傾斜角度、間距、裝藥量和微差起爆間隔時(shí)間等技術(shù)參數(shù)。準(zhǔn)直眼掏槽爆破布孔及裝藥結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 準(zhǔn)直眼掏槽爆破布孔及裝藥結(jié)構(gòu)圖

圖1（a）中，1#～6#孔為準(zhǔn)直眼掏槽炮孔，使用一段雷管，作為主掏槽孔，先起爆。炮孔稍微傾斜，炮孔與工作面形成80°～88°夾角；中心7#，8#孔為直眼掏槽炮孔，它們作為輔助掏槽孔，后起爆。位于6 個(gè)相鄰準(zhǔn)直眼炮孔的對(duì)角線交點(diǎn)位置，炮孔深度與準(zhǔn)直眼炮孔相同，上部為空孔，下部裝有少量炸藥，使用二段雷管。1#～6#孔先于7#，8#孔起爆，起爆時(shí)可充分利用7#，8#孔的上部未裝藥所形成的2 個(gè)空孔，提供了一定的自由面和補(bǔ)償空間。起爆后，1#～6#孔的裝藥將對(duì)其所包圍的巖體進(jìn)行破碎，將靠近自由面的巖石拋出，而剩下下部一部分巖石雖未拋出去，但在爆炸作用下受到損傷，其節(jié)理和裂隙會(huì)得到擴(kuò)展，為7#，8#孔下部所裝炸藥爆破提供了自由面和有利條件。1#～6#孔爆破后情況如圖1（c）所示。7#，8#孔爆后情況如圖1（d）所示。7#，8#孔爆破為雙孔爆破漏斗作用，它努將1#～6#孔爆后未破碎的巖體破碎，而且將1#～6#孔爆后已破碎但未拋出的碎渣拋出，形成深度與體積達(dá)到所希望的槽腔。

準(zhǔn)直眼掏槽的優(yōu)點(diǎn)在于：①利用掌子面作為自由面，將準(zhǔn)直眼與自由面形成微傾斜，最大化利用爆破自由面，增強(qiáng)了爆破效果；②準(zhǔn)直眼掏槽比直眼掏槽減少了掏槽孔數(shù)量，降低了鑿巖成本，擴(kuò)大了槽腔體積，為后續(xù)炮孔爆破提供了更大的補(bǔ)償空間和自由面；③由于準(zhǔn)直眼與自由面形成較大的夾角，與相比，爆破時(shí)破碎的巖石拋擲距比斜眼掏槽小，爆堆更集中，不易損壞巷道里的設(shè)備和支護(hù)；④主掏槽孔之間孔底間距B 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直眼掏槽和斜眼掏槽相應(yīng)的尺寸，可杜絕穿孔現(xiàn)象，便于充分形成爆破補(bǔ)償空間。⑤充分利用空孔效應(yīng)：由于7#，8#孔上部部分未裝藥，在1#～6#孔爆破時(shí)，形成空孔效應(yīng)，最大化增強(qiáng)了先期爆破效果，提高炮孔利用率；

該技術(shù)本質(zhì)上是綜合了斜眼和直眼掏槽技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)而形成的一種新技術(shù)。

2.2 起爆方式與裝藥結(jié)構(gòu)

起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)：爆破時(shí)采用秒延期導(dǎo)爆管雷管。

爆破時(shí)采用“孔內(nèi)秒延期導(dǎo)爆管雷管簇聯(lián)式爆破網(wǎng)路”：掏槽孔采用1 段秒延期導(dǎo)爆管雷管，輔助孔采用2 段、3 段、4 段等秒延期導(dǎo)爆管雷管，周邊孔采用5 段、6 段秒延期導(dǎo)爆管雷管同段起爆，使裂隙沿炮孔聯(lián)線發(fā)展?？變?nèi)導(dǎo)爆管一把抓后與孔外起爆雷管連接，外起爆雷管連接用激發(fā)針引爆。

導(dǎo)爆管爆破網(wǎng)路采用并聯(lián)，導(dǎo)爆管與起爆雷管連接，起爆雷管通過導(dǎo)爆管與放炮電纜連接，放炮電纜連接起爆器。起爆器引爆雷管，雷管通過導(dǎo)爆管引爆起爆雷管，起爆雷管引爆每眼導(dǎo)爆管，每眼導(dǎo)爆管再集中引爆每眼雷管。爆破網(wǎng)路連接采用秒延期電雷管起爆法起爆藥包，然后起爆炸藥。要確保爆破網(wǎng)絡(luò)連接正確，導(dǎo)爆管不能打結(jié)或拉細(xì)，并注意連接次序。采用孔內(nèi)微差爆破，以雷管的不同段別實(shí)現(xiàn)微差爆破。雷管裝在孔底，反向起爆。根據(jù)圍巖不同性質(zhì)調(diào)整裝藥參數(shù)進(jìn)行不偶合裝藥，周邊炮孔同段起爆，使裂隙沿炮孔聯(lián)線發(fā)展。

起爆順序?yàn)椋浩鸨骱祥l→引爆秒延期電雷管→引爆每眼雷管→起爆炸藥。

圖2 圖切采爆破起爆順序圖

裝藥結(jié)構(gòu)：炮孔深度均為1.8m ～2.5m，直徑40mm，每炮孔裝填3 個(gè)～6 個(gè)藥卷，堵塞長度20cm。裝藥結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 爆破參數(shù)的確定

確定最優(yōu)的爆破參數(shù)需要綜合考慮爆破單耗、爆破進(jìn)尺及延米爆破量。提出與爆破單耗、爆破進(jìn)尺及延米爆破量有關(guān)的爆破綜合期望指數(shù)（F）來最終選取最優(yōu)爆破參數(shù)。爆破綜合期望指數(shù)與單循環(huán)爆破進(jìn)尺及延米爆破量成正相關(guān)。與炸藥單耗成反相關(guān)關(guān)系，由此可以得到以下爆破綜合期望指數(shù)的公式為：

式中：A 代表爆破進(jìn)尺；B 代表延米爆破量；代表q 炸藥單耗。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果代入公式（1），可以得到所有預(yù)測(cè)組合的爆破綜合期望值，如表1 所示。

由搜索結(jié)果可知，當(dāng)N-300-E9 盤區(qū)切采爆破最優(yōu)參數(shù)為：掏槽孔傾角83°，掏槽孔排拒0.35m，輔助孔孔距0.75m，周邊孔孔距0.75m 時(shí)，綜合爆破效果最好。采用上述方法也可得到S-400-W4 盤區(qū)及S-400-W6 盤區(qū)切采最優(yōu)爆破參數(shù)，如表2 所示。

表1 預(yù)測(cè)組合的爆破綜合期望值

表2 不同巖性盤區(qū)切采爆破最優(yōu)參數(shù)表

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，通過對(duì)掏槽孔傾角、掏槽孔排拒、輔助孔孔距、周邊孔孔距等參數(shù)采用上述方法，得到各盤區(qū)切采最優(yōu)爆破參數(shù)，綜合爆破效果最好。