梅嶺銅鋅礦扇形中深孔爆破參數(shù)的優(yōu)化研究

權(quán)富成

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院安全工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730021）

扇形中深孔具有布孔設(shè)計(jì)靈活，鑿巖時(shí)鑿巖機(jī)移動(dòng)次數(shù)少和需要的鑿巖巷道少等優(yōu)點(diǎn)，在地下金屬礦山采礦中應(yīng)用非常廣泛。扇形孔孔口孔底距不相等，孔口距過小，炮孔利用率低，崩落礦巖體內(nèi)炸藥密度分布極不均衡，孔口部分裝藥量是實(shí)際需要炸藥量的2倍～3倍。這樣，一是造成了炸藥的浪費(fèi)，二是爆破后孔口部分往往出現(xiàn)礦石過粉碎，就會(huì)造成高品位粉礦在放礦、運(yùn)輸過程中的損失；而孔底距較大，使大塊增多，如果雷管本身存在延時(shí)偏差，很難保證同排內(nèi)炮孔同時(shí)起爆，就容易發(fā)生帶炮或壓死現(xiàn)象。這些都直接影響了礦山的正常生產(chǎn)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。采用扇形中深孔落礦的礦山如何取得較好的落礦爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合礦山的實(shí)際生產(chǎn)條件對(duì)扇形中深孔爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，是非常有效途徑。本文以新疆哈密梅嶺銅鋅礦研究對(duì)象，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)探討。

1 中深孔柱狀藥包的爆破破巖作用原理

地下中深孔爆破時(shí)具有兩個(gè)有限自由面，切割槽和鑿巖巷道。當(dāng)孔內(nèi)炸藥爆炸時(shí)，其爆破應(yīng)力波是呈兩端為半球的圓柱狀傳播。起爆瞬間，一方面，藥包附近孔壁形成在爆破應(yīng)力波作用下形成壓縮粉碎區(qū)，在切向方向產(chǎn)生拉伸變形和拉伸應(yīng)力，由于巖石的抗拉強(qiáng)度很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于它的抗壓強(qiáng)度，一般只有其抗壓強(qiáng)度的（1/10～1/50），所以當(dāng)拉伸應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，便形成徑向裂隙。另一方面，當(dāng)壓縮粉碎區(qū)爆炸空腔形成瞬間及壓應(yīng)力波通過之后，積蓄在巖體內(nèi)的一部分彈性變形能量（壓縮能）釋放出來，轉(zhuǎn)為卸載波，向爆源產(chǎn)生與徑向壓應(yīng)力作用方向相反的向心拉應(yīng)力，使巖石質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生反向的徑向位移，同樣當(dāng)此徑向拉應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度，即形成環(huán)向裂隙，環(huán)向裂隙與徑向裂隙相交，破碎區(qū)內(nèi)的巖石即被切割破壞。

2 裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)爆破效果的影響

每一爆破炮孔崩落巖體的范圍，我們可以把它近似看成一圓柱體，其直徑d應(yīng)大于等于扇形中深孔孔底距a，不然的話，炮孔底部必然產(chǎn)生大塊，甚至孔底中間會(huì)出現(xiàn)殘存三角區(qū)。通過假設(shè)巖體崩落直徑與孔底距相等來分析扇形中深孔裝藥結(jié)構(gòu)與爆破效果的關(guān)系，截取柱狀藥包的一端，可以把它視為球形藥包，爆炸后崩落巖體范圍近似一球體，其半徑大于或等于二分之一孔底距。由此可知，在爆破對(duì)象和條件一定的情況下，炮孔兩端（孔底和孔口）炸藥崩落巖體的范圍并不隨炮孔軸向裝藥長(zhǎng)度的增減而改變，故常常用炮孔長(zhǎng)度乘以一定的裝藥系數(shù)來確定炮孔裝藥長(zhǎng)度做法顯然是不合適的，這樣會(huì)造成：當(dāng)孔深較小時(shí)，裝藥量會(huì)過大，出現(xiàn)礦巖過粉碎和炸藥單耗增大的問題，孔深較大時(shí)，裝藥量又會(huì)過小，則既不能克服崩落巖體內(nèi)單位炸藥分布極不均衡問題，又會(huì)使孔口部分產(chǎn)生大塊。

要解決這一問題，學(xué)者和工程技術(shù)人員們?cè)谏a(chǎn)中經(jīng)過長(zhǎng)期生產(chǎn)試驗(yàn)和理論計(jì)算得出采用合理間隔裝藥結(jié)構(gòu)能較好的解決了上述問題，既減少了炸藥用量，又能提高爆破質(zhì)量，即減少了大塊和粉礦。合理間隔裝藥的孔口裝藥截止位置，是按照二分之一孔底距（每個(gè)炮孔崩落巖體半徑）直接作圖的基礎(chǔ)上，使相鄰炮孔爆破作用范圍盡量獨(dú)立不重復(fù)，再進(jìn)行幾何計(jì)算得出的，具體方法見參考文獻(xiàn)[1]。

本文以新疆哈密梅嶺銅鋅礦扇形中深孔爆破為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行了多次試驗(yàn)，分析對(duì)比了合理間隔裝藥與普通間隔裝藥的爆破，得出的結(jié)果是合理間隔裝藥有明顯優(yōu)勢(shì)。炸藥采用巖石膨化硝銨炸藥：殉爆距離≥4cm；猛度≥12mm；爆速≥3.2×103m/s；作功能力≥298ml。耦合連續(xù)柱狀裝藥，裝藥前拌少許柴油，BQF-100型裝藥器高壓氣體壓入，裝藥密度ρ=0.65g/cm3，最小抵抗線（排距）1.2m，孔底距2.0m，起爆網(wǎng)路采用導(dǎo)爆管+導(dǎo)爆索復(fù)式起爆起，爆導(dǎo)爆管雷管位于孔底，不是每個(gè)炮孔都裝雷管。排間炮孔交錯(cuò)排列，前排炮孔的位置在后排兩個(gè)相鄰炮孔之間，使其縱向的炮孔排列也相對(duì)均勻。每次崩三排，崩礦步距3.6m，堅(jiān)硬礦石中爆破效果較好，軟礦中粉礦較多，采用部分孔不裝起爆藥來消除，單排炮孔布置圖如圖1所示。爆破試驗(yàn)結(jié)果如下：表1是炮孔孔口1.5m和2m堵塞的普通間隔裝藥的各孔裝藥量、裝藥長(zhǎng)度、堵塞長(zhǎng)度，表2是按照合理間隔裝藥公式計(jì)算出來的各孔裝藥長(zhǎng)度、裝藥量和堵塞長(zhǎng)度。選擇兩個(gè)采場(chǎng)，進(jìn)行了多次對(duì)比試驗(yàn)，從試驗(yàn)的爆破效果對(duì)比來看，采用合理間隔裝藥爆破炸藥用量減少了14.8%，粉礦量由2.0%減少到1.0%，大塊率小于10%。很好的解決了藥量分布不均和粉礦及大塊率高的問題，取得了比較理想的爆破效果和經(jīng)濟(jì)效果。

圖1 炮孔布置

表1 間隔裝藥

表2 合理間隔裝

3 最小抵抗線對(duì)爆破效果的影響

理論和實(shí)踐都表明，最小抵抗線是爆破中的一個(gè)非常重要的參數(shù)，如果抵抗線取得過小，爆后只留下了半邊殘孔，孔壁周圍的巖石沒有被沖擊壓碎或破裂，爆破能量過早的釋放于大氣之中。如果是多排孔分段擠壓爆破，抵抗線值較小，則隨著爆破的進(jìn)行，補(bǔ)償空間不斷減少，就可能出現(xiàn)前排孔爆破時(shí)，沖擊波將相鄰的后排孔內(nèi)炸藥壓得過于密實(shí)而產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象。如果抵抗線過大增大到某一數(shù)值，爆破后就只在孔口形成一個(gè)很小的喇叭口或產(chǎn)生少量片落。最小抵抗線和爆破效果是密切相關(guān)的，即抵抗線愈小，爆炸功的利用率也愈低，但如果超過一定的值，也將導(dǎo)致爆破失效。抵抗線選擇的合理，能夠充分利用炸藥爆炸釋放的能量，也是改善爆破效果的關(guān)鍵因素之一。

另外，同排炮孔中相鄰炮孔爆破相互作用產(chǎn)生大塊的原因如下：在炮孔連心線中部?jī)蓚?cè)某一區(qū)域（兩炮孔壓應(yīng)力連線互相垂直的區(qū)域）出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)，這是因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰炮孔應(yīng)力在這個(gè)區(qū)域互相抵消，故該區(qū)域爆后就會(huì)產(chǎn)生大塊。由于有兩炮孔壓應(yīng)力連線互相垂直的不變幾何關(guān)系，所以消除的方法是“增大孔距，減小抵抗線”，來使應(yīng)力降低區(qū)理論上落在礦巖之外空氣中，從而減少大塊的產(chǎn)生。通常最小抵抗線越大，大塊率越高；反之，大塊率就低。如果最小抵抗線減小，每米炮孔崩礦量就會(huì)降低，炸藥單耗會(huì)增大，導(dǎo)致采礦成本上升。以上述理論為基礎(chǔ)，在新疆哈密梅嶺銅鋅礦生產(chǎn)過程中，通過多次試驗(yàn)，得到表3為最小抵抗線與大塊率的關(guān)系，表4為每米炮孔崩礦量與最小抵抗線的關(guān)系。因此把最小抵抗線W從過去的1.8m減小到1.2m，孔底距由1.8m增大到2.0m，大塊率降到了10%以下，提高炸藥爆炸能量的利用率，爆破效果較為經(jīng)濟(jì)合理。

表3 最小抵抗線與大塊率的關(guān)系

表4 每米崩礦量與最小抵抗線的關(guān)系

4 起爆順序的精確度對(duì)爆破效果的影響

除了采用間隔合理裝藥結(jié)構(gòu)、適當(dāng)調(diào)整最小抵抗線以外，同排炮孔能按順序精確起爆也非常關(guān)鍵，為了能夠使前后排微差爆破時(shí)形成應(yīng)力場(chǎng)疊加，增大破碎效果，要求同段內(nèi)炮孔起爆的延期誤差應(yīng)越小越好。所以梅嶺銅鋅為保證起爆的可靠性和精度，采用導(dǎo)爆管網(wǎng)路+導(dǎo)爆索輔助網(wǎng)路起爆，導(dǎo)爆索沿整孔全長(zhǎng)敷設(shè)，不必每孔都裝雷管，同排同段雷管起爆數(shù)以5～6發(fā)為宜，保證同排炮孔能夠精確同時(shí)起爆。特別是采用合理間隔裝藥后，隨炮孔深度的增加，不裝藥長(zhǎng)度可達(dá)4m以上，如果仍采用每孔都裝雷管起爆，各個(gè)炮孔雷管位置也不相同，就會(huì)使爆破的準(zhǔn)備、裝藥、網(wǎng)路聯(lián)接等工作都變得太復(fù)雜。采用輔助導(dǎo)爆索網(wǎng)路起爆，既提高了起爆的可靠性又在一定程度上使爆破工作得到簡(jiǎn)化。

5 結(jié)語(yǔ)

在地下扇形中深孔爆破時(shí)，采用合理間隔裝藥結(jié)構(gòu)、適當(dāng)?shù)牡挚咕€和導(dǎo)爆管網(wǎng)路+導(dǎo)爆索輔助網(wǎng)路起爆等爆破參措施的應(yīng)用，不僅降低了大塊率，下降到了10%以下、節(jié)省炸藥15%左右，而且采場(chǎng)內(nèi)雷管減少40%以上，節(jié)省爆破成本8%以上。減少了雷管發(fā)生跳段的幾率，完全排除了段內(nèi)炮孔發(fā)生帶炮或壓死現(xiàn)象的可能，又便于檢查裝藥質(zhì)量和網(wǎng)路聯(lián)接質(zhì)量，而且輔助導(dǎo)爆索網(wǎng)路承受地震沖擊波的破壞能力要比導(dǎo)爆管網(wǎng)路強(qiáng)的多，使地下扇形中深孔爆破的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性都得到全面提高，取得的這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)類似礦山生產(chǎn)均有借鑒意義。