鐵礦開采對(duì)中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用分析

蓋曉龍

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司承德黑山鐵礦，河北 承德 067412）

目前，中國經(jīng)濟(jì)將會(huì)在很長一段時(shí)間內(nèi)保持長期向好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，伴隨而來的，就是日益增加的鋼鐵需求，在開展鐵礦開采作業(yè)時(shí)，很多露天礦源已經(jīng)被開采一空，若不及時(shí)進(jìn)行礦源的補(bǔ)充，必將導(dǎo)致國內(nèi)鋼鐵市場整體供應(yīng)的不足，而在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的當(dāng)下，中深孔爆破技術(shù)為鐵礦開采帶來了新的可能，該開采技術(shù)能夠有效針對(duì)掩埋與地下深處的礦源進(jìn)行開發(fā)，在很大程度上緩解了我國的鋼鐵供應(yīng)壓力，因此，針對(duì)中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)在今后成為鐵礦開采領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題。

1 中深孔爆破技術(shù)的概念論述

中深孔爆破技術(shù)是當(dāng)前我國土石方工程爆破作業(yè)當(dāng)中所使用到的一項(xiàng)重要技術(shù)，具有很高的地位，在地下采礦作業(yè)中得到了大量應(yīng)用，取得了良好的效果，并且為相關(guān)企業(yè)帶來了非常豐厚的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因?yàn)橹猩羁妆萍夹g(shù)可以達(dá)到不同工程種類的技術(shù)需要，提升爆破工程的整體質(zhì)量，并且該技術(shù)還具有成本低的特點(diǎn)，所以得到了廣泛的應(yīng)用。其中，針對(duì)爆破質(zhì)量的改善指的是該技術(shù)對(duì)巖石的破碎效果優(yōu)異，巖石塊大小能夠達(dá)到工程既定要求，爆破作業(yè)之后無底跟，對(duì)最小抵抗線能夠進(jìn)行合理控制，將爆破作業(yè)中形成的有害效應(yīng)降到最低，降低爆破工程中的向后拉裂或側(cè)裂現(xiàn)象，減小爆破過程中所產(chǎn)生的噪音、震動(dòng)、飛石以及沖擊波等。

2 中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用簡介

2.1 工程介紹

某鐵礦位于某縣城當(dāng)中，于2018年10月建成。礦源頂部大部分為灰?guī)r結(jié)構(gòu)，少數(shù)巖石變成風(fēng)蝕閃巖。大部分鐵礦以磁鐵石英砂巖的形式存在，整體性良好，大部分地段較為穩(wěn)定，圍巖硬度在8～12范圍以內(nèi)。

企業(yè)計(jì)劃對(duì)工程中的101號(hào)巷道和102號(hào)巷道礦體進(jìn)行開采，該礦區(qū)的中段高度為20～50m，寬度為6～20m，礦源傾斜角度為60°～90°。礦區(qū)整體分布如圖1所示。

圖1 礦區(qū)整體情況

2.2 中深孔爆破技術(shù)的參數(shù)確認(rèn)

2.2.1 炮孔直徑與炮孔深度參數(shù)

首先，在使用中深孔爆破技術(shù)時(shí)，其爆破孔直徑的確定主要是基于巖層的整體形勢(shì)和鉆機(jī)的型號(hào)來進(jìn)行的，在本工程當(dāng)中，所采用的深孔鉆機(jī)的直徑為150mm，在對(duì)鉆機(jī)型號(hào)進(jìn)行確認(rèn)之后，孔徑便能夠得以確認(rèn)。當(dāng)前在我國所使用的較為普遍的深孔孔徑規(guī)格可分為45mm、80mm、100mm、150mm等類別，在本工程項(xiàng)目當(dāng)中，因?yàn)槭轻槍?duì)鐵礦進(jìn)行開采，因此炮孔直徑相對(duì)較小一些，選擇了80mm和100mm這兩種規(guī)格。

其次，炮孔的深度（L），對(duì)于中深孔爆破技術(shù)的整體效果也將帶來深刻影響，如何炮孔深度選擇科學(xué)合理，沖炮現(xiàn)象便能夠被避免，同時(shí)還可以讓炸藥性能得到最有效使用，由此取得最佳爆破效果，在深孔設(shè)計(jì)的過程中，工作人員應(yīng)關(guān)注爆破孔的方向和藥柱的最小抵抗線（W）應(yīng)該避免出現(xiàn)平行或重合狀態(tài)；另外爆破孔的深度需要大于抵抗線深度。大量數(shù)據(jù)證明，在使用中深孔爆破技術(shù)時(shí)，其爆破孔深度越高，爆破的整體效果就會(huì)越顯著，這是由于爆破孔的深度不僅可以顯著縮短每米的鉆孔作業(yè)時(shí)間，同時(shí)也能夠顯著提升爆破孔的有效利用率和爆破方量，讓爆破工程的進(jìn)度增加，還可以降低爆破作業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。

對(duì)于在不同邊界環(huán)境中的深孔爆破，主要前提是保障最小抵抗線需要小于爆破孔深度，其爆破孔深度設(shè)計(jì)可以基于以下要求進(jìn)行選擇：第一，若爆破作業(yè)的底部為自由面，L=（0.65-0.75）H；第二，若爆破作業(yè)底部為變截面，L=（0.8-1.0）H；第三，若爆破作業(yè)面為伸縮縫或者斷裂面時(shí)，L=（0.7-0.9）H；第四，若爆破面處于均勻介質(zhì)或者等截面時(shí)，L=H；第五，若爆破區(qū)域?yàn)榘迨綐?gòu)造且爆破孔的前后或上下均有自由面時(shí)L=（0.6-0.7）H，若只有一側(cè)為自由面時(shí)L=（0.7-0.8）H。在上述計(jì)算公式當(dāng)中，H代表井下鐵礦開采的中斷高度，基于工程中爆破區(qū)域點(diǎn)的差異，選擇合適的爆破孔深度，才能讓爆破效果得以最大化。

表1 單位炸藥消耗量Q值

2.2.2 最小抵抗線

在中深孔爆破技術(shù)當(dāng)中，最小抵抗線（W）是對(duì)爆破效果造成影響的重要因素之一。W的取值需要考量多種因素，包含有周圍巖層硬度、炸藥當(dāng)量、爆破孔直徑、爆破孔角度的因素，因?yàn)檫@些因素之間關(guān)系極為復(fù)雜，很難用公式進(jìn)行表述，因此在實(shí)際操作過程中，都是基于工作人員多年積累的工作經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷，在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，參考該工程的實(shí)際情況對(duì)最小抵抗線參數(shù)進(jìn)行不斷變化調(diào)整，最大限度讓爆破效果得以最大化。

2.2.3 爆破孔的間距和排距

一般情況下，爆破孔間距（a）指的是相同排情況下，兩個(gè)相鄰爆破孔之間的間隔距離，孔距可以基于經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行運(yùn)算，為a=mW，在該公式當(dāng)中，m為爆破孔的密集程度系數(shù)，通常該值大小在1.0以上，在較大爆破孔半徑中m的取值范圍約為3～4，但是，在進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)的過程中，為了克服前排的阻力，在首排爆破孔的間隔距離需要略微低于其他牌，需要選擇較小的密集程度系數(shù)，特別是在井下鐵礦開采工程當(dāng)中，因?yàn)楸乒こ痰淖杂擅鏀?shù)量非常有效，夾制作用顯著的狀態(tài)下，需要以更加謹(jǐn)慎的態(tài)度來對(duì)炮孔密集程度系數(shù)進(jìn)行選擇。爆破孔排距b則是指相鄰兩排爆破孔之間的間隔距離，排距的確定方式與確定最小抵抗線的原理基本相同，在實(shí)際操作的過程中，常使用梅花型布孔的方式，排距和孔距之間的計(jì)算可以采用b=a*sina這一公式。

因?yàn)樵诒竟こ坍?dāng)中，井下開采作業(yè)面的面積非常有限，因此必須要合理對(duì)爆破孔排數(shù)進(jìn)行科學(xué)控制，若爆破孔數(shù)量太多，不僅會(huì)導(dǎo)致爆破效果不好，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致后續(xù)出料非常困難。依靠工程實(shí)踐表明排數(shù)通常在3-4排的范圍內(nèi)是比較常見的。

在本工程項(xiàng)目當(dāng)中，爆破孔間隔距離與排距選擇是否科學(xué)，將會(huì)對(duì)爆破工程的安全控制、爆破效果以及炸藥能量的有效使用帶來影響，若爆破孔間隔距離過大，間隔兩個(gè)爆破孔對(duì)巖層的組作用力便會(huì)越低，在爆破作業(yè)中產(chǎn)生大塊的概率就會(huì)顯著增加，給今后的鐵礦開采工作帶來嚴(yán)重影響，并且還可能會(huì)對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行二次爆破。與之相反的，如果a和b過低，不僅會(huì)提升爆破孔的鉆孔工作量，對(duì)工程進(jìn)度帶來較大影響，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本，因此在爆破設(shè)計(jì)的過程中必須要基于作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際情況，對(duì)爆破孔間隔距離和排距進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

2.2.4 炸藥單耗

炸藥單耗（Q）指的是爆破單位體積巖石所需要使用的炸藥總量，它是爆破工程項(xiàng)目藥量運(yùn)算當(dāng)中一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)，對(duì)Q值造成影響的因素比較多元化，波動(dòng)范圍也非常大，在炸藥的使用量得以確定之后，在填藥、堵塞方式以及爆破技術(shù)都確定的狀態(tài)下，對(duì)Q值造成影響的最常見因素是巖石的硬度、均勻性、最小抵抗線大小以及自由面的數(shù)量。因此，炸藥單耗Q值的科學(xué)選擇一般需要憑借大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)與爆破技術(shù)人員的長期性驗(yàn)證，若盲目增加炸藥單耗，則工程的爆破效果不僅不會(huì)得到有效提升，并且炸藥所帶來的巨大沖擊力將會(huì)增加爆破工程中的有害因素以及其他不確定性。在相同爆破環(huán)境條件下，針對(duì)不同的巖層狀態(tài)，需要選取對(duì)應(yīng)的炸藥單耗值Q，在本工程項(xiàng)目當(dāng)中，主要是基于施工企業(yè)工作人員的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型計(jì)算，再基于巖石的特征來確認(rèn)其單耗Q值或依靠經(jīng)驗(yàn)公式來進(jìn)行運(yùn)算，在本工程當(dāng)中，炸藥單耗Q值為0.5Kg/m3左右，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以參考表1所示內(nèi)容來對(duì)炸藥單耗進(jìn)行確認(rèn)。

2.2.5 填藥方式

在傳統(tǒng)鐵礦中深孔爆破工程當(dāng)中，基本上都是使用人工填藥的方式開展，這種方法不但對(duì)人力資源的消耗極大，工作效率低下，并且填藥的資料也無法得到有效保障，尤其是在鐵礦工程井下的有水孔會(huì)讓填藥作業(yè)不夠連續(xù)，由此影響爆破效果。在中國，已經(jīng)有大冶鐵礦、德興銅礦、南芬鐵礦等中深孔爆破作業(yè)當(dāng)中所采用的機(jī)械化填藥的方法，在本工程項(xiàng)目當(dāng)中，同樣適用機(jī)械填藥的方式，采用這一方式不但顯著提升的裝藥的效率和質(zhì)量，而爆破工程的效果也遠(yuǎn)優(yōu)于人工填藥方式。

在連續(xù)裝藥模式下，在裝藥作業(yè)的過程中，將炸藥沿著爆破孔進(jìn)行連續(xù)填裝，若裝藥長度相對(duì)較短時(shí)，可以使用一發(fā)雷管，放在爆破孔底部進(jìn)行反向引爆，若裝藥長度超過7m，則建議使用2發(fā)雷管，其中一發(fā)放置于炸藥柱底部，另一發(fā)放在藥柱頂部，即使用反向起爆的方式；在分段裝藥模式當(dāng)中，需要把單孔炸藥分割為兩個(gè)或兩個(gè)以上的藥柱，每個(gè)藥柱之間使用巖渣進(jìn)行隔離，此項(xiàng)方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠顯著降低炸藥在引爆過程中所產(chǎn)生的的風(fēng)壓，降低巖石的過度粉碎的可能性，增強(qiáng)炸藥的有效使用率，并且讓爆破孔出現(xiàn)大塊巖石的概率降低。使用分段裝藥技術(shù)需要每個(gè)分段藥柱使用一發(fā)雷管來進(jìn)行引爆，分段長度和他們之間的堵塞長度依靠運(yùn)算和實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行確認(rèn)，該技術(shù)方法適合爆破孔深度較大，裝藥長度較大的爆破孔當(dāng)中進(jìn)行使用，特別是在該工程天井挖掘過程中常使用該技術(shù)方法，和傳統(tǒng)方式進(jìn)行對(duì)比，該項(xiàng)技術(shù)不但效率提升明顯，成型效果好，同時(shí)在作業(yè)的過程中也更為安全。

3 結(jié)語

整體來講，在鐵礦開采作業(yè)當(dāng)中，中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用逐漸趨向于成熟，但是仍然存在有一些必須要面對(duì)的問題，這些問題的客觀存在，將會(huì)阻礙中深孔爆破技術(shù)的不斷發(fā)展，因此，相關(guān)工作人員必須要致力于進(jìn)行中深孔爆破技術(shù)的優(yōu)化，讓該技術(shù)發(fā)揮最大的價(jià)值。