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中深孔爆破技术在露天矿山的应用

张培根

( 新余钢铁集团有限公司，江西 新余 338001)

摘 要:从穿孔设计与施工、爆破设计与施工以及不良爆效的控制等方面对中深孔爆破技术进行了分析。

关 键 词:露天矿山; 中深孔爆破; 孔网参数; 装药参数; 爆破网络

1 前言

露天矿山是非煤矿山的主要形式，尤其是中小型采石场几乎都采用露天形式。目前，一些中小型露天矿山由于存在采矿工艺落后、安全意识淡薄及安全措施不到位等现象，导致事故频发。据相关部门统计，在非煤矿山发生的安全事故中，露天非煤矿山的安全事故占事故总数的 70% 以上，而在非煤露天矿山的安全事故中有 80% 以上是由于边坡坍塌所致。

露天中深孔爆破一般是指用直径大于75mm、孔深大于 5m 的中深孔装药爆破的露天矿山作业方法。露天中深孔爆破与浅孔爆破相比，一次爆破的方量增大，可以大大减少爆破次数，且穿孔、爆破等作业活动可以在宽阔的平台上进行，这样不仅有利于提高作业效率，而且可以改善安全生产条件。新钢分宜矿白云石采场自建矿以来一直采用中深孔爆破技术，在长期的生产实践中积累了丰富经验，得到了当地安监部门的充分肯定。

2 概况

新钢分宜矿白云石采场位于江西省新余市分宜县城西南 4km 处，有铁路直达矿区，交通便利。矿区地层出露简单，矿床属浅海生物化学沉积型白云岩矿床，以层状为主，顶部围岩为砂页岩，表层覆土较薄。矿区岩石较坚硬，岩石坚固性系数 f 为 10。

该矿区构造复杂，以断裂构造为主，断层构造十分发育。区内最大断裂破碎带( F1) 长约 2km，断层上盘为砂页岩，下盘为矿体白云岩、白云灰岩。由于断层岩体不稳定，对上盘边坡的整体稳定性有影响。新钢分宜矿白云石采场属山坡露天矿，最低开采水平约 103m、最高作业水平为 255m，生产能力为30 万 t / 年。为了扩大资源储量，该矿区从 2007 年起对原采场进行了扩帮建设，至 2010 年底，采场保有储量为 297. 82 万 t。

3 中深孔爆破技术应用情况

3． 1 穿孔设计与施工

3． 1． 1 孔网参数的选取

分宜矿采场台阶高度为 10m，穿孔设 备 为KQ150 型潜孔钻机，一般根据采场矿岩性质选择适宜的孔网参数。

1) 底盘抵抗线 Wd底盘抵抗线 Wd是指第一排炮孔中心线至台阶坡底线的水平距离。Wd是一个重要的爆破参数，对爆破质量影响很大。Wd过大，将残留较大的根底，后冲现象也严重; Wd过小，会增加穿孔工作量、浪费炸药、使爆堆分散，还会造成前排孔穿孔设备距台阶坡顶线过近，作业不安全。

确定底盘抵抗线具体数值的方法有多种。根据分宜矿多年的实践经验，一般根据穿孔设备的安全作业条件来确定，即:

Wd= C + H·ctgα= 2． 5 × 10 × ctg 75°= 5． 2( m)

式中:C —前排炮孔中心至台阶坡顶线的安全距离，m;

H —白云石采场台阶高度，m;

α—白云石采场工作帮台阶坡面角度，75°。

2) 孔距 a孔距是指同排孔内相邻深孔中心线的距离，一般按下式计算:

a = ( 0． 9 ～ 1． 1) × Wd= 4． 7 ～ 5． 7( m)

适当减少排距和增大孔距，即采用大孔距爆破方法是改善爆破质量的重要途径。根据长期的实践经验，分宜矿白云石采场的孔距 a 取 5． 0m 是合理的。

3) 排距 b

排距是指多排孔爆破时，相邻两排孔排面之间的垂直距离。一般按下式计算:

b = ( 0． 7 ～ 0． 8) × Wd= 3． 6 ～ 4． 2( m)

根据长期的实践经验，分宜矿白云石采场排距b 一般取 3. 6m。

4) 超深 h孔深中超出台阶高度的那一段深度叫超深。超深的作用是降低装药位置，以便有效克服台阶底部阻力，避免或减少根底。

h = ( 0． 15 ～ 0． 35) × Wd= 0． 8 ～ 1． 8( m)

分宜矿白云石采场爆破中第一排孔超深 h 一般取 1. 0m，后排孔可适当增加。

超深 h 的大小主要根据岩石坚固性系数 f 的大小来选取，f 愈大，h 愈大; 反之 f 小，则 h 也小。值得注意的是在台阶底部有较软岩层或有明显的水平层理时，也可不要超深。

适当的超深是避免或减少爆破根底的关键，但超深值不宜过大，否则会破坏下一台阶顶盘的完整性，给以后的穿孔作业带来困难。

3． 1． 2 穿孔作业

在满足最小工作平台宽度( 40m) 的基础上，可根据采场规划开采方向及生产需要确定穿孔区域。

穿孔前先平整场地，然后由专业人员按设计要求，将每个炮孔的位置用石块记录在施工现场，最后由潜孔钻司机按照给定的孔位和深度进行钻孔。孔钻好后，应盖住孔口，确保炮孔达到设计要求。在实际穿孔作业中，前排穿孔作业非常关键，很多采石场经常出现由于坡顶线附近岩石破碎不好而穿孔，如处理不当则容易造成底盘抵抗线过大，甚至导致一些爆孔报废。

3． 2 爆破设计与施工

在进行爆破设计前，应对钻孔进行实测，爆孔过深时可用孔口周围的石粉进行适当填塞。对堵塞的钻孔应及时处理，一些重要的钻孔堵塞或深度不够时应采取相应的疏通或加深措施，条件允许时可考虑重新补孔。

3． 2． 1 爆破设计

1) 炸药量

第一排孔每孔装药量可按下式进行计算:

Q1= qHaWd= 0. 53 × 10 × 5 × 5. 2= 138( kg)

式中:Q1—第一排孔每孔装药量，kg;

q —炸药单耗，kg / m3。分宜矿为白云岩矿，根据岩石坚固性系数 f 为 10，q 一般取 0． 53kg/m3。

后排孔每孔装药量可按下式计算:

Q2= KqHab

式中:Q2—第二排及以后各排每孔装药量，kg;K—岩石阻力夹制系数，采用微差爆破时，K = 1～ 1. 2，一般第二排孔取下限值，最后一排孔取上限值。

2) 装药结构

一般采用连续装药的方式，若遇到沿台阶高度上矿岩性质有变化、炮孔上下岩石软硬不均、台阶高度较高、坡面角较大及底盘抵抗线较小等情况时，应采用分段装药的方式，以改善爆破质量。

3) 起爆网络

可采取向前抛的排间分段微差与向侧前抛的斜向分段微差爆破方式，其具体爆破网络有 3 种常用方式: 微差电雷管起爆的网络、非电导爆网络和导爆索网络。起爆顺序可根据不同情况选择如下 5 种方式:

( 1) 逐排起爆。这是最简单、最常用的方式，以三角形布孔为佳。应注意每排孔数不宜过多，装药量不宜过大。

( 2) 中间掏槽横向起爆。这种方式多用于掘沟或挤压爆破。

( 3) V 型起爆。

( 4) 斜线起爆。若因工作线长、炮孔多、装药量大而不宜使用逐排起爆时，可改用这种方式。

( 5) 波浪式起爆。

以上 V 型、斜线型和波浪型起爆方式均有利于新自由面的扩展，可缩短最小抵抗线和改变爆破作用方向，增加矿岩相互碰撞的机会，因而可以改善爆破效果。

4) 爆破施工

在这一过程中，主要是要做好装药、填塞、联线、起爆、爆后检查等工作。

3． 3 不良爆效现象分析及控制措施

在实际生产中，由于矿岩性质和赋存条件不同，同时受设备条件和爆破设计与施工等因素影响，仍有可能出现爆破后冲、根底、大块、伞檐等现象。

3． 3． 1 爆破后冲

爆破后冲在未爆台阶上造成的裂隙，会给下一次穿孔工作带来很大困难，影响下一次中深孔的爆破效果。

通常采取如下控制措施:

1) 加强爆破前的清底工作，减少第一排孔的根部阻力;

2) 合理布孔，控制装药结构和后排孔装药高度，保证足够的填塞高度和良好的填塞质量;

3) 针对不同岩石，选择最优排间微差间隔时间;

4) 采用倾斜深孔爆破。

3． 3． 2 爆破根底

底盘抵抗线过大、超深不足是爆破根底产生的主要原因。在底盘抵抗线过大时，可采取适当增加钻孔的超深或爆破前进行拉根底等措施。

3． 3． 3 大块、伞檐

产生大块、伞檐现象是由于炸药在岩体内分布不均匀且炸药集中在台阶底部而造成的。为了减少大块、防止伞檐现象，通常采用分段装药的方法，使炸药在炮孔内分布趋于均匀，利用每一分段炸药的能量对岩石进行充分破碎。分段装药的方法及施工较复杂，需要分段计算炸药量和充填量。

4 爆破效果

对露天中深孔爆破的效果应当从以下 5 个方面进行评价:

1) 矿岩破碎后的块度适中，大块率小于 5% ;

2) 爆下岩堆的高度和宽度满足采装机械的要求;

3) 台阶规整，不留根底和伞檐，爆破后冲小;

4) 人员、设备和建筑物的安全不受威胁;

5) 节省炸药量及其他材料，爆破成本低，延米炮孔崩岩量高。

5 结语

新钢分宜矿白云石采场长期的生产实践证明:露天中深孔爆破技术不仅具有较高的生产效率，而且大大改善了安全生产条件; 在露天中深孔爆破作业中，应注意选择合适的爆破参数和起爆网络，提高穿孔与爆破施工的质量，从而达到改善爆破效果的目的。