萬(wàn)再春

摘要：為了解決地下礦山中深孔爆破孔網(wǎng)參數(shù)復(fù)雜的問(wèn)題，尋求合理的中孔落礦參數(shù)，在羊拉銅礦3390中段一單元51#線穿脈巷道進(jìn)行系列爆破漏斗試驗(yàn)，并根據(jù)爆破漏斗理論對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行推導(dǎo)，得到適合該采場(chǎng)的爆破參數(shù)范圍。進(jìn)而，在47#測(cè)線以南3390中段一單元5盤(pán)區(qū)進(jìn)行大爆破落礦試驗(yàn)，結(jié)果表明，根據(jù)系列爆破漏斗試驗(yàn)推導(dǎo)出的參數(shù)，比較符合該采區(qū)的生產(chǎn)實(shí)際，改善了爆破效果，對(duì)礦山的安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)產(chǎn)生了實(shí)際意義。

Abstract： In order to solve the problem that the deep hole blasting hole net parameters in underground mine are complex and seek reasonable hole caving parameters， series of blasting funnel test are conducted in 51# line branch roadway of Yangla Copper Mine 3390 middle section unit 1， and the test results are deduced according to the blasting crater theory to obtained suitable blasting parameters of the stope. Then， large blasting mining experiment is conducted in panel 5， unit 1 of 3390 middle section in the south of the 47# line. The results show that the parameters based on serial blasting crater test are suitable for the actual production of the mining area， and has improved the blasting effect and has a practical significance for the safe and economic production of mines.

關(guān)鍵詞：中孔爆破；爆破漏斗試驗(yàn)；爆破參數(shù)；試驗(yàn)應(yīng)用

Key words： medium-length hole blasting；crater test；blasting parameters；test application

中圖分類號(hào)：TD235 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）11-0142-03

0 引言

自爆破作為巖石破碎的一種手段在采礦，水利水電，采石，隧道等工程中應(yīng)用以來(lái)，確定合理的爆破參數(shù)，使爆破效果達(dá)到最優(yōu)化，就成為一個(gè)需要長(zhǎng)期研究的重要課題。爆破參數(shù)就是指在爆破設(shè)計(jì)中的孔深，孔徑，排距（最小抵抗線），孔底距，裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥量等。爆破參數(shù)選擇的合理與否，直接決定著爆破效果以及爆破礦石塊度的構(gòu)成情況[1-3]。爆破漏斗理論和系列爆破漏斗試驗(yàn)，作為一種尋求爆破參數(shù)的重要方法，在露天礦山和地下礦山中都得到了廣泛的應(yīng)用，提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益，保證了礦山的安全生產(chǎn)[4-6]。

本文通過(guò)單孔漏斗爆破試驗(yàn)，變孔多孔試驗(yàn)和斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)得到的最佳埋深，應(yīng)變能系數(shù)，孔間距以及最小抵抗線等參數(shù)，應(yīng)用相似定理推算得到羊拉銅礦中深孔爆破的參數(shù)，并將其運(yùn)用到羊拉銅礦3390中段一單元采場(chǎng)大爆破落礦中以驗(yàn)證爆破參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。

1 工程地質(zhì)概況

羊拉礦床夾持于金沙江深大斷裂與羊拉斷裂構(gòu)造之間，魚(yú)波復(fù)式背斜西翼，褶皺、斷裂、節(jié)理、裂隙發(fā)育。主要褶皺有里農(nóng)背斜、江邊向斜。斷裂構(gòu)造以層間破碎帶為主，受巖體侵入及斷裂構(gòu)造活動(dòng)的影響，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育NNE、NEE、NW向三組節(jié)理。其中NNE組節(jié)理為礦區(qū)主要儲(chǔ)礦構(gòu)造。其次為成礦后期破礦斷裂（F4、F6、F8、F10），其中F4斷層是區(qū)內(nèi)最大的重要斷層，為張扭性破礦正斷層。對(duì)羊拉銅礦47線以南KT5、KT6礦體破壞大，KT6號(hào)礦體產(chǎn)于F4-1與F4斷層夾持的破碎帶中。KT6為中厚層大理巖、變質(zhì)石英砂巖型礦體，含礦巖性為矽卡巖，屬中等穩(wěn)固。礦體上盤(pán)為寬2～50m的F4-1斷層破碎帶，不穩(wěn)固。礦體下盤(pán)為寬2～50m的F4斷層破碎帶，不穩(wěn)固。本次研究的對(duì)象是KT6礦體3390中段，該部分礦床的地質(zhì)構(gòu)造、開(kāi)采技術(shù)條件較為復(fù)雜。

KT6礦體主要開(kāi)采標(biāo)高3250m-3450m以內(nèi)的全部礦體，礦體埋藏深度約200m。KT6礦體呈脈狀，產(chǎn)出于礦區(qū)東部的北東向構(gòu)造破碎帶中，傾角60-80°，礦體厚1.76-22.53m，平均厚度11.45m。礦體頂板以碎裂巖化大理巖為主，底板為破碎的碎裂巖化大理巖及F4裂面。根據(jù)礦石物相分析，KT6礦體平均氧化率為44.1%，礦石自然類型為氧化礦。KT6礦巖物理力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。

3390中段一單元采場(chǎng)設(shè)計(jì)為鏟運(yùn)機(jī)出礦無(wú)底柱階段崩落法落礦方案。中段高度為50m，分段高度為10m，出礦水平高度20m或30m，礦體平均厚度20.18m，采用聚礦塹溝及出礦進(jìn)路底部結(jié)構(gòu)，出礦進(jìn)路間距8-10m，共有二個(gè)分層，布有一個(gè)切割槽。采場(chǎng)礦房中孔布置采用垂直上向扇形中孔，使用YGZ90鑿巖機(jī)鉆鑿中深孔，裝藥孔孔徑為65mm，爆破采用巖石硝銨炸藥，裝藥器裝藥。礦石合格塊度為500mm，個(gè)別大塊在出礦巷道中進(jìn)行二次破碎。

2 爆破漏斗理論

以球形藥包（藥包的長(zhǎng)徑比不超過(guò)8～10）理論為基礎(chǔ)，利用能量平衡準(zhǔn)則和相似原理，利文斯頓通過(guò)大量的爆破漏斗試驗(yàn)研究認(rèn)為：?jiǎn)未伪谱饔糜趲r石的能量與藥包的性質(zhì)、質(zhì)量及巖石的特性有關(guān)[7-11]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藥包質(zhì)量不變而改變藥包埋深與藥包埋深不變而改變藥包質(zhì)量產(chǎn)生的爆破效果相同。巖體的爆破效果會(huì)隨著在巖體中的藥包埋深的變化而變化。巖石開(kāi)始發(fā)生破壞，未形成爆破漏斗的埋深被稱為臨界埋深（Le）。當(dāng)在巖體上形成的爆破漏斗體積達(dá)到最大值時(shí)，炸藥的能量利用率最高，此時(shí)藥包的埋深稱為最佳埋深（Lj）。當(dāng)藥包的埋深超過(guò)最佳埋深時(shí)，爆破漏斗的體積隨著埋深的增加而減小。

3 系列爆破漏斗試驗(yàn)

為了研究羊拉銅礦礦巖爆破合理的炸藥單耗，最佳埋深，確定孔底距的范圍以及合適的最小抵抗線，以優(yōu)化爆破效果，節(jié)約礦山的經(jīng)濟(jì)成本，因此，進(jìn)行了系列爆破漏斗試驗(yàn)。系列爆破漏斗試驗(yàn)步驟如下：

①進(jìn)行單孔漏斗爆破試驗(yàn)，可以分析計(jì)算出單孔爆破的最佳埋深和最佳爆破漏斗半徑；

②在單孔爆破漏斗試驗(yàn)所獲得的最佳埋深與最佳漏斗半徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的此變孔距同段爆破漏斗試驗(yàn)，目的是為了研究鄰近的兩炮孔在孔距變化時(shí)形成的爆破漏斗底部礦巖的爆破情況，以確定孔底距的合理范圍；

③根據(jù)爆破原理，藥包爆破時(shí)，最小抵抗線小于或等于其破壞區(qū)半徑時(shí)，巖石發(fā)生拋擲或爆破，而當(dāng)?shù)挚咕€大于其破壞半徑時(shí)。藥包只產(chǎn)生內(nèi)部爆破，無(wú)法爆下藥包至自由面的巖石。因此抵抗線是爆破的重要參數(shù)。據(jù)此，設(shè)計(jì)斜面臺(tái)階試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)斜面臺(tái)階最小抵抗線由小到大連續(xù)變化對(duì)巖石破壞程度的研究，可以確定合適的最小抵抗線。

由于爆破漏斗試驗(yàn)必須選擇與實(shí)際爆破的巖性相同或相近的地點(diǎn)進(jìn)行，為了減小與實(shí)際生產(chǎn)中的誤差，提高爆破參數(shù)的精確度，實(shí)驗(yàn)選擇位于3390m水平一單元51#線穿脈巷道為爆破漏斗試驗(yàn)地點(diǎn)，用以確定爆破參數(shù)，指導(dǎo)礦山生產(chǎn)工作。試驗(yàn)采用YT-28鉆機(jī)，38mm直徑釬頭進(jìn)行鉆孔；2#巖石乳化炸藥，其規(guī)格是藥卷直徑32mm、長(zhǎng)度200mm、每卷藥300g。

炸藥性能參數(shù)如表2。

3.1 單孔爆破漏斗試驗(yàn)

設(shè)計(jì)每個(gè)炮孔距離底板高度為1.2m，相鄰炮孔的孔間距1.5m，炮孔直徑為40mm，孔深分別為50cm，60cm，70cm，80cm，90cm，共計(jì)5個(gè)孔，且炮孔均垂直自由面布置。長(zhǎng)度為300mm炸藥截為100mm和200mm，取200mm長(zhǎng)度（約200g）炸藥使。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析計(jì)算，得到單孔爆破的最佳參數(shù)：

最佳埋深為L(zhǎng)j=0.68m，

臨界埋深Le=0.8m；

最佳埋深比Δj=0.85；

應(yīng)變能系數(shù)E=1.38；

最佳爆破漏斗半徑r=0.58m；

最佳爆破漏斗體積V=0.112m3；

最佳爆破漏斗體積時(shí)單位炸藥消耗量q=1.78kg/m3。

3.2 變孔距同段爆破漏斗試驗(yàn)

在51#巷道右?guī)途嚯x底板1.2m布置6個(gè)炮孔，炮孔間距分別為1.16，1.3，1.45，1.59，1.74m，各孔內(nèi)放置400g的炸藥，采用同段反向起爆。對(duì)爆破后的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集分析后得出：當(dāng)孔間距為1.45m時(shí)，兩炮孔間應(yīng)力波疊加，基本無(wú)大塊，破碎效果好，此時(shí)炸藥單耗在1.75kg/m3左右。此時(shí)，最大孔間距為最佳漏斗半徑的1.53倍。

3.3 斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)

假想臺(tái)階面，即傾斜向下打孔，觀察炮孔到垂直水平面的距離即為抵抗線距離。斜向下打孔設(shè)計(jì)深度1.7m，裝藥長(zhǎng)度1.2m。共設(shè)置兩個(gè)炮孔，分別為45°和55°。兩孔分別起爆。斜面抵抗線在0.3-1.1m變化，角度40°～50°，炮孔裝藥長(zhǎng)度為1.2m左右。斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)布置一組2個(gè)炮孔。爆破后，爆堆礦石塊度均勻，爆破效果較好，所以，取兩孔在爆開(kāi)處抵抗線的平均值0.70m為最佳抵抗線。

4 爆破參數(shù)推薦及大爆破落礦效果研究

4.1 參數(shù)推薦

由于系列爆破漏斗試驗(yàn)中選用的是2#巖石乳化炸藥，采場(chǎng)爆破采用的是巖石硝銨炸藥，為了提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將爆破參數(shù)更好的運(yùn)用到礦山的開(kāi)采過(guò)程中，故需要對(duì)爆破漏斗試驗(yàn)得到的炸藥單耗重新進(jìn)行換算。已知2#巖石乳化炸藥爆力值大于等于280ml，采場(chǎng)爆破現(xiàn)場(chǎng)使用的巖石硝銨炸藥的爆力值大于等于298ml，則換算系數(shù)k=298/280=1.064。

考慮巖石硝銨炸藥和2#巖石乳化炸藥之間的爆力換算系數(shù)，系列爆破漏斗試驗(yàn)中的2#巖石乳化炸藥單耗按式（6）計(jì)算。

式中，ρ試為系列爆破漏斗試驗(yàn)中2#巖石乳化炸藥密度，g/cm3；

ρ現(xiàn)為采場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中巖石硝銨炸藥單耗，g/cm3；

q試為系列爆破漏斗試驗(yàn)中2#巖石乳化炸藥單耗，kg/m3；

q現(xiàn)為采場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中巖石硝銨炸藥單耗，kg/m3。

帶入單孔爆破漏斗和變孔距同段爆破漏斗試驗(yàn)得到的炸藥單耗，經(jīng)計(jì)算得，采用巖石硝銨炸藥的炸藥單耗q現(xiàn)為1.202kg/m3～1.937kg/m3，即0.416kg/t～0.671kg/t。考慮到扇形中孔爆破時(shí)炸藥分布不均勻，以及本采區(qū)的巖石破碎情況，建議按單位炸藥消耗量q=0.4g/t～0.6kg/t進(jìn)行采場(chǎng)崩礦設(shè)計(jì)，以保證生產(chǎn)的安全正常進(jìn)行。

將單孔爆破漏斗試驗(yàn)，變孔距通段爆破漏斗試驗(yàn)，斜面臺(tái)階爆破試驗(yàn)得出的爆破參數(shù)，代入爆破漏斗理論公式計(jì)算，并結(jié)合采場(chǎng)巖體破碎及支護(hù)情況，得到羊拉銅礦推薦爆破參數(shù)，如表3所示。

4.2 鑿巖爆破參數(shù)工業(yè)試驗(yàn)

根據(jù)系列爆破漏斗試驗(yàn)結(jié)果以及推薦采場(chǎng)爆破參數(shù)，在47#測(cè)線以南3390中段一單元采場(chǎng)，設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)大爆破試驗(yàn)，對(duì)推薦參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。在羊拉銅礦3390中段一單元采場(chǎng)在建設(shè)過(guò)程中，由于巖石破碎及支護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致采場(chǎng)多處發(fā)生垮塌現(xiàn)象，局部巖巷無(wú)法正常進(jìn)行鑿巖作業(yè)。在本單元部分孔深未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，尤其是在3405水平4#鑿巖巷嚴(yán)重垮塌1-10排中孔無(wú)法施工（中孔量2053.8米）。考慮到本次實(shí)驗(yàn)采場(chǎng)的實(shí)際情況，爆破采用了較低的炸藥單耗。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)大爆破落礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及大塊率統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

本試驗(yàn)采場(chǎng)爆破落礦后，根據(jù)供礦效果分析，采場(chǎng)大塊產(chǎn)出率比同類采場(chǎng)降低了3.5%左右，塊度≤400mm占到了85%左右，礦石塊度較為均勻。同時(shí)，二次破碎單耗大約在0.095kg/t，和同類采場(chǎng)相比，也降低了大概5%左右。

5 結(jié)論

①通過(guò)在3390m水平一單元51#線穿脈巷道進(jìn)行系列爆破漏斗試驗(yàn)，求得了最佳埋深，最佳單耗，最佳孔間距和最小抵抗線（排距）等參數(shù)。②根據(jù)爆破漏斗理論，推導(dǎo)出采場(chǎng)中孔爆破參數(shù)：孔徑65mm，最小抵抗線1.4m，孔底距1.8m～2.4m，炸藥單耗0.4kg/t～0.6kg/t。③采場(chǎng)大爆破落礦試驗(yàn)結(jié)果表明，該試驗(yàn)方法得出的爆破參數(shù)較為準(zhǔn)確，可以作為采場(chǎng)進(jìn)行爆破作業(yè)設(shè)計(jì)的依據(jù)。但，本次大爆破試驗(yàn)爆區(qū)內(nèi)存在較大范圍的垮塌現(xiàn)象，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該會(huì)造成一定的影響，需要進(jìn)一步在采區(qū)巖層較穩(wěn)定的礦段進(jìn)行試驗(yàn)研究，以保證試驗(yàn)參數(shù)的準(zhǔn)確性。④由于不同礦段的巖石性質(zhì)以及巖層穩(wěn)定性的差異，在具體爆破設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，綜合考慮各方面的因素，在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，確保爆破作業(yè)的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]王臣，呂艷奎.VCR法爆破漏斗試驗(yàn)淺析[J].資源環(huán)境與工程，2006，20（4）：384-386.

[2]周傳波.深孔爆破一次成井模擬優(yōu)化與應(yīng)用研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2004.

[3]鄭曉碩，王劍，周乃松.無(wú)底柱分段崩落法中深孔爆破參數(shù)試驗(yàn)[J].爆破，2009，26（1）：50-53.

[4]鄧飛，程秋亭，陳艷紅，等.中深孔爆破參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究[J].有色金屬科學(xué)與工程，2015（1）：66-69.

[5]李斌，許夢(mèng)國(guó)，王明旭，等.無(wú)底柱分段崩落法中深孔爆破數(shù)值模擬研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2014（2）：111-114.

[6]郭兆雷.中深孔采礦系列爆破漏斗試驗(yàn)研究[J].有色金屬科學(xué)與工程，2004，18（3）：3-6.

[7]王興明，張耀平，王林，等.安慶銅礦深部礦體爆破漏斗小型工業(yè)試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2007（10）：34-36.

[8]支偉，羅佳，王麗紅.盤(pán)龍鉛鋅礦中深孔爆破參數(shù)試驗(yàn)研究[J].采礦技術(shù)，2016，16（3）：83-86.

[9]張松濤，李祥龍，張智宇，等.中深孔落礦爆破漏斗試驗(yàn)研究[J].黃金，2015（12）：38-40.

[10]葉圖強(qiáng).云浮硫鐵礦爆破漏斗試驗(yàn)研究[J].工程爆破，2014，20（1）：5-8.

[11]張生.爆破漏斗實(shí)驗(yàn)在中深孔爆破參數(shù)確定中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013，29（3）：8-10.