趙 磊，王 偉，馬運(yùn)超

(中核韶關(guān)錦原鈾業(yè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512329)

中核韶關(guān)錦原鈾業(yè)有限公司棉花坑礦井，采用的采礦方法為上向水平分層干式充填法[1-3]，作業(yè)人員直接暴露在采場(chǎng)頂板下，利用YT-28型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鑿巖布孔，每人每班布40孔左右，當(dāng)班布孔當(dāng)班爆破，工作效率低，安全風(fēng)險(xiǎn)大。從安全和采礦效率考慮，自2019年以來開始對(duì)棉花坑礦井-150 m中段4個(gè)采場(chǎng)及-150 m中段以下深部采場(chǎng)實(shí)施無軌機(jī)械化開采技術(shù)改造，并同步調(diào)整采場(chǎng)回采工藝，采用集中布孔、集中爆破模式，經(jīng)過2個(gè)多月實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，多次爆破存在礦塊不均勻、頂板高低不平、拒爆、勞動(dòng)強(qiáng)度大、火工品消耗大等問題。

為了改善采場(chǎng)爆破效果，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約成本，開展“棉花坑礦井采場(chǎng)爆破工藝優(yōu)化研究”。以12-2采場(chǎng)為主要研究對(duì)象，從采場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造、炮孔傾角、孔間距、排間距、爆破網(wǎng)絡(luò)選擇等方面開展研究，以期借鑒12-2采場(chǎng)的研究結(jié)果，推動(dòng)整個(gè)棉花坑礦井各采場(chǎng)爆破工藝改進(jìn)。

1 12-2采場(chǎng)地質(zhì)概況

12-2采場(chǎng)位于棉花坑礦床9號(hào)礦體的中部，棉花坑礦床位于諸廣巖體揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與華夏古陸之間的加里東褶皺帶；巖體位于閩贛后加里東隆起南緣與湘桂粵北海西—印支坳陷的剛?cè)岬貕K結(jié)合部[4-7]。區(qū)內(nèi)已探明的礦體主要有9號(hào)、7號(hào)等，礦體主要賦存在由糜棱巖和碎裂花崗巖所組成的破碎帶內(nèi)，具有比較普遍的絹云母化、硅化、赤鐵礦化和高嶺土化現(xiàn)象[8]。

12-2采場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造在9號(hào)礦體中具有代表性、普遍性，分布在-150 m中段的25#～33#勘探線之間，巖石結(jié)構(gòu)完整，礦體品位穩(wěn)定，礦石較硬(堅(jiān)固系數(shù)f>14)，礦體平均寬度超過4 m，北部礦體寬度相對(duì)較窄，含水裂隙帶小，含水量、含泥沙量較少。

2 爆破工藝優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 頂板炮孔傾角試驗(yàn)

由三角函數(shù)公式可得Q=S×H×sinα，式中：Q—單位面積回采礦量，t；S—回采面積，m2；H—鉆孔深度，m；α—鉆孔傾角度數(shù)，(°)。可以看出爆破高度越高，回采礦量越多。需通過試驗(yàn)獲得合理的傾角取值，盡可能增加爆破高度。

該試驗(yàn)在12-2采場(chǎng)第四分層進(jìn)行，該段礦體平均寬2.5 m，施工70°、80°、88°炮孔傾角，分別對(duì)應(yīng)12#～14#，14#～16#，16#～18#；每段布孔42個(gè)，孔深1.9 m，采用孔內(nèi)MS13段、孔外MS2段毫秒延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，12-2采場(chǎng)第四分層北部平面如圖1所示。

表1 12-2采場(chǎng)第四分層試驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1 Basic data of the fourth layer in stope 12-2

圖1 12-2采場(chǎng)第四分層北部爆破試驗(yàn)平面示意圖Fig. 1 Sketch plan of blasting test in the north of the fourth layer in stope 12-2

試驗(yàn)表明，在孔深、間距、排距一致的情況下，接近垂直布孔的頂板眼，除殘孔深度略有增加外，其爆破高度更高，落礦量更多，爆破成本更低，經(jīng)濟(jì)效益更高，爆破效果更好；同時(shí)垂直布孔，臺(tái)車布孔鉆頭進(jìn)眼速度更快，效率更高。

2.2 炮孔孔間距、排間距試驗(yàn)

2.2.1 孔間距、排間距選取分析

淺孔落礦時(shí)，若平行布孔則最小抵抗線(W)與炮孔排間距(b)通常采用同值[9]。而炮孔間距(a)的大小對(duì)爆破影響很大，一般來說，最小抵抗線和炮孔間距取值偏大時(shí)，爆破后大塊增多；如果取值偏小時(shí)，則礦石會(huì)被過度破碎，且無形增加了炮孔數(shù)，浪費(fèi)材料[10]。

通常，W和a可按經(jīng)驗(yàn)公式W=(25～30)d，a=(1.0～1.5)W取值，式中：d—炮孔直徑，mm；a—孔間距，mm；b—排間距，mm。公式中的系數(shù)依巖石堅(jiān)固系數(shù)而定，巖石堅(jiān)固取小值，反之取大值[11]301-303。一般平行布孔情況下b=W。

棉花坑礦井采場(chǎng)布孔，所用鉆孔釬頭直徑為40 mm，炮孔直徑為40 mm，因此最小抵抗線取1 m；考慮到巖石堅(jiān)固系數(shù)及大塊產(chǎn)出率，a取0.8 m，b取0.7 m。在理論研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行孔間距、排間距試驗(yàn)，總結(jié)適合12-2采場(chǎng)的孔間距和排間距參數(shù)。

2.2.2 12-2采場(chǎng)孔間距試驗(yàn)

12-2采場(chǎng)的礦脈屬于采幅較寬的礦脈，巖石較硬，堅(jiān)固系數(shù)>14，采場(chǎng)頂板孔采用平行排列布置。在排間距、傾角、孔深相同條件下，選用膨化硝銨炸藥[11]56-57，采用連續(xù)耦合柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，每孔裝藥8節(jié)，每節(jié)20 cm長(zhǎng)、裝藥0.15 kg，單孔裝藥量1.2 kg，采用柱狀黃泥沙堵孔0.4 m，選取12-2采場(chǎng)的3個(gè)區(qū)域進(jìn)行孔間距試驗(yàn)，爆破網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)MS13段、孔外MS2段毫秒延時(shí)。

2020年3月6日，第1次孔間距試驗(yàn)在采場(chǎng)12#～20#進(jìn)行，孔間距控制在60 cm；2020年3月10日，第2次孔間距爆破試驗(yàn)在采場(chǎng)26#～32#進(jìn)行，孔間距控制在80 cm；2020年3月20日，第3次孔間距試驗(yàn)在采場(chǎng)20#～26#進(jìn)行，孔間距控制在70 cm。12-2采場(chǎng)第五分層爆破試驗(yàn)平面如圖2所示，3次孔間距爆破試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 12-2采場(chǎng)3次孔間距爆破試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Blasting test results of three hole spacing in stope 12-2

圖2 12-2采場(chǎng)第五分層爆破試驗(yàn)平面示意圖Fig.2 Sketch plan of blasting test in the fifth layer in stope 12-2

從表2的實(shí)際爆破效果可知，12-2采場(chǎng)的孔間距實(shí)際布孔選取在70 cm比較合適?？组g距偏小，火工品成本增加；孔間距偏大，二次破碎頻率增加，人工勞動(dòng)強(qiáng)度增大?，F(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)效果如圖3所示。

a—第1次試驗(yàn);b—第2次試驗(yàn);c—第3次試驗(yàn)。圖3 12-2采場(chǎng)3次孔間距試驗(yàn)爆破效果Fig. 3 Blasting test effect of three hole spacing in stope 12-2

2.2.3 12-2采場(chǎng)排間距試驗(yàn)

在同樣孔間距、傾角、孔深、選用膨化硝銨炸藥條件下，采用連續(xù)耦合柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，每孔總裝藥共8節(jié)，每節(jié)20 cm長(zhǎng)、裝藥0.15 kg，單孔裝藥量1.2 kg，采用柱狀黃泥沙堵孔0.4 m，選取12-2采場(chǎng)第六分層的3個(gè)區(qū)域進(jìn)行排間距試驗(yàn)，爆破網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)MS13段、孔外MS2段毫秒延時(shí)。

2020年5月28日，第1次排間距試驗(yàn)在采場(chǎng)12#～20#進(jìn)行，排間距控制在55 cm。2020年5月31日，第2次排間距試驗(yàn)在采場(chǎng)20#～26#進(jìn)行，排間距控制在65 cm。2021年6月3日，第3次排間距試驗(yàn)在采場(chǎng)26#～33#進(jìn)行，排間距控制在75 cm。12-2采場(chǎng)第六分層爆破試驗(yàn)平面如圖4所示，3次排間距爆破試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖4 12-2采場(chǎng)第六分層爆破試驗(yàn)平面示意圖Fig. 4 Sketch plan of blasting test in the sixth layer in stope 12-2

從表3可看出，針對(duì)12-2采場(chǎng)類型構(gòu)造及礦體寬度相對(duì)較寬的礦體，排間距選取在65 cm比較適中。在該排間距下，爆破效果良好，能保證采場(chǎng)塊度適中；火工品成本與理論計(jì)劃相符，節(jié)約材料成本；可減少破碎大塊及裝藥的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低二次破碎的頻率。

表3 12-2采場(chǎng)3次排間距爆破試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Blasting test results of three row spacing in stope 12-2

試驗(yàn)計(jì)劃炸藥消耗為600 kg/kt，雷管消耗為500 kg/kt。從網(wǎng)絡(luò)的安全性考慮，試驗(yàn)中排與排的延時(shí)采用雙雷管連接，因此雷管消耗高于計(jì)劃量。實(shí)際上若采用單雷管傳爆網(wǎng)絡(luò)，雷管消耗已低于計(jì)劃要求。12-2采場(chǎng)3次排間距試驗(yàn)爆破效果如圖5所示。

a—第1次試驗(yàn);b—第2次試驗(yàn);c—第3次試驗(yàn)。圖5 12-2采場(chǎng)3次排間距試驗(yàn)爆破效果圖Fig. 5 Blasting test effect of three row spacing in stope 12-2

3 爆破網(wǎng)絡(luò)分析

2018年10月前棉花坑礦采場(chǎng)爆破為當(dāng)班布孔、當(dāng)班爆破，采用導(dǎo)爆管雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，即接力式簇聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，用1發(fā)或者2發(fā)電雷管引爆若干發(fā)捆綁導(dǎo)爆管雷管，再由捆綁導(dǎo)爆管雷管引爆炮孔中的雷管，用普通起爆器起爆[11]348。2018年10月以后棉花坑礦轉(zhuǎn)無軌開采后，原來的爆破模式滿足不了采場(chǎng)集中爆破、集中出礦的要求，因此井下采場(chǎng)爆破網(wǎng)絡(luò)選取毫秒孔內(nèi)延時(shí)或毫秒孔外延時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)研究，以選擇適合棉花坑礦井采場(chǎng)爆破的爆破網(wǎng)絡(luò)。

3.1 爆破器材選取

孔內(nèi)延時(shí)采用2～17段毫秒延時(shí)，導(dǎo)爆索傳爆，爆速為5 000～6 200 m/s[11]74；孔外延時(shí)采用2段雷管毫秒延時(shí)傳爆，各段別導(dǎo)爆管雷管的延期時(shí)間[11]122，見表4。

表4 各段別導(dǎo)爆管雷管的延期時(shí)間Table 4 Delay time of different detonators

孔內(nèi)延時(shí)，通過導(dǎo)爆索傳爆，按延期時(shí)間計(jì)算，完全能保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性?？淄庋訒r(shí)，孔內(nèi)13段、孔外2段，按正常延期時(shí)間傳爆第一排炸藥雷管點(diǎn)燃，孔外已傳爆至頂板26排雷管，約18 m距離，再加上毫秒13段雷管本身誤差，存在網(wǎng)絡(luò)炸斷風(fēng)險(xiǎn)；但從傳爆距離及延遲時(shí)間考慮，毫秒13段基本滿足孔外延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)要求。

3.2 孔內(nèi)延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)

爆破網(wǎng)絡(luò)模式：孔內(nèi)延時(shí)，導(dǎo)爆索傳爆，自由面開始南北方向，每?jī)膳庞猛魏撩肜坠?，依次累?MS3～MS17段)，其中考慮到雷管延時(shí)時(shí)間存在誤差，故采用3～17段毫秒雷管。起爆網(wǎng)絡(luò)如圖6所示，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)如圖7所示。

圖6 孔內(nèi)延時(shí)爆破起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig. 6 Detonating network of delay blasting inside the hole

圖7 孔內(nèi)延時(shí)爆破現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)圖Fig. 7 Field network diagram of delay blasting inside the hole

采用孔內(nèi)延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)，在爆破結(jié)束后發(fā)現(xiàn)采場(chǎng)頂板松石較少，比較平整，殘孔淺，爆破效果好；但裝藥和組網(wǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3.3 孔外延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)

爆破網(wǎng)絡(luò)模式：孔內(nèi)M10段，孔外MS2段延時(shí)傳爆，正常情況由自由面向一個(gè)方向起爆，考慮到雷管延時(shí)存在誤差以及孔內(nèi)高段雷管跳段現(xiàn)象，故采用孔內(nèi)M10段毫秒雷管、孔外MS2段。起爆網(wǎng)絡(luò)如圖8所示，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)如圖9所示。

圖8 孔外延時(shí)爆破起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig. 8 Detonating network of delay blasting outside the hole

圖9 孔外延時(shí)爆破現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)圖Fig. 9 Field network diagram of delay blasting outside the hole

采用孔外延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)，在爆破結(jié)束后發(fā)現(xiàn)采場(chǎng)頂板松石較多，頂板平整度不夠，殘孔相對(duì)較深，爆破效果略差；但裝藥和組網(wǎng)簡(jiǎn)單，時(shí)間短，勞動(dòng)強(qiáng)度小。

3.4 爆破網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣及適用性對(duì)比

孔內(nèi)延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：1)爆破網(wǎng)絡(luò)安全性高，雷管不易被炸斷；2)爆破過程形成2個(gè)自由面，殘孔淺，爆破效果更好；3)爆破后松石較少，頂板平整。缺點(diǎn)：1)雷管段數(shù)多，裝藥組網(wǎng)復(fù)雜；2)集中爆破，裝藥時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大；3)布孔要求相對(duì)較高。

孔外延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：1)裝藥效率高，對(duì)人員技能水平要求低；2)網(wǎng)絡(luò)連接簡(jiǎn)單；3)勞動(dòng)強(qiáng)度較小，裝藥組網(wǎng)時(shí)間短。缺點(diǎn)：1)有炸斷網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性比孔內(nèi)延時(shí)差；2)爆破過程只有1個(gè)自由面，爆破效果稍差，松石相對(duì)較多。

綜合考慮安全、網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)、儲(chǔ)存等因素，確定采用孔內(nèi)延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

對(duì)棉花坑礦12-2采場(chǎng)的研究表明，隨頂板孔傾角增大，殘孔深度雖有所增加，但爆破高度更高，落礦量更多，爆破成本更低，爆破效果更好；適宜的孔間距為70 cm、排間距為65 cm；適宜的爆破網(wǎng)絡(luò)為孔內(nèi)延時(shí)爆破網(wǎng)絡(luò)。