孫鵬偉

(中金嶺南有色金屬有限公司凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

光面爆破在凡口鉛鋅礦間柱深孔爆破中的應(yīng)用

孫鵬偉

(中金嶺南有色金屬有限公司凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

凡口鉛鋅礦在間柱采場深孔爆破中,根據(jù)周邊圍巖、礦體和充填體的情況,采用光面爆破方案,在控制采場超采、保護(hù)邊幫充填方面取得了一定的成效。介紹了爆破參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)的設(shè)計,總結(jié)了爆破的效果及存在的問題,并提出了相應(yīng)的建議。

間柱采場;光面爆破;深孔爆破;裝藥結(jié)構(gòu)

0 前 言

1982年大直徑深孔采礦法在凡口鉛鋅礦試驗成功后,經(jīng)過將近30 a的改進(jìn)和發(fā)展,最終形成了以VCR法爆破、VCR法拉槽分層側(cè)向爆破和VCR法拉槽全孔側(cè)向爆破3種崩礦方式為主的采礦工藝。大直徑深孔采礦法具有生產(chǎn)效率高、安全性好、勞動強(qiáng)度低、爆破效果好、作業(yè)成本低等優(yōu)點(diǎn),在我國礦山中獲得廣泛的應(yīng)用[1]。

凡口鉛鋅礦(以下簡稱“凡口礦”)礦體經(jīng)過40多年的開采,其開采范圍遍布上部區(qū)域到海平面標(biāo)高以下650 m的深部礦體。目前,凡口礦使用VCR法回采的礦體既有主礦體的間柱采場,也有深部的間柱采場。采用VCR法回采時,往往會對充填體產(chǎn)生破壞,或者對周邊圍巖和礦體產(chǎn)生超采,造成礦石的貧化損失,甚至可能導(dǎo)致充填體跨落,嚴(yán)重影響后續(xù)的回采作業(yè)的安全,給礦山的安全管理帶來了諸多隱患。從2008年的18萬t技改開始,凡口礦對入窿礦石的品位也提出了較高的要求,因而采礦時要嚴(yán)格控制礦石的貧化。諸多因素促使凡口礦十分注重深孔爆破時對間柱采場周邊充填體的保護(hù)。

影響礦體回采邊幫控制和充填體穩(wěn)定性的主要因素有礦巖結(jié)構(gòu)、爆破方式、爆破規(guī)模、孔網(wǎng)參數(shù)和充填體質(zhì)量、厚度、側(cè)向暴露面積等[2]。結(jié)合已有的實踐經(jīng)驗,本文對光面爆破在凡口礦深孔爆破中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 光面爆破理論

大量研究工作表明,炮孔同時起爆時產(chǎn)生的應(yīng)力波在相鄰的兩炮孔連心線中點(diǎn)疊加兩孔間相向產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力變成切向拉應(yīng)力,當(dāng)此拉應(yīng)力超過巖石本身的抗拉強(qiáng)度時,在相鄰孔的孔壁首先破壞成裂縫;由于爆破后在兩孔中間形成了應(yīng)力波、爆生氣體的疊加帶,遇到孔壁上存在的鉆孔時形成的微小裂隙,在孔距適當(dāng)時,裂隙就從孔壁開始向鄰孔連心線擴(kuò)展;同時,孔內(nèi)爆生氣體高速楔入,加大裂隙的破壞,最終兩孔之間的縫隙貫通。

可以說光面爆破的機(jī)理是合理選擇炸藥種類、藥量(線裝藥密度)、孔距與最小抵抗線的匹配和不耦合裝藥結(jié)構(gòu),以及在短時差起爆等條件下,減少沖擊波作用、延長應(yīng)力波和爆生氣體作用時間,以及空孔作用的綜合結(jié)果[3]。

2 光面爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用

2.1 邊排炮孔設(shè)計參數(shù)

國內(nèi)外大量的試驗研究和生產(chǎn)實踐表明,間柱采場進(jìn)行深孔回采時,靠近充填體的邊排炮孔不宜采用集中裝藥,而應(yīng)采用空氣間隔裝藥的方式,并控制邊排炮孔和充填體的距離,使爆破應(yīng)力波達(dá)到界面時的應(yīng)力值得到有效的控制:一方面反射拉伸應(yīng)力超過礦巖的抗拉強(qiáng)度,從而使礦巖得到有效的破碎;另一方面透射壓應(yīng)力值小于充填體的抗拉強(qiáng)度,避免引起相鄰充填體的破壞[3]。

凡口礦采用深孔爆破回采時,使用的孔網(wǎng)參數(shù)為排距×孔距＝(2.0～2.2)m×(1.8～2.2)m,在主礦體礦巖結(jié)構(gòu)較為破碎的采場可以取大值,在深部礦巖結(jié)構(gòu)好、巖石可爆性差的采場取小值。邊排炮孔與充填體之間的距離一般為1.0～1.2 m,采場圍巖結(jié)構(gòu)不同、周邊采場回采邊界不同,該距離也有一定的變動,而邊孔的裝藥結(jié)構(gòu)也會隨之變化。

2.2 邊孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔裝藥結(jié)構(gòu)的形式直接影響著爆破時能量在巖層內(nèi)分布情況,從而影響了巖石塊度的形成。與此同時,邊孔的裝藥結(jié)構(gòu)還影響著周邊礦房采場充填體的穩(wěn)定性。為了確保炮孔控制范圍內(nèi)礦巖的有效破碎,同時降低爆破對周邊礦房采場充填體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的破壞,防止出現(xiàn)剝落甚至垮塌現(xiàn)象,必須采用控制裝藥的措施。

空氣間隔裝藥通過減少爆破的初始脈沖壓力、減少爆破時壓碎區(qū)的能量損失,可以相應(yīng)地提高作用在破碎區(qū)的能量和延長爆破脈沖壓力的作用時間,從而增加爆破脈沖沖量的方式來改善礦巖的爆破效果[4]。邊孔采用空氣間隔裝藥技術(shù)一方面可降低爆炸應(yīng)力波的作用,降低炸藥脈沖初始應(yīng)力,減少或避免對相鄰采場充填體的破壞;另一方面可以增強(qiáng)爆生氣體的膨脹作用,延長爆破氣體的作用時間,最終提高爆破的能量利用率,使采場礦體得到充分破碎,減少掛壁礦和大塊的產(chǎn)生。

應(yīng)用邊孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)時,應(yīng)考慮到以下因素:一是周邊礦房采場充填體強(qiáng)度情況;二是周邊礦房采場的開采情況,是否存在超采或者欠采情況;三是采場自身礦巖的性質(zhì),包括硬度、裂隙發(fā)育情況等。不同的采場情況下,可以通過改變裝藥長度與空氣間隔長度的比值來調(diào)節(jié)不同位置藥量分布情況,從而達(dá)到獲取最佳爆破效果的目的。在進(jìn)行側(cè)崩時,有可能因為藥量太大或者巖層結(jié)構(gòu)較差等原因,一個采場可能要分幾次進(jìn)行爆破,此時,每次爆破的最后一列也要進(jìn)行空氣間隔裝藥,這樣可以減少爆破對未爆部分的破壞,保護(hù)后續(xù)作業(yè)的安全。圖1顯示的是裝藥長度與空間間隔長度比值變化的幾種情況:左邊是周邊礦房采場充填體邊界規(guī)整、沒有超采時的裝藥結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)為每層“1條炸藥+1.0 m竹筒”;中間是周邊礦房采場存在超采、邊界不規(guī)整時的裝藥結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)為每層“1條炸藥+1.5 m竹筒”;右邊是側(cè)崩時最后一列炮孔的空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu),最上面采用切割好的半條藥和河沙間隔,可以減少礦石的向后拋擲,減少鏟礦前的安全處理工作量。

2.3 最大段藥量的控制

在間柱采場的深孔爆破中,可以通過控制最大段藥量的方式來減少爆破對周邊巖層和充填體的破壞。國內(nèi)部分礦山結(jié)合充填體強(qiáng)度對最大段藥量進(jìn)行過一些計算,認(rèn)為爆破對充填體的破壞作用,應(yīng)以透射壓應(yīng)力作為主要依據(jù)[5]。以此為依據(jù),根據(jù)礦房采場充填體強(qiáng)度的生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù),凡口礦在《生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定深孔爆破的最大段藥量不得超過500 kg。

圖1 邊孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意

2.4 起爆順序及起爆時間間隔

凡口礦深孔爆破采用“V”型起爆順序,即每一列中間炮孔先行起爆,邊排炮孔滯后起爆,但又超前于后一列的中間炮孔。這樣的起爆順序可以使邊孔爆破時在向前自由面的基礎(chǔ)上增加了向采場中間的自由面,也可減少對充填體的破壞。每一列中間孔與邊孔和邊孔與后一列中間孔的起爆微差間隔時間為25～50 ms;而采用光面爆破的炮孔之間的起爆微差間隔時間也為25～50 ms。具體見圖2所示。

圖2 起爆順序示意

2.5 起爆方式

近幾年來,凡口礦深孔光面爆破采用的起爆方式也發(fā)生了一些變化,起初是“孔內(nèi)導(dǎo)爆索+孔內(nèi)兩個有高精度雷管的起爆藥包”,兩個起爆藥包分別放置于炮孔的中間位置和孔口位置,起爆藥包是用乳化炸藥制成的Φ＝35 mm的小藥卷,使用該起爆方式時,曾發(fā)生過因小藥卷質(zhì)量問題而引起的拒爆現(xiàn)象?，F(xiàn)在的起爆方式為“孔內(nèi)導(dǎo)爆索+孔內(nèi)有高精度雷管的起爆藥包+孔口連接高精度雷管”,孔內(nèi)起爆藥包放置于炮孔中間偏上位置,這樣即使在起爆藥包失效時,依然可以從孔口起爆。

3 取得的成效與總結(jié)

3.1 光面爆破取得的成效

(1)采用深孔采礦法回采間柱采場時,通過光面爆破中空氣間隔裝藥、合理調(diào)整邊排炮孔設(shè)計參數(shù)、控制最大段藥量、合理確定起爆順序與起爆間隔等措施,降低了爆破對充填體的破壞,保護(hù)充填體的穩(wěn)定性。

(2)間柱深孔爆破采用光面爆破后,爆破效果比較理想,根據(jù)采場的實際情況合理調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu),取得了大塊率低、塊度均勻、邊界平整的良好效果。

3.2 不足之處與改進(jìn)措施

(1)對于深孔爆破來說,炮孔施工質(zhì)量直接影響了爆破效果,炮孔偏斜率超出合格范圍、炮孔中巖層情況記錄不準(zhǔn)確等情況會給爆破設(shè)計和施工帶來不利的影響,使爆破脫離實際情況,可能導(dǎo)致充填體局部破壞甚至是垮塌。

(2)深孔爆破采用了導(dǎo)爆索全孔起爆的方式,由于炮孔直徑大于炸藥直徑,因此在孔內(nèi)有水的情況下,可能發(fā)生炸藥沒有接觸到導(dǎo)爆索的情況,這樣可能導(dǎo)致炸藥不能起爆,造成爆破事故。

(3)由于采用人工裝藥,作業(yè)人員的技能也影響著裝藥的質(zhì)量,從而影響到爆破效果。

對于上述的這些不足之處,凡口礦也采取了一些改進(jìn)措施,制定了相應(yīng)的管理方案,有針對性地對作業(yè)人員和施工設(shè)備進(jìn)行調(diào)配,提高各項作業(yè)的施工質(zhì)量,保證深孔爆破作業(yè)流程的順利進(jìn)行。

[1]史秀志,邱賢陽,等.凡口鉛鋅礦無底柱深孔后退式崩礦嗣后充填采礦法[J].采礦技術(shù),2011,11(4):11-12.

[2]姚 曙.異質(zhì)界面控制爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2012,12(1):1-3.

[3]鈕 強(qiáng).巖石爆破機(jī)理[M].沈陽:東北工學(xué)院出版社,1989.

[4]劉穎歆.空氣間隔裝藥在銅綠山礦深孔爆破中的應(yīng)用[J].爆破,1998(2):55-58.

[5]柯震宇.安慶銅礦礦柱爆破最大單響藥量的選擇探討[J].有色金屬(礦山部分),1999(2):23-32.

2012-03-15)

孫鵬偉(1986-),男,河南鄭州人,助理工程師,從事采礦技術(shù)管理工作,Email:winterspw@163.com。