馬運(yùn)亮,焦華喆,吳俊俊 ,王貽明 ,張 宏

(1.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083; 2.金誠(chéng)信礦業(yè)建設(shè)贊比亞有限公司, 贊比亞, 基特韋 22592)

1 工程背景及問題

謙比希銅礦現(xiàn)屬于中國(guó)有色集團(tuán)非洲礦業(yè)有限公司，是中國(guó)海外投資最為成功的礦山之一。于1998年并購(gòu)，并于2000年恢復(fù)生產(chǎn)。該礦位于贊比亞銅帶省，在地質(zhì)構(gòu)造上位于世界著名三大銅礦帶之一：贊比亞—?jiǎng)偣?金)銅鈷礦帶上，屬于泥質(zhì)型沉積變質(zhì)礦床，儲(chǔ)量位屬世界前列[1￣2]。礦體呈急傾斜層狀沉積泥巖，500 m以上傾角30°～45°，700 m以下傾角達(dá)到70°～80°，礦體上盤含水層發(fā)育，頂板淋水嚴(yán)重；礦體上盤及下盤礦巖破碎，尤其是下盤存在一個(gè)破碎的礫巖層，導(dǎo)致開采難度較大[3]。根據(jù)圍巖等級(jí)評(píng)價(jià)，屬于Ⅳ類巖石，巖石堅(jiān)固性系數(shù)為5～6，其巖石可爆性良好[4￣5]。

目前，該礦使用的炸藥為掘進(jìn)用卷狀防水炸藥和采場(chǎng)用散裝防水炸藥[6]。根據(jù)贊比亞地方法規(guī)管理的不同，在使用過程中發(fā)現(xiàn)存在以下兩個(gè)問題。

(1) 安全性差。炸藥在領(lǐng)用、使用過程中存在亂丟亂放現(xiàn)象。一方面造成爆破器材浪費(fèi)，另一方面，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患[7￣8]。

(2) 炸藥易丟失。從地表炸藥庫(kù)至井下炸藥庫(kù)再到采場(chǎng)的運(yùn)輸過程一般主要由贊方員工負(fù)責(zé)。由于加之我國(guó)在海外礦山運(yùn)營(yíng)管理方面經(jīng)驗(yàn)不足，因此，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過程中，均存在炸藥丟失現(xiàn)象[9]。

2 炸藥選擇與對(duì)比

2.1 炸藥介紹及成分

針對(duì)謙比希銅礦現(xiàn)場(chǎng)爆破工程中存在問題，為確保爆破器材在使用過程中的安全，對(duì)AEL炸藥公司生產(chǎn)的乳化炸藥進(jìn)行了實(shí)際考查，發(fā)現(xiàn)AEL乳化炸藥是一種高強(qiáng)度復(fù)合炸藥，它是由乳化劑(Emulsion)、氣霧劑(Gasling)和水(Water)加壓混合而成，可在現(xiàn)場(chǎng)由裝藥車混制。

乳化炸藥混合之前分開存放，不屬于爆破器材，不具有爆破危害性，便于儲(chǔ)存和管理，對(duì)礦山的生產(chǎn)安全來(lái)說(shuō)帶來(lái)了很大的保障。同時(shí)，能夠避免因?yàn)檎ㄋ幑芾砗瓦\(yùn)輸過程中的漏洞引起的炸藥流失事件，預(yù)防了因炸藥的流失而導(dǎo)致的可能存在的特殊事件的發(fā)生。

2.2 炸藥技術(shù)參數(shù)

鑒于AEL乳化炸藥在具有上述運(yùn)營(yíng)管理優(yōu)勢(shì)，謙比希銅礦把先前爆破用的卷裝或散裝防水炸藥改為AEL生產(chǎn)的乳化炸藥。表1是原使用的炸藥與乳化炸藥的技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)對(duì)比。

由表1可知，AEL乳化炸藥的各項(xiàng)指標(biāo)均高于原防水炸藥。

本文對(duì)乳化炸藥的技術(shù)性能進(jìn)行考察，通過井下現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及管理過程中的可控性為考核標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)評(píng)價(jià)這種乳化炸藥的適用性及優(yōu)勢(shì)。

表1 炸藥技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)對(duì)比

3 工業(yè)試驗(yàn)

3.1 爆破參數(shù)計(jì)算

3.1.1 最小抵抗線計(jì)算

(1) 按炸藥做功能力計(jì)算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最小抵抗線與兩個(gè)參數(shù)相關(guān)：巖石堅(jiān)固性系數(shù)和炸藥做功能力。藥徑為45 mm時(shí)，三者關(guān)系如表2所示。根據(jù)該礦巖石的性質(zhì)和AEL乳化炸藥性能(做功能力為355 ml)，得W=0.66～0.73 m。

(2) 按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

(1)

式中:ρ0—裝藥密度，1050 kg/m3；

dc—裝藥直徑，0.045 m；

g—炸藥相對(duì)做功能力，標(biāo)準(zhǔn)炸藥和AEL炸藥的做功能力分別為320 ml和355 ml，計(jì)算得炸藥相對(duì)做功能力為1；

fk—巖石抗爆性系數(shù)，與普氏系數(shù)關(guān)系為fk=1+f/15，取f=5-6，得fk=1.3～1.4。

代入數(shù)據(jù)得W=0.72～0.76 m。

綜合考慮礦巖的性質(zhì)，取W=0.73 m。

3.1.2 孔距和排距計(jì)算

根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，采用寬孔距小抵抗線在一定程度上能減少大塊率和節(jié)約爆破成本，其計(jì)算公式分別為：

孔距口a=(1.2-1.5)W

(2)

排距口b=(0.7-1.0)W

(3)

根據(jù)3.1中最小抵抗線的取值，W=0.73 m，a=0.8～1.1 m；b=0.5～0.7 m。

3.2 實(shí)驗(yàn)方案

在儲(chǔ)存和管理及后期安全上的問題得到解決后，主要考慮炸藥的工程實(shí)用性，對(duì)本礦山巖體是否匹配，選取兩個(gè)工程進(jìn)行試驗(yàn)，分別為-700 ml采區(qū)551 ml-2#采聯(lián)、570 ml-5-5/6采聯(lián)，巷道斷面為高×寬=3.8 m×3.55 m[10]。

實(shí)驗(yàn)方案見表3和圖1。

表3 乳化炸藥爆破實(shí)驗(yàn)方案

采用孔底連續(xù)裝藥，每孔裝藥3 kg， 共裝藥114 kg。

炮孔布置按照目前掘進(jìn)施工組織設(shè)計(jì)開展，三心拱斷面，水平菱型掏槽，設(shè)置空孔2個(gè)，掏槽孔2個(gè)，主爆孔28個(gè)，周邊孔12個(gè)，底孔6個(gè)，炮孔直徑45 mm，炮孔布置如圖1所示。

圖1 采聯(lián)掘進(jìn)炮孔布置

爆破過程采用Atlas 公司Boomer281鑿巖臺(tái)車打眼，鑿巖機(jī)釬桿長(zhǎng)4 m，切割擴(kuò)槽眼水平角度為75°，垂直角度為90°，炮眼深度為3.5 m；其他炮眼鑿巖深度也為3.5 m，孔徑45 mm，全斷面一次推進(jìn)。

為了提高爆破效果，采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管和毫秒微差爆破技術(shù)；采用磁電雷管起爆系統(tǒng)，聯(lián)線為并聯(lián)方式；切割槽孔、主爆孔和周邊孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，底孔采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，填塞長(zhǎng)度不小于50 cm。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖2所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，AEL 乳化炸藥平均班臺(tái)炮效為3.155 m，而原防水炸藥的平均炮效為2.937 m，炮效提高了0.218 m，提高幅度為7.4%。因此，AEL乳化炸藥能夠提高工作效率，減少礦山施工臺(tái)班數(shù)，減少附屬設(shè)施成本支出。

圖2 兩種炸藥進(jìn)尺對(duì)比

3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

評(píng)價(jià)AEL炸藥公司的乳化炸藥是否應(yīng)用成功，不僅要具有技術(shù)上的優(yōu)越性和安全性，還要有經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)越性。使用乳化炸藥的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)與分析如表4所示。

AEL乳化炸藥年使用費(fèi)用為4551781美元，而原炸藥年使用費(fèi)用為5122752美元，兩者對(duì)比，AEL乳化炸藥的使用費(fèi)用略低，成本降低約570971美元。

通過對(duì)比可知，AEL乳化炸藥適合礦山的發(fā)展需要，不僅具有使用安全和管理安全等特點(diǎn)，而且成本還有所降低，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

表4 炸藥種類技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

注：AEL乳化炸藥管3臺(tái)裝藥車，防水炸藥混裝車2臺(tái)。

4 結(jié) 論

(1) 使用AEL乳化炸藥的平均班臺(tái)炮效為3.155 m，而使用原防水炸藥的平均炮效為2.937 m，炮效提高了0.218 m，提高幅度為7.4%。

(2) AEL乳化炸藥的年使用成本與僅為4551781美元，比原防水炸藥降低約570971美元。

(3) 原防水炸藥使用中存在的易丟失、安全性差的問題，AEL乳化炸藥在混合前不是爆破器材，便于存放和管理。

(4) AEL乳化炸藥在謙比希銅礦應(yīng)用具有技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、便于管理及安全有效等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣應(yīng)用前景。

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