胡世士，吳樂樂，袁飛虎

（葛洲壩老河口水泥有限公司，湖北 襄陽 441000）

露天石灰石礦控制大塊率的技術(shù)措施探討

胡世士，吳樂樂，袁飛虎

（葛洲壩老河口水泥有限公司，湖北 襄陽 441000）

詳細(xì)分析老河口水泥有限公司上油榨溝石灰石礦山的中深孔露天爆破不合理大塊率產(chǎn)生的原因，通過調(diào)整布孔參數(shù)、爆破器材類型、起爆方式等技術(shù)方法。將大塊率控制在合理的水平，提高了開采效率，降低生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本。

中深孔爆破；大塊率；地質(zhì)條件；爆破參數(shù)

Abstract：The article analyzes the reasons of large lump rate because of irrational medium-depth hole blasting in Limestone Open-pit Mine.Through adjusting the hole distribution parameter,blasting equipment type and initiation method,the mine controls large lump rate in rational level,which increasesmining efficiency and decreases production economical cost.

Key words：medium-depth hole blasting;large lump rate;geological condition;blasting parameter

0 引言

在石灰石露天礦的開采過程中，常采用中深孔爆破的方法來爆破礦巖，爆破作業(yè)的成本一般占到了礦山開采總成本的20%以上。但在石灰石礦的生產(chǎn)過程中，通常都存在大塊率偏高的問題。過高的大塊率會降低礦山生產(chǎn)效率，增加二次破碎的工作量，造成不必要的開采成本，因此將大塊率降低在一定水平，對提高石灰石礦的經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的意義。

1 礦山建設(shè)現(xiàn)狀及地質(zhì)條件

上油榨溝礦區(qū)水泥用石灰石礦位于老河口市袁沖區(qū)牧場村上油榨溝，根據(jù)蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院有限公司編制的水泥用灰?guī)r礦礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案，該礦山采用露天開采、公路開拓、汽車運(yùn)輸，設(shè)計生產(chǎn)能力為200萬t/a，目前礦區(qū)已形成+288、+302、+316 m、3個開采臺段，現(xiàn)正開采+302、+316 m臺段。本礦床為早奧陶世海相沉積石灰石礦床，賦存在奧陶系下統(tǒng)大冶組水田河組地層中。礦區(qū)有4條斷裂，它們均為壓性斷裂，與霍樓向斜同期形成。礦區(qū)節(jié)理裂隙比較發(fā)育，其中主要節(jié)理有2組：①傾向92°～107°，傾角65°～72°；②傾向178°～192°，傾角50°～62°。

2 大塊率過高的原因

大塊率過高的原因比較多，每個礦山的地質(zhì)條件和爆破參數(shù)不同，產(chǎn)生原因也不同。根據(jù)老河口露天礦山的實際情況，經(jīng)過大量的爆破實踐，確定了大塊率過高的原因。

2.1 抵抗線的影響

每一排孔抵抗線都要達(dá)到爆破設(shè)計要求。最小抵抗線是爆破設(shè)計中的一個重要參數(shù)，最小抵抗線過大，會造成石灰石礦山爆破后大塊率高，根底過多。這主要是由于抵抗線過大，前排炮孔的部分區(qū)域爆破作業(yè)發(fā)揮不到，致使部分后排炮孔的巖體受到一定的夾制和阻滯作用，使之得不到足夠的爆破能量使其破碎[1]。爆生氣體對此巖石的有效作用時間過長，改變應(yīng)力波傳播方向，朝孔口相對薄弱處突破，產(chǎn)生大塊。

2.2 孔距和排距的影響

尋找最經(jīng)濟(jì)的孔網(wǎng)參數(shù)，使爆破能量可以得到充分利用，巖體到破碎較完全，大塊率和根底控制在自身承受水平內(nèi)。如果孔網(wǎng)參數(shù)選取稀疏，每個炮孔需要爆破的石灰石體積過大，就會產(chǎn)生大塊?？拙W(wǎng)參數(shù)過于密集，不僅會產(chǎn)生飛石而且采礦成本居高不下，影響行業(yè)競爭力。所以選取經(jīng)濟(jì)的孔網(wǎng)參數(shù)，是石灰石爆破作業(yè)中的關(guān)鍵。

2.3 堵塞長度的影響

安排有經(jīng)驗的爆破工裝藥，根據(jù)經(jīng)驗、裝藥量的多寡和鉆孔的地質(zhì)條件進(jìn)行填孔堵塞。在中深孔爆破中，為了減少爆破飛石的危害，在炮孔孔口的部位要有一定的堵塞長度，從而使裝藥重心偏低，孔口部位的巖體獲得炸藥能量不足，導(dǎo)致孔口出現(xiàn)大塊[2]。

在爆破實踐中，堵塞長度應(yīng)大于等于最小抵抗線（Id≥W）[3]。

經(jīng)計算，合理的最小抵抗線為25～40倍孔徑，水泥礦山多采用孔徑為150～200 mm，一般抵抗線以4～6 m為宜；合理的堵塞長度應(yīng)大于或等于最小抵抗線，（并不小于0.75倍底盤抵抗線），為30～50倍孔徑，水泥礦山一般堵塞長度以4～8m為宜[4]。

在進(jìn)行中深孔爆破時，當(dāng)最小抵抗線確定之后，一般通過控制每孔裝藥量與堵塞長度，來達(dá)到控制個別飛石距離的目的。堵塞長度偏小，易產(chǎn)生飛石，危害社會；堵塞長度過大又易產(chǎn)生頂部大塊，給后續(xù)生產(chǎn)帶來困難，增加生產(chǎn)成本。

2.4 微差時間的影響

微差爆破是為降低爆破地震效應(yīng)而興起的爆破技術(shù)，在使用中發(fā)現(xiàn)其具有改善爆破塊度、提高爆破質(zhì)量等方面的作用，這種作用的關(guān)鍵是微差時間的合理確定[5]。

2.5 起爆方向的影響

起爆方向和巖體走向?qū)Ρ拼髩K率也有不可忽視的影響；大量實踐表明，當(dāng)兩者之間基本一致時，爆破效果較為理想。

3 降低大塊率的技術(shù)措施

3.1 孔徑的選擇

礦山有4臺鉆機(jī)，2臺鉆孔直徑90 mm，2臺138 mm。試用半個月，138 mm鉆機(jī)與90 mm鉆機(jī)相比主要有以下特點：

1）大孔徑鉆孔炸藥單耗小于小孔徑鉆孔，經(jīng)濟(jì)效果好。

2）小孔徑鉆機(jī)對工作場地要求不高，能靈活布置原始地貌和低矮邊坡。

3）小孔徑鉆機(jī)鉆進(jìn)速度慢，工作效率低。國內(nèi)外鉆孔技術(shù)發(fā)展非常迅速，一些新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，這些都為露天礦山開采提供了新的思維[6]。為提高每米爆破量和降低成本，高效低耗、成本低、作業(yè)條件好的大型化智能鉆機(jī)是未來的發(fā)展趨勢；

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計

1）鉆孔形式采用3排或4排垂直孔三角形布置形式，控制微差時間逐孔起爆。根據(jù)礦體的節(jié)理裂隙發(fā)育程度和經(jīng)驗公式適用于本礦山的是孔距、排距、鉆孔超深?？拙W(wǎng)參數(shù)見表1，爆破網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

表1 孔網(wǎng)參數(shù)

圖1 爆破網(wǎng)絡(luò)

說明：①起爆網(wǎng)絡(luò)為非電起爆網(wǎng)絡(luò)，箭頭指示方向為傳爆方向。②從5號孔開始起爆，起爆點為激發(fā)針。③孔內(nèi)使用20 m 9、10、11、12段普通非電下孔。圖中各排孔兩側(cè)標(biāo)注該排孔內(nèi)雷管段別。④地表接力雷管為7 m 2段、7 m 5段導(dǎo)爆管。

3.3 裝藥設(shè)計計算

1）堵塞段長度h0。合理的堵塞長度和良好的堵塞質(zhì)量，是改善爆破效果、提高炸藥能量利用率、確保安全防止飛石的重要手段，一般按：h0≥0.75 W或h0=（20-40）D，孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2）孔內(nèi)裝藥。礦山巖石堅固性系數(shù)f=8-12，使用2號巖石乳化炸藥，炸藥單耗q約為0.5。

應(yīng)當(dāng)把大部分炸藥都裝在爆破阻力最大的巖體部位。如果該石灰石巖體是簡單的水平走向，那么裝藥段應(yīng)選擇在比較堅硬或者比較厚的巖層位置。如果地質(zhì)條件比較復(fù)雜，就要根據(jù)鉆孔中具體的地質(zhì)情況，選擇在石灰石巖體的原始地貌帶或黏土夾縫帶使用導(dǎo)爆索。孔口的堵塞長度須在4 m以上，防止產(chǎn)生飛石。

圖2 孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)

孔底間隔裝藥可以延長應(yīng)力的作用時間，沖擊波作用于堵塞物或孔底后又返回到空氣間隔中，由于沖擊波的多次作用，使應(yīng)力場得到增強(qiáng)的同時，也延長了應(yīng)力波在巖石中的作用時間，若空氣間隔置于藥柱中間，炸藥在空氣間隔兩端所產(chǎn)生的應(yīng)力波峰值相互作用可產(chǎn)生一個加強(qiáng)的應(yīng)力場[7]，從而使巖石進(jìn)一步破碎，改善整個爆區(qū)的破碎效果。

3）雷管和微差間隔時間的選擇。數(shù)碼電子雷管是一種可以隨意設(shè)定并準(zhǔn)確實現(xiàn)延期發(fā)火時間的新型電雷管，安全性能較高，但其單價昂貴不適合水泥用灰?guī)r礦山大規(guī)模使用?？紤]到普通導(dǎo)爆管雷管精度亦能滿足延期要求，使用湖北衛(wèi)東公司生產(chǎn)的2段普通導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行起爆。

理論研究和大量實踐證明，在硬巖爆破中，前排孔爆巖已向前移動，為后排孔創(chuàng)造自由面的應(yīng)有合理的間隔時間。為了良好的破碎，有效的減少大塊率并控制根底，采用小抵抗線寬孔距，V型微差起爆的方法。根據(jù)以上的計算，各排之間的微差時間間隔為25 ms較好。

3.4 改善施工質(zhì)量

確定了爆破參數(shù)后，改善施工的質(zhì)量，有助于充分利用爆炸能量，改善爆破效果。爆破施工包括起爆破方向、裝藥密度、堵塞長度等。

1）爆破方向與巖層走向基本一致。當(dāng)爆破推出方向與巖層走向基本一致時，采用兩個不同方向的同段起爆方式，可以有效的提高爆破質(zhì)量。

2）根據(jù)爆破理論，炮孔自由面增加有利于改善爆破整體效果，在逐孔起爆過程中，先爆破形成的爆破漏斗相當(dāng)于給爆破孔提供了一個新的自由面，后爆破孔的最小抵抗線和爆破作用方向都因先爆孔的作用而有所改變，使后爆孔的能量更多的集中在拋擲作用中，增加相鄰炮孔的巖石碰撞次數(shù)，改善爆破塊度[8]。

3）提高裝藥密度。采用分段間隔裝藥后，單位體積炸藥消耗量過少，容易產(chǎn)生大塊，而提高炮孔內(nèi)的裝藥密度，可以增強(qiáng)爆破能量，使石灰石巖體進(jìn)一步破碎，減少大塊率。

4）合理炮孔堵塞。堵塞炮孔可以使石灰石巖體在爆轟氣體的作用下破碎的更加完全。因此進(jìn)行炮孔堵塞時一定要用工具將炮孔輕輕搗實。

5）進(jìn)行鉆孔之前，現(xiàn)場爆破員應(yīng)嚴(yán)格按照爆破設(shè)計方案的要求，準(zhǔn)確的標(biāo)出每一個鉆孔的位置，鉆機(jī)操作人員也要嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行鉆孔。鉆孔結(jié)束后，爆破員應(yīng)按鉆孔施工要求進(jìn)行驗收，確保鉆孔方位、傾斜角度、深度符合要求，檢查后，清理孔內(nèi)沉淀物，孔口用塑料遮蓋，防止泥土或石塊掉入孔內(nèi)，影響鉆孔質(zhì)量。

6）在深孔爆破前，要做好炮孔復(fù)測工作，檢查炮孔在施工與爆破的間隔時間里炮孔是否發(fā)生了變化，對水孔、變形孔等要及時記錄，并做排水、補(bǔ)孔處理，以免炮孔質(zhì)量影響炮孔效果。

7）安排有經(jīng)驗的爆破工裝藥，裝藥堵塞之前，爆破工應(yīng)準(zhǔn)確計算出每個孔的實際裝藥量、保證堵塞長度和堵塞質(zhì)量，以控制裝藥量，減少爆破飛石。

4 結(jié)語

葛洲壩老河口水泥有限公司經(jīng)過長期的試驗總結(jié)出了適合礦山的爆破方案，改善了爆破施工質(zhì)量，獲得了良好的爆破效果，減少了二次機(jī)械破碎的工作量。石灰石礦露天開采，一般都采用中深孔臺階微差爆破，影響大塊率的因素很多，既有爆破技術(shù)的原因，也有地質(zhì)條件的影響，但主要是爆破設(shè)計和爆破施工質(zhì)量方面的原因。要降低大塊率，必須根據(jù)礦山的實際情況，合理的優(yōu)化爆破參數(shù)，嚴(yán)格施工，才能真正降低大塊率，改善爆破效果。

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【責(zé)任編輯：張東旭】

Discussion on technicalmeasures of control large lum p rate in Limestone Open-pit Mine

HU Shishi,WU Lele,YUAN Feihu
(Gezhouba Laohekou Cement Co.,Ltd.,Xiangyang 441000,China)

TD235.33

B

1671-9816（2017）10-0007-04

2017-05-26

胡世士（1976—），漢族，本科，畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)，現(xiàn)在中國葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.003

胡世士，吳樂樂，袁飛虎.露天石灰石礦控制大塊率的技術(shù)措施探討［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（10）：7-10.