王智能，程玉印

1.云南磷化集團有限公司晉寧磷礦，云南 昆明 650600；2.云南磷化集團?？诹讟I(yè)有限公司，云南 昆明 650000

晉寧磷礦6號坑東采區(qū)進入凹陷開采后，深部剝離物構造較復雜，加上坑底積水影響，導致該作業(yè)區(qū)域局部地段的巖石可鉆性、可爆性發(fā)生的變化。為提高該區(qū)域穿孔爆破作業(yè)效果，降低生產(chǎn)成本，晉寧磷礦根據(jù)歷年與各高校合作研究成果，組織工程技術人員通過查閱借鑒行業(yè)內爆破分區(qū)的成功經(jīng)驗，于2015年率先打破該區(qū)域原先常規(guī)的穿孔爆破方法，推廣分區(qū)爆破的方法，滿足生產(chǎn)需要。

1 影響礦巖爆破性分區(qū)的因素

爆破性是礦巖本身物理力學性質在穿孔爆破工藝中的綜合反映，影響著穿孔爆破效果及礦山生產(chǎn)成本［1-2］。研究及實踐表明，影響礦巖爆破性的因素有很多，其中最主要的因素有2個：礦巖自身的物理力學性質，如堅固性、不均等性、方向性、強度大小不同性等性質；炸藥特性、鉆孔機械和爆破工藝等外在因素［3-4］。

礦巖本身物理力學性質決定于礦物的化學成分和內部構造，并且不同礦物的化學成分或內部構造反映出不同的物理性質。它主要體現(xiàn)在礦巖形狀、巖石強度、脆性、孔隙性、硬度、解理、斷口等方面。礦巖爆破性的外在影響因素主要有鉆孔機械、鉆孔形式、布孔方式、孔網(wǎng)參數(shù)、起爆網(wǎng)絡、炸藥類型等，同時還受爆堆形式、爆破塊度及安全間距等要求的影響［5］。

顯然，礦巖本身物理力學性質是最主要的影響因素。礦巖自身物理力學性質主要用以確定巖石單位耗藥量和能否采用大爆破的主要依據(jù)［6］。其中巖石抗壓強度、巖石抗拉強度、巖石結構特征、含水量等特征對爆破效果有很大的影響，當?shù)V巖的密度大、韌性強、整體性較好時，一般呈現(xiàn)出較難破碎的特點，導致礦巖炸藥單耗較高［7］；當巖石密度小，力學強度低，節(jié)理、層里發(fā)達，則較易破碎，這類礦巖炸藥單耗較低，一般不宜采用大爆破。巖石分級按照采礦過程的需要，以量的指標對各種礦巖進行等級劃分，常用的巖石分級方法有普氏巖石堅固性分級、蘇氏分級、爆破漏斗等綜合分級［8］。

2 礦巖爆破性分區(qū)的指標選取

爆破分區(qū)是根據(jù)礦山爆破作業(yè)實際需要而出現(xiàn)的一種改善爆破效果［9］、節(jié)約穿孔爆破成本的管理方法，這種方法是以礦山實際生產(chǎn)的爆破作業(yè)區(qū)域為研究對象，選擇合適的分區(qū)指標建立爆破分區(qū)模型，從而將爆破作業(yè)區(qū)域按照爆破難易程度劃分為不同的爆區(qū)，使礦山生產(chǎn)爆破作業(yè)更為嚴謹［10］。

露天采場爆破作業(yè)中，大塊率是衡量爆破效果好壞的重要指標，它們直接反映了爆破效果及炸藥能量的利用程度［11］。顯然，在礦巖爆破性影響因素中，爆破后礦巖塊度是相對直觀且較為容易選取的指標，故此次爆破分區(qū)研究選用爆破后礦巖塊度作為建立爆破分區(qū)模型的重要指標。

考慮到影響爆破塊度的因素很多，實驗人員現(xiàn)場勘查后，決定對晉寧磷礦東采區(qū)采場底部作業(yè)區(qū)域劃分為12個100 m×100 m或50 m×100 m的實驗單元，并對每個試驗單元進行同等的單孔爆破試驗，最終根據(jù)各試驗單元的爆破效果分析研究，試驗單元劃分如圖1所示。

圖1 試驗單元劃分圖Fig.1 Diagram of different test blasting strips

基于此，本次爆破分區(qū)的研究分2部分進行：一是對晉寧磷礦東采區(qū)12個實驗單元的礦巖爆破漏斗體積、爆破塊度組成進行爆破性測定和等級劃分；二是根據(jù)前期爆破性測定和等級劃分結果，對晉寧磷礦東采區(qū)進行不同爆破區(qū)域劃分，并根據(jù)礦巖塊度對各個爆破區(qū)進行孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化，最終達到改善整個東采區(qū)的爆破效果。

2.1 爆破漏斗與塊度的現(xiàn)場測定

在東采區(qū)112—120線2 190 m作業(yè)區(qū)域內對12個試驗單元逐個進行單孔爆破試驗，用山特維克DI5505#鉆機垂直鉆孔，鉆孔直徑152 mm，孔深10 m，單孔裝藥量72 kg，用2#巖石硝銨炸藥，連續(xù)不耦合裝藥，炮泥填塞，雙向起爆。爆破后量取爆破漏斗體積，清理巖塊，進行塊度分析［12］。分別稱量，計算容積，求出大塊（大于300 mm）、小塊（小于50 mm）、平均合格塊度（300 mm～200 mm，200 mm～100 mm，100 mm～50 mm）的百分率。

本文以試驗單元5為例進行單孔爆破試驗，爆破情況如圖2所示，爆破漏斗示意圖如圖3所示（根據(jù)鏟裝統(tǒng)計得出爆破漏斗的總體積為189 m3），爆破塊度分析結果如表1所示。

圖2 試驗單元5（a）穿孔情況，（b）爆破情況Fig.2 Drilling and blasting results of strip：（a）drilling，（b）blasting

圖3 爆破漏斗示意圖Fig.3 Diagram of blasting crater

表1 巖石塊度及百分率Tab.1 Fragment size and percentage of rock after blasting

2.2 巖石爆破性指數(shù)計算

根據(jù)爆破漏斗體積、大塊率、小塊率、平均合格率和巖體波阻抗的大量數(shù)據(jù)，運用數(shù)理統(tǒng)計的多元回歸分析，通過計算機運算，最終求得試驗單元 5的巖石爆破性指數(shù) N［13］。

式中：V為巖石爆破漏斗體積，189 m3；K1為大塊率，16%；K2為平均合格率，75%；K3為小塊率，9%；ρs為巖石密度，2.6 kg/m3；Cp為巖石縱波聲速，6 500 m/s；e為自然對數(shù)的底，2.718 28。

以此類推，通過模量識別，結合現(xiàn)場調查，最終定出東采區(qū)112—120線2 190 m各區(qū)域巖石爆破性指數(shù)N，如表2所示。

表2 東采區(qū)巖石爆破性分級表Tab.2 Classification of rock blastabiliy in east block

3 巖石爆破性分區(qū)實例

3.1 爆破區(qū)劃分及爆破方案選擇

根據(jù)東采區(qū)各區(qū)域作業(yè)實際，按照前期巖石爆破性指數(shù)N對本區(qū)域進行爆破分區(qū)，112—118線礦石為破碎易爆區(qū)；112—116線含水砂巖區(qū)為極易爆區(qū)；116—120線東幫石英巖、白云巖為中等爆破區(qū)；118—120線礦面蓋板石為堅硬黑頁巖、片麻巖，屬難爆區(qū)域；具體分區(qū)情況如圖4所示。

圖4 東采分區(qū)示意圖Fig.4 Blasting partition sketch in east block

按照上述分區(qū)情況，晉寧磷礦充分優(yōu)化生產(chǎn)方式，降低該區(qū)域穿孔爆破成本。首先針對極易爆破區(qū)域，采用以大功率挖掘機為主，推土機、破碎錘為輔的作業(yè)方式，對東采區(qū)巖層硬度系數(shù)相對較小的區(qū)域直接進行剝離；剩余需爆破區(qū)域根據(jù)穿孔爆破情況不斷優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，最終形成3 m×5 m、3.5 m×8 m、3 m×7 m、4 m×9 m等多種孔網(wǎng)參數(shù)（排距×孔距），并結合生產(chǎn)需要做5 m、10 m、15 m等不同深度的穿孔設計。

3.2 穿孔工藝控制

1）穿孔場地松渣技術要求：表面覆蓋巖渣平均厚度不超過0.5 m；穿孔臺階邊緣安全土擋必須滿足最外一排孔的穿孔要求。

2）穿孔作業(yè)場地平整度技術要求：作業(yè)場地平整度保證鉆機能夠安全作業(yè)，炸藥車能夠順利進入場地；作業(yè)場地局部溝坎相對高差不超過0.5 m。

3）穿孔設計要求：穿孔作業(yè)場地驗收合格后，方能進行穿孔設計和施工；穿孔設計以穿孔作業(yè)場地驗收結果為依據(jù)，選取合理的孔距、排距和孔深。

4）晉寧磷礦穿孔作業(yè)參數(shù)要求如表3所示。

表3 穿孔作業(yè)參數(shù)Tab.3 Parameters of blast-hole operation

5）布孔要求：嚴格按照穿孔設計各項參數(shù)布置鉆孔；爆破技術人員在鉆孔作業(yè)現(xiàn)場設置明顯的標志牌，注明相應區(qū)域的孔距、排距和孔深等參數(shù)；鉆孔布置人員應按照標志牌上所注明的孔距、排距、孔深等參數(shù)進行布置鉆孔，使用皮尺或其他測量工具進行孔位的確定，并設置明顯的標記，便于鉆機操作工進行穿孔作業(yè)。

6）驗孔要求：穿孔作業(yè)完成后，雙方爆破技術人員對爆破區(qū)域的鉆孔進行驗收，嚴格遵守“每孔必驗”的原則；炮孔位置水平偏差不超過穿孔設計要求的±0.3 m；鉆孔深度偏差要求不超過穿孔設計的±0.5 m；沒有達到設計要求的鉆孔，須進行補孔作業(yè)，直到鉆孔成孔率達到要求（99%），方能進行爆破作業(yè)。

3.3 爆破工藝控制

1）裝藥與填塞：爆破技術人員需在炸藥到達現(xiàn)場前到達爆破施工現(xiàn)場，施工人員按要求擺放好炸藥，爆破技術人員組織裝藥；裝藥時輕拿輕放，用木棍或竹棍將炸藥捅到孔底，防止裝藥過程中讓石頭和其他物質偶然掉入孔內，阻斷炸藥，產(chǎn)生拒爆而影響爆破質量；裝藥過程中遇到孔內堵塞或者雷管折斷等現(xiàn)象應及時向現(xiàn)場爆破技術員匯報并處理；裝藥中，技術員根據(jù)現(xiàn)場情況進行單孔裝藥量的調整，合理的利用炸藥，達到最佳的爆破效果；填塞長度符合設計的要求；炮孔填塞段有水時，應用粗沙或巖屑填塞，防止在填塞過程中形成泥漿或懸空，使炮孔無法填塞密實；填塞過程中應防止中繼雷管掉入孔內或導爆管被砸斷［14］。

2）爆破網(wǎng)絡：爆破技術人員按照設計要求布置合理的起爆方向和起爆順序；爆破技術人員對爆破網(wǎng)絡進行檢查，確定連接無誤，避免因網(wǎng)絡連接錯誤導致盲炮的出現(xiàn)。

3）起爆要求：起爆前，檢查起爆器是否完好正常，起爆器電池能否達到爆破所需的電壓值；連接主線前，應對導線電阻進行檢測，警戒到位后，再次測定電阻值，保證網(wǎng)絡暢通；起爆器應放到離炮區(qū)150 m以外的地方，電線長度不得小于150 m；確保警戒到位，確認安全后方能進行起爆。

4）爆后檢查：爆后由爆破技術人員先對爆破區(qū)域進行檢查，檢查完畢確認安全后，方能發(fā)出解除警戒的信號，允許其它施工人員進入爆破現(xiàn)場；炮響15 min以后才可以進入現(xiàn)場檢查；爆破技術人員進入爆破區(qū)域前首先應切斷起爆器電源；發(fā)現(xiàn)盲炮或懷疑有盲炮，應立即報告并及時處理［15］。

5）爆破質量驗收：爆破后能開挖到設計高程，根底的高度≤1 m；爆破巖堆寬度適宜，爆堆集中且有一定寬度、松散度；主爆區(qū)的爆堆高度適宜挖裝并能保證挖裝安全，爆堆前沖不能過大。檢查爆堆是否穩(wěn)定，有無危坡、危石，根據(jù)實際情況并現(xiàn)場進行處理；飛石距離滿足設計要求；爆堆開挖后，爆區(qū)內無高于2 m的隔墻出現(xiàn)。

3.4 爆破效果

晉寧礦東采區(qū)采場底部自2015年實施爆破性分區(qū)以來，一定程度上解決了穿孔、爆破量大，同時也緩解了生產(chǎn)成本壓力大的問題。據(jù)統(tǒng)計，東采區(qū)2015年上半年共完成爆破970 567.8 m3，完成剝離1 293 277.6 m3，爆破與剝離比由計劃的88%降低至75%，節(jié)約爆破費用809 105元。

另一方面，通過實施爆破分區(qū)，特別是東幫臨近邊坡的光面爆破的實施，有效改善采場形象。

4 結 語

巖石爆破性分區(qū)的研究利用，有效解決了晉寧磷礦東采區(qū)爆破量占剝離量的比例過高的問題，實踐證明，爆破性分區(qū)方法科學、實用，一定程度上可降低礦山穿孔爆破費用。

同時，爆破分區(qū)的成功實施必須具備以下條件：合理的分區(qū)指標選?。欢喾N孔網(wǎng)參數(shù)的研究；嚴格的穿孔、爆破工藝控制。