朱杰超，蔣 培

（1.貴州貴安新聯爆破工程有限公司，貴州 貴安 550025；2.武漢科技大學，湖北 武漢 430081）

爆破是礦山開采的主要方式。爆破落礦是指通過爆破崩落礦石的作業(yè)過程，根據爆破時炮孔的深度可以分為淺孔爆破、中深孔爆破、深孔爆破三種。爆破落礦節(jié)省了開采過程中的人力投入，減少了機器的損耗，同時提高了礦山開采的效率。對于礦山來講，深孔爆破是增加礦產量、擴大后續(xù)開采規(guī)模、提高勞動生產效率的主要方式?，F階段礦山常用的深孔爆破落礦方式主要有側向崩礦、VCR法兩種。兩種方法各有其優(yōu)缺點，在不同類型的礦山開采工程中都有應用。實際使用時，不僅需要根據礦山開采工程具體情況選擇合適的爆破落礦方式，還需要結合礦山的礦物類型、礦山巖性、礦采量等詳細信息，優(yōu)化爆破落礦方式中的具體參數，得到最優(yōu)的技術指標[1]。因此，本文將以某礦山為研究對象，研究礦山深孔爆破落礦方式選擇及優(yōu)化。

1 礦山深孔爆破落礦方式選擇

1.1 礦山開采工程具體情況

本文研究對象的礦山預計開采產能為450萬噸/年。礦山整體為東西走向，礦體為傾斜礦體，傾斜角度平均為62.2°。礦體底層圍巖與礦體界限清晰，由于礦體巖性主要為片巖、變粒巖，礦體的穩(wěn)定性不一致。礦體厚度為20m～50m，因此采用深孔鑿巖爆破方式開采礦物。根據以上礦山開采工程的詳細信息，選擇合適的爆破落礦方式。

1.2 深孔爆破落礦方式對比

圖1 側向崩礦的示意圖

主要的深孔爆破落礦方式為側向崩礦、VCR法兩種。側向崩礦為在開鑿的巷道中，鉆鑿垂直于地表的爆破孔，并在礦房的一側，根據礦山開采的規(guī)模、爆破藥包等，在爆破孔中裝藥。在藥包引爆后，礦物塊崩落至采礦空間中。下圖為側向崩礦的作業(yè)示意圖。

VCR法爆破的主要特點是炮孔兩端是敞開的，要求采用堵孔，將藥包停留在預定的位置上,所以裝藥是這種爆破方法非常關鍵的作業(yè)。當球狀藥包埋置在采場頂底板之間向下部自由空間爆破，即倒置漏斗爆破，就成為VCR法球狀藥包爆破技術的主要特點。VCR法主要用于中厚以上的垂直礦體，深孔排列采用平行排列。下圖為VCR法爆破落礦的作業(yè)示意圖。

圖2 VCR法爆破落礦的示意圖

對比側向崩礦、VCR法兩種深孔爆破落礦方式，其優(yōu)缺點如下表所示[2]。

表1 兩種深孔落礦爆破方式優(yōu)缺點對比

根據本次研究對象礦山工程的具體情況，選擇VCR法開采礦山，對選定爆破落礦方式進行技術參數優(yōu)化。

2 礦山深孔爆破落礦方式參數優(yōu)化

2.1 確定孔距與最小抵抗線

孔距與最小抵抗線的大小，影響爆破效果、礦山開采成本等。炮孔的密集系數是孔距與最小抵抗線的比值，如下式所示：

公式（1）中，m為爆破孔的密集系數；p為爆破孔距，w單位為m；為最小抵抗線，單位為m。根據測試，本次礦山開采工程中，優(yōu)化后爆破孔直徑為160mm，最小抵抗線為1.8m，孔距為2m，崩落高度2.5m。確定孔距、最小抵抗線的最優(yōu)參數后，優(yōu)化崩礦步距。

2.2 優(yōu)化崩礦步距

崩礦步距影響礦石損失貧化程度，因此需要優(yōu)化崩礦步距減少礦體損失。設λ為礦山開采時的二次回采率，則二次回采率的計算公式如下式所示：

公式（2）中，V為開采的礦石體體積，單位為m3；Vf為一次開礦后，開采出的礦體體積, 單位為m3；Vh為一次開采后混入的巖石體積,單位為m3。Vf、V與Vh之間關系式如下式所示：

公式（3）中，L為崩礦步距；θ為崩礦傾斜角度；a、b、c分別為崩礦開出體的近似長半軸、短半軸、縱短半軸。根據設定的本次礦山開采工程中的單次放礦高度，可以得到優(yōu)化后的最佳崩礦步距取3.6m。計算得到最優(yōu)崩礦步距參數后，計算爆破孔的爆破時間間隔。

2.3 爆破時間間隔優(yōu)化

爆破后，礦山巷道中會產生新的自由面。因此，按照新自由面的形成時間，計算爆破時間間隔，設置理想的爆破延期間隔時間可以有效利用新自由面，充分利用爆炸能量，破碎剝離礦體，計算公式如下式所示[3]：

公式（4）中，K1為已知系數，K1的取值范圍為1.2～2；Tr為礦體巖石容重，單位為g/cm3；De為爆破藥包的爆速；Dr為爆破藥包產生的爆炸波在礦山巖體中的縱波波速，單位為m/s；S為爆破后，脫落礦體的脫離距離，本次礦采工程中，根據爆破藥包的具體參數，脫離距離大約為10mm；v為在爆破中和爆破后，脫離礦體的平均移動速度，根據脫離礦體的體積，v的取值范圍為4m/s～7.2m/s。結合本次礦采工程的具體參數，可以計算得到優(yōu)化后的爆破藥包間隔時間范圍為12.30ms～19.98ms。在實際礦山開采過程中，爆破藥包在爆破孔中的間隔時間應略大于上述計算的理論時間間隔值。完成了對深孔爆破落礦方式技術參數的優(yōu)化。

3 深孔爆破落礦方式參數優(yōu)化效果測試

本文根據礦采工程的前期規(guī)劃詳情，選擇了VCR法的爆破落礦方式。在選擇了對應的爆破落礦方式后，對影響爆破落礦效果的各項參數進行了優(yōu)化。

為驗證參數優(yōu)化方法前后對礦山開采的實際效果，本節(jié)將設計相關實驗。通過對實驗數據的分析，得出實驗結論。

3.1 測試內容

實驗為對比實驗，實驗的對比組為未經過參數優(yōu)化的VCR法爆破落礦方式，實驗組為經過上述參數優(yōu)化后的VCR法爆破落礦方式。對比實驗的對比指標為使用兩個爆破落礦方式前后，礦石的損失率、大塊礦石的產出率。通過對比以上兩個指標，評價參數優(yōu)化前后采礦效果。

在本次研究的實驗礦山內，選取兩個相同大小的開采區(qū)域，分別應用實驗組和對比組爆破落礦方式，進行采礦作業(yè)。在兩個開采區(qū)域均進行15次的爆破，統計每次爆破后的礦體開采情況。得出15次爆破落礦作業(yè)中，礦石的損失率、大塊礦石的產出率。處理并分析實驗數據，得出對應結論。

3.2 測試結果

使用兩組爆破落礦方式作業(yè)后，礦石的損失率、大塊礦石的產出率對比結果如下表所示。

表2 礦石的損失率、大塊礦石的產出率對比結果

分析上表可知，采用對比組爆破落礦方式進行作業(yè)時，采礦的損失率、產出的大塊礦石比例均高于采用實驗組爆破落礦方式。并且隨著爆破次數的增加，礦山的巖性受到數次爆破的影響，巖層之間的相互作用力不斷減小，巖層松動，導致礦石損失率不斷增加。而且隨著巖層的松動，每次爆破后的大塊礦石產出量也不斷增加。計算在本次爆破落礦作業(yè)過程中，使用實驗組和對比組爆破落礦方式的平均礦石損失率、大塊礦石的產出率，對比組的平均礦石損失率為7.54%，大塊礦石的平均產出率為28.488%；實驗組的平均礦石損失率為3.58%，大塊礦石的平均產出率為12.366%。說明相比使用對比組爆破落礦方式進行作業(yè)，使用實驗組爆破落礦方式進行采礦作業(yè)可以減少52.6%的礦石損失，降低56.6%的大塊礦石產出率。以上數據表明，經過參數優(yōu)化后的爆破落礦方式能夠實現更好的采礦效果，提升礦采質量與效率，即選取技術參數優(yōu)化后的爆破落礦方式對礦山的生產意義重大。

4 結語

現在礦山開采的過程中通常采用爆破的形式，深孔爆破落礦能夠提高礦物的產量。本文對側向崩礦、VCR法兩種深孔爆破落礦方式進行了研究，并對比兩種方式的優(yōu)缺點。結合本次研究對象礦山的具體施工信息，選取了VCR法深孔爆破落礦，同時對影響爆破落礦的技術參數進行了優(yōu)化。通過與未優(yōu)化爆破落礦方式的對比實驗，證明了參數優(yōu)化的有效性。