乌努格吐山铜钼露天矿爆破技术优化设计.pdf

煤炭工程 2 0 1 3年第 2期 乌努格吐山铜钼露天矿爆破技术优化设计 李启军 ，王泽军 ，王 维 1 ．中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 满洲里0 2 1 4 0 0 ； 2 ．中国黄金集团湖北三鑫金铜股份有限公司，湖北 黄石4 3 5 0 0 0 摘要乌努格吐山铜钼矿 台阶爆破存在 大块率高、根底、岩墙等问题 ，严重影响铲装效 率，增加生产成本 ；在矿石 区块度过大，易造成选矿厂粗碎站堵仓 ，增加旋 回破碎机的故障率， 严重时甚至会造成停产。基于上述情况，采矿厂进行了爆破参数方案设计 ，划分 出了难爆 区域和 中等区域 ，采用新材料 、新技术、新方法实现 了逐孔起爆技术，取得 了很好的爆破效果。 关键词深孔爆破 ；装药结构；大块率；间隔器 中图分类号T D 2 3 5 ． 4 文献标识码B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 f 2 0 1 3 0 2 _ 0 2 6 _ 1 3 露天矿爆破质量 是影 响矿 山效 益 的重 要 因素 ，爆 破效 果的优劣直接影响着作业过程的装载、运输和粗碎等后续 工序的效率及生产总成本。乌努格吐山铜钼矿建矿时间短， 爆破经验不足，采矿场外委施工单位爆破技术水平落后， 工人素质参差不齐，造成深孔台阶爆破存在大块率高和根 底、岩墙等问题，严重影响了铲装效率，增加生产成本， 具体表现在①爆堆大块率偏高，未达到公司采矿厂规定 的0 ． 5一l m大块率小于5 ％、l m以上大块小于3块／ 万 t 的 要求；②局部经常出现根底 、岩墙，严重影响铲装效率， 且造成二次爆破管理上的麻烦和生产成本的增加；③受岩 石地质条件的影响，采场内不同区域爆破效果变化很大， 不同孑 L 径的钻机在不同地质条件下的爆破效果存在 明显差 异，特别是一些难爆破区域爆破效果不理想；④因岩石节 理发育及前一爆区爆破的后冲作用，造成采矿场台阶作业 面工作线不平整，以及后续爆破底盘抵抗线过大、前排存 在大块等问题。 1 地质 概况 乌努格吐山铜钼矿矿床属于受火山机构控制的陆相次 火山斑岩型铜钼矿床。矿床矿体均匀分布于强烈硅化、绢 云母化或石英一钾化的蚀变岩石中，矿体与顶底板岩石物 理性质基本一致。矿体围岩主要有三种岩性，黑云母花岗 岩、流纹质晶屑凝灰熔岩，次斜长花岗斑岩。矿岩普遍含 硅质较高，硬度系数在 81 0之间，具有硬脆特点。北矿 段矿岩虽然易碎裂，节理裂隙发育，但岩石稳定性较高 ， 工程地质条件良好。 根据矿山的地质条件和几年来的爆破经验总结，将该 矿分为难爆区域和中等区域。难爆区域岩性主要为黑云母 花岗岩，节理裂隙不发育，岩石完整 ，蚀变类型为石英～ 26 绢云母一水白云母化 ，岩石硬度系数在 8 ～1 0 ，坚硬 ；中等 区域岩性主要为次斜长花岗斑岩、次英安质角砾熔岩及流 纹质晶屑凝灰熔岩，节理裂隙较发育，岩石较完整，岩石 硬度系数6 8 ，较坚硬。爆区台阶高度 1 5 m，工作台阶坡 面角 6 5 。 一 7 0 。 ，爆区长度 6 01 0 0 m，爆区宽度2 0～ 4 0 m。 2爆破设计方案 2 ． I 爆破 器材 雷管采用奥瑞凯高精度毫秒延期导爆管雷管，误差小于 延期时间的2 ％，可与起爆弹配合使用。炸药主要采用易普 力混装乳化炸药，在现场直接混制，泵送入孔，利用空气间 隔器来进行间隔装药，间隔器可以承受0 ． 4 MP a的压力。 2 ． 2 爆破参数 1 钻机及钻孔直径。依据矿山初步设计 ，采用矿山现 有的钻孔设备 K Q 1 5 0潜孔 钻机，钻孔直 径为 1 6 5 m m； Y Z一3 5 C 牙轮钻机 ，钻孔直径为 2 5 0 m m；C M3 5 1潜孔钻机 ， 钻孔直径为 1 4 0 m m。 2 炸药单耗。炸药单耗的确定是深孔台阶爆破的主要 参数之一。L a n g e 公式指出，岩石台阶爆破所需装药量 可视为爆破结果 的各种变 量的一 个函数 ，写成 最小抵 抗线 的幂函数为Qk k ， k 。由于影响单位耗药 量的因素很多，如抵抗线 、抛掷系数、地质条件、周围 环境、爆堆形状、破碎块度等，因而确定正确的 k值也是 很困难 ，其变化的范围也较大。一般情况下可根据岩石的 坚固性、炸药的种类、施工技术和 自由面的数量等综合因 素来确定，或按经验公式及工程类比法来选取。结合该矿 实际，在难爆区炸药单耗确定为 0 ． 6～ 0 ． 6 5 k g ／ m ’ ，中等区 域炸药单耗确定为0 ． 5 5 0 ． 6 k m 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 71 1 作者简介李启军 1 9 6 4一 ，男，山东蓬莱人，高级采矿工程师，曾任扎赉诺尔矿务局灵泉露天煤矿副矿长兼总调度 长、呼伦贝尔市东明矿业有限公司矿长，现任中国黄金集团内蒙古矿业有限公司采矿厂厂长。 2 0 1 3年第 2期 煤炭工程 3 超深 △ 。超深 A h值主要由岩层情况与抵抗线 值而定，一般取 A h 0 ． 10 ． 2 5 ，难爆根底取A h 0 ． 2 5 0 ． 3 ，在使用多排微差爆破时，最后几排的 A h 值要稍加大。台阶高度对超深影响较小。在一定高度范围 内，超深 A h一般可保持不变。该矿 qb l 4 0 m m、qb 1 6 5 m m孔 径超深取 1 ． 5 m； 2 5 0 mm孔径超深 取 2 m。 4 堵塞长度。良好的堵塞可以减少飞石 ，延长孔内爆 炸气体作用时间，提高炸药能量利用率，加强破碎效果。 目前对于炮孔填塞长度 一般是用孔径、孔深和最小抵抗 线或岩性来表达的，可采用经验式 L 2 02 5 D或 L O ． 8一1 ． 0 进行相应的设计计算 。 5 底盘抵抗线 。采用过大的底盘抵抗线会造成根 底多，大块率高，后冲作用大；过小不仅浪费炸药还易产 生飞石危害。根据爆破时间经验，底盘抵抗线与台阶高度 日之间存在如下关系 0 ． 6～ 0 ． 9 口。 6 孔排距。孑 L 排距由公式 om 6和 b 0 ． 6～1 ． 0 计算可得，其中，o为孔距 ；b为排距；m为炮孔密集系 数，结合我国露天矿山经验数据，m一般取0 ． 9～1 ． 2 。 7 间隔装药参数。按空气柱所在位置 ，空气间隔装药 可分为中间间隔、底部间隔、顶部间隔、径 向间隔。空 气间隔装药爆破机理认为可以降低应力波峰值压力，减少 因岩石粉碎破坏所消耗的炸药能量；延长爆生气体作用时 间；爆炸气体形成的压力波和来 自炮孔底部反射波相互作 用 ，使裂隙得到进一步扩展。根据国内露天矿山工程经验， 空气间隔一般装在药柱 3 5 ％ 一 4 5 ％处。 8 逐孔起爆间隔时间确定。逐孔起爆技术是国外兴起 的一种新型爆破技术，在国外矿山深孔台阶爆破中已被广 泛采用 ，而我 国除几个大型露天矿外 几乎还未涉 及该领域 。 其炮孔的起爆不是传统意义上的逐排，而是相邻炮孔按照 一 定的时间间隔依次起爆，同时相邻排之间也以另一时间 间隔依次起爆。这样每个炮孔至少拥有了 3个 自由面，在 同等炸药单耗的情况下爆破效果更好。 在延期时间确定方法上，经实践验证，澳大利亚矿山 的经验较为适合我国的实际情况。统计结果表 明，地表延 期时间分布与爆破效果的关系大致服从正态分布，理论给 出的不是一个绝对的数值，而是一个倾 向于最佳爆破效果 的时间区间，经验表明，孔间延期时间为 38 m s ／ m，排间 延期 时间为 8～1 5 m s ／ m，其爆破效果较 为理想 。 通过爆破参数优化试验，最终得出了难爆 区域和中等 区域的台阶爆破参数。其中，难爆区域台阶爆破参数见表 1 ，中等区域适当增加了孔网参数 排距增加 0 ． 5 m 。 2 ． 3 装药结构 为使空气间隔不耦合装药，保证间隔段的爆破效果 ， 装药结构采用奇、偶排空气间隔段交错布置，装药结构图 如 图 1 3所示 。 乳化炸药密度按 1 ． 1 5 g ／ e m 计算 ，并考虑到扩孔因素 得出K Q 1 5 0潜孔钻机 1 6 5 mm孔径，线装药密度取 Q ， 2 7 k g ／ m； C M 3 5 1 潜孔钻机 q b l 4 0 mm孔径 ，取 Q L2 0 k g ／ m； 对于牙轮钻机 2 5 0 m m孔径 ，取 Q 6 3 k g ／ m。 孔内采用空气间隔器 ，奇偶排落差装药技术节省了炸 药单耗，降低了中部块度。空气间隔器可以承受0 ． 4 MP a的 能量冲击，增加了应力波的传播时间，加强了岩石破碎， 杜绝 了根底 的出现 。 表 1 难爆区域各孔径台阶参数设计 一 导爆管雷管 ；l ／ ／ ／ ／ 堵 塞 炸药 起爆弹 空气间 ‘ 炸药 ， i 一 起 爆 弹 奇数排 偶数排 图 1 1 4 0 m m C M 3 5 1潜孑 L 钻机装药结构 图 r f 1 一亓 荣耳 亩 目 ， l ， ／ ／ ／ ／ l 堵 塞 炸 药 起 爆 弹 i 空 气 间 炸药 ； l_ l 起爆弹 日由E il ， ／ ／ ， ／ 堵 塞 炸药 起爆弹 。_ l 空 气 间 炸 药 l 起 爆 弹 奇数排 偶数排 图 2 d P 1 6 5 m mK Q l 0潜孔钻 机装药结构 m 2 7 煤炭工程 2 0 1 3年第2期 一 导爆管雷萑 l ／ ／／ ／ 堵 塞 起爆弹 炸药 空气问} i 炸 药 起 爆 弹 日由日 童 ／／／／ 堵塞 起爆弹 炸药 空气间5 L I 炸 药 起 爆 弹 奇数排 偶数排 图3 2 5 0 m m Y Z一3 5 C牙轮钻机装药结构图 m 2 ． 4起爆 方式 采用奥瑞凯高精度毫秒延 期导爆管雷管实现 了逐孔起 爆 技术 ，先爆孔 为后 爆孔多创 造 一 个自由面，爆破后相邻孔之 间碰撞挤压 ，加强 了岩石 的二 次破碎；同段起爆药量为单孔 药量，很好 地控制 了爆破 震 动 。 针对爆破后冲过大造成后 排工作线不齐及台阶面裂隙率 一 导爆 管雷管 ／ ’ E ／／ ／ ／ 堵塞 炸药 起爆弹 空气间 炸药 n J m 1 _ ● 起爆弹 _ 空气间阵 l 炸 药 n 起 爆 弹 高 的 问 题，爆 破 组 采 用 图4 中1 4 0 m m C M3 5 1潜孔 d P l 4 O mm C M 3 5 1潜孔钻机钻孔 钻机缓冲孔装药结构图 m 试验了缓冲孔爆破 ，装药采取 双空气间隔装药，有效解决了这一问题 ，缓冲孔装药结构 如图4所示。增加缓冲孔的方法解决 了后冲过大 的问题 ， 但是成本却很高。 为了解决后冲过大的问题但 同时又不增加爆破费用， 爆破组经过研究决定最后一排孔用 l O O ms 延期雷管来代替 以往的6 5 ms 延期雷管，通过增加延期时间来减小后冲。通 过长时间的爆破实践证明，这种方法基本上解决了后冲过 大的问题。l O O m s延期雷管和 6 5 ms 延期雷管价格是一样 的，零投入但达到了预期的效果 ，大大节省了爆破成本。 常用的起爆方式为斜线型起爆和 V型起爆 ，其起爆方式网 络联线图分别如图5 、图6所示，主控排与延行列传爆方向 大于 9 O 。 ，很好地保证 了松散度 ，易铲装，提高 了铲装 效率 。 图 5 斜线型起爆方式网络联线图 图 6 V型起爆方式网络联线 图 题 ，提高了选矿厂粗碎站的供矿效率，减少了粗碎站故障 率 。预计每年节省费用为 2 6 1 1 万元。按照矿 山服务年限 3 3 a 来计算创造的效益为 1 9 ． 6亿元，节省的费用为 8 ． 6 1 亿元。 4结语 奥瑞凯高精度毫秒延期雷管的使用实现了逐孔起爆；间 隔器的使用节省了炸药单耗；最后一排孔增加延期时间的方 法基本解决了后 冲过大的 问题 ；合理 的联 线方式 V型和斜 线型 很好地保证了松散度；通过上述新材料、新技术、新 方法的应用降低了爆破成本，取得了很好的爆破效果。 参考文献 [ 1 ] 李夕兵．凿岩爆破 工程手册 [ M] ．北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 3 效果分析 [ 3 ] [ 4 ] 1 通过爆破参数优化和新材料、新技术、新方法的应 用，日均减少供矿时间4 h ，预计每年减少供矿时间 1 3 2 0 h 。 『 5 1 大块率降低，电铲效率提高 2 0 ％，在相同时间内可以增加 2 0 ％的产量。三台挖掘机提前 4 h停止供矿用来剥离，预计 [ 6 ] 每年为公司多创造效益5 9 2 9万元。 2 通过爆破参数优化，彻底解决了矿石爆破的大块问 2 8 王玉 杰．爆 破 工 程 [ M] ．武 汉 武 汉 理 工大 学 出 版社 ， 2 0 o 7 ． 王青．采矿学 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 5 ． 李保详 ．金属矿床露天开采 [ M] ．北京 冶金工业出版社 ， l 9 9 0 ． 焦玉书．金属矿 山露天开采 [ M] ．北京 冶金工业 出版社 ， 1 98 9． 陈 国山．露 天 采矿 技 术 [ M] ． 北京 冶金 工 业 出版 社 ， 2 o o8 ． 责任编辑张宝优