新桥硫铁矿凿岩爆破参数优化试验研究.pdf

第2 6 卷第3 期 爆破 V 0 1 ．2 6N o ．3 2 0 0 9 年9 月 B L A S T I N G S e p ．2 0 0 9 1 _ ●_ _ ■_ _ ●■●■■■●●_ _ _ _ _ _ ■●■●_ ●■_ _ ●■■■_ _ ●■■■_ _ _ _ ■■■■■■_ _ ■_ _ ●_ _ _ ■■■■■●■■■■■■●■_ _ _ ●●●●●■_ ■■■●■■■■●■●■_ _ ●■●_ ●■■■■■■■■●■■●●■●■_ ●●■■●■●● 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 0 9 0 3 0 0 0 1 0 5 新桥硫铁矿凿岩爆破参数优化试验研究宰 张钦礼1 ，郑晶晶1 ，张德明1 ，史良贵2 ，王新民1 1 ．中南大学资源与安全工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 ．新桥矿业有限公司，铜陵2 4 4 1 3 2 摘要为优化新桥硫铁矿的凿岩爆破参数及爆破工艺，开展了系列单孔爆破漏斗试验。根据爆破漏斗试 验的结果，选择不同凿岩参数，在新桥硫铁矿W 5 2 3 和W 5 2 5 采场进行了现场工业试验。利用B P 神经网络对 工业试验结果进行优选，以得到更为合理的爆破参数。综合分析，最终推荐矿山凿岩爆破参数为炮孔排拒 最小抵抗线 1 ．1m ，炮孔间距1 ．3m ，炸药总单耗0 ．4 5 67k g ／t 。实际应用表明，选择的凿岩爆破参数合理。 极大地降低了生产成本。 关键词爆破漏斗；凿岩爆破；参数优化；B P 神经网络 中图分类号T I Y 2 3 5 ．1文献标识码A T e s tR e s e a r c ho nD r i l l i n ga n dB l a s t i n gP a r a m e t e r s O p t i m i z a t i o ni nX i n q i a oP y r i t eM i n e Z H A N GQ i n ～l i ，Z H E N GJ i n g - j i n 9 1 ，Z H A N GD e m i n 9 1 ，S H IL i a n g ．g u i 2 。W A N G 瓜，I ．m i n l I ．S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．X i n q i a oM i n i n gC o m p a n yL i m i t e d ，T o n g l i n g2 4 4 1 3 2 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt Oo p t i m i z eb l a s t i n gp a r a m e t e r sa n dt e c h n o l o g i e si nX i n q i a oP y r i t eM i n e ，as e r i e so fs i n g l e h o l eb l a s t i n gc r a t e rt e s lw e r ec a r r i e do u t ．B a s e do nt h er e s u l t so fc r a t e rt e s t ．t h ei n d u s t r i a le x p e r i m e n t sw e r ea l s oc a r - t i e do u ti nW 5 2 3a n dW 5 2 5s t o p eo fX i n q i a oP y r i t eM i n ef o rc h o o s i n gd i f f e r e n td r i l l i n gp a r a m e t e r s ．B yu s i n gB Pn e u r a ln e t w o r k ，t h ei n d u s t r i a lt e s tr e s u l t sw e r eo p t i m i z e dt oo b t a i nm o r er e a s o n a b l eb l a s t i n gp a r a m e t e r s ．D r i l l i n ga n db i a s - r i n gp a r a m e t e r sw e r eu l t i m a t e l yr e c o m m e n d e dt h r o u g ha n a l y z i n ga sf o l l o w s r o w - s p a c eo fh o l e si s1 ．1m ，i n t e r v a lo f h o l e si s1 ．3ma n dt h es u mo fu n i te x p l e s i v ec o n s u m p t i o ni s0 ．4 5 67k g ／t ．T h ea c t u a la p p l i c a t i o ns h o w st h a tt h es e l e c t i o no ft h ed r i l l i n ga n db l a s t i n gp a r a m e t e r sa r er e a s o n a b l ea n dt h ep r o d u c t i o nc o s tw a sg r e a t l yr e d u c e d ． K e yw o r d s b l a s t i n gc r a t e r ；d r i l l i n ga n db l a s t i n g ；p a r a m e t e r so p t i m i z e d ；b a c k - p r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k 0 引言 新桥硫铁矿是一个以硫为主的多金属矿山，矿 山原来采用普通凿岩机凿岩、电耙出矿的两步回采 嗣后充填法进行采矿。为提高生产效率，矿山先后 采用引进B O O M E R 2 8 1 型液压凿岩台车，D C Y - 1 ．5 收稿日期2 0 0 9 0 l 一0 6 作者简介张钦礼 1 9 6 4 一 。男，教授，博导，从事安全技术及采矿技 术等方面的研究．E m a i l z h e n g q i n l i c n 1 2 6 ．c o n l 。 通讯作者郑晶晶 1 9 8 5 一 。男，研究生，E m a i l j j 8 7 2 5 1 6 3 ．c o n l o 基金项目国家科技支撑计划课题 2 0 0 6 B A l t 0 2 A 0 3 ；2 0 0 8 年度中南 大学米塔尔创新资助项目 0 8 M X l 6 电动铲运机等大型无轨设备，采矿方法变更为机械 化上向水平分层充填法引。采用上向水平分层充 填采矿法后，由于没有进行凿岩爆破参数的研究，采 场爆破仍然沿用过去的爆破参数，导致炮孔直径与 药卷直径不配套，孔网参数不合理，大块率与炸药单 位消耗量高。因此，为降低矿山生产成本，有必要进 行凿岩爆破参数的优化研究．5 】。 爆破漏斗试验可以用来确定比较合理的凿岩爆 破参数旧引。通过一系列的爆破漏斗试验。得到了优 化爆破参数。根据试验结果，选择不同的凿岩参数， 在新桥硫铁矿W 5 2 3 和W 5 2 5 矿柱采场进行工业试 万方数据 2爆破 2 0 0 9 年9 月 验，获取了更多的爆破试验数据，为矿山凿岩爆破参 数的合理选择提供参考。 1 爆破漏斗试验 爆破漏斗试验选择在一采场凿岩巷道内，试验 主要内容与参数为矿石为块状黄铁矿，垂直巷道边 壁水平布置试验炮孔；凿岩设备，炸药 西3 2m m 乳 化炸药 及起爆方式与新桥矿生产实际所用参数相 同；炮泥为黄泥自行加工而成；试验中大块尺寸定义 为 2 0 0m m ；为防止炮孔间相互影响，试验炮孑L 间 距大于3m 。爆破漏斗试验结果汇总于表1 ，以爆破 漏斗体积y 和大块率尺为考核指标，可得到如图l 所示的爆破漏斗特性曲线。 表1 爆破漏斗试验结果 T a b l e1R 皓l l l t so fb l a s t i n gc r a t e rt e s t 2 5 堡2 0 羹1 5 - K5 O ．3 5 0 ．3 0 O ．2 5 0 ．2 0 O ．1 5 O ．1 0 O ．0 5 O 00 ．20 ．40 ．60 ．81 ．0 药包中心埋深L ／m 大块率 爆破漏斗体积 图1 爆破漏斗特性曲线 F i g ．1 C h a r a c t e r i s t i cc u r v eo fb l a s t i n gc r a t e r 翟 醛 蛙 开 赌 镪 璇 分析表1 试验数据和图1 的爆破漏斗特性曲线 可知临界埋深L l O ．8 8m ；最优埋深L 2 0 ．4 6m ； 最佳深度比△ L 2 ／L l O ．5 2 3 。I 临界埋深L l 与炮孔 装药量Q 之间的关系如下式 E 丽Z 1 1 式中，E 为岩石变形能系数，n ∥k g V 3 。将试验得到的 相关数据代入式f 1 ，计算得出新桥矿岩的变形能系 数为1 ．0 1 1m ／k g ∥3 。实际爆破设计中，将 1 式变形 可得到最优埋深厶 即最小抵抗线形 的计算式 L 2 W △E √Q 2 将△ 0 ．5 1 2 ，E 0 ．9 4 3 代人式 2 ，可得式 形 L 2 0 ．5 2 9 √Q 3 新桥硫铁矿凿岩爆破采用咖3 2m m 乳化炸药， 每个炮孔装填2 0 个药卷 单卷质量1 5 0g ，则单孔 装药量为3k g 。那么由式 3 可得最优抵抗线形 0 ．7 6m ，而炮孔间距口一般取 1 一1 ．5 形，即0 ．7 6 一1 ．1 41 7 1 ；炮孔排距一般取形，即0 ．7 6m 。 2 爆破参数优化工业试验 由爆破漏斗试验得到的爆破参数为最优抵抗 线 排拒 为O ．7 6m ，炮孔间距为0 ．7 6 1 ．1 4m 。 为进一步优化爆破参数，在现场进行了工业试验。 试验地点选择在新桥矿W 5 2 3 和W 5 2 5 矿柱采场，爆 破采用击3 2m i l l 乳化炸药，炮孔深度4 ．0n l ，直径4 8 m m ，炮孔水平布置。为减少现场试验工作量，根据 爆破漏斗试验确定的炮孑L 孔网参数，利用正交试验 方法进行。 2 ．1 爆破参数优化控制指标 凿眼爆破参数优化研究控制指标包括每米炮孑L 崩矿量 L ／m 、单位炸药消耗量 k r J m 3 或k g ／t 和大 块率 ％ 1 每米炮孔崩矿量，每循环崩落矿石量和炮孔 总长度的比值； 2 单位炸药消耗量，每循环装药量与崩落矿石 量的比值； 3 大块率，该指标可以通过每循环崩落矿石中 大块 最大几何尺寸大于或等于6 0 0l l l m 矿石所占 的比值来计算。估算方法包括称重法 计算大块矿 石重量 、计数法 大块矿石数目和体积或重量 、网 格法 在崩落矿堆上铺设网格进行计数 和照相法 通过对崩落矿石的平面照片，计算大块在整个矿 堆平面中所占的比例 。由于照相法具有操作简 万方数据 第2 6 卷第3 期张钦礼，郑晶晶，张德明，等新桥硫铁矿凿岩爆破参数优化试验研究 单、在多次重复的条件下精度较高等优点，在大块率 统计中被广泛应用，本次研究大块率统计即采用该 方法。 指标中，每米炮孔崩矿量 Y 。 与单位炸药消耗 量 Y 。 是紧密关联的。而大块率与每米炮孑L 崩矿 量或单位炸药消耗量是相互矛盾的。一般而言，孔 网参数越大，每米炮孑L 崩矿量就越大 或单位炸药 消耗量就越低 ，而大块率就越高，反之亦然。因 此，在确定最优爆破参数时，必须综合考虑大块率与 每米炮孑L 崩矿量或单位炸药消耗量，制定一个综合 控制指标。为了满足放矿、运输对矿石块度的要求， 必须对大块进行二次破碎，大块率与二次炸药单耗 密切相关p - 1 0 】。如果能够找到大块率与二次炸药单 耗的统计关系，则可以将所测定的大块率转换成二 次炸药单耗。 表2 和图2 为国内部分矿山大块率 ，。 与二次 炸药单耗 ，，。 的关系。河北铜矿二次炸药单耗明 显高于其它矿山，如果将其作为特例剔除，则大块率 与二次炸药单耗之间可近似用以下线形关系 相关 系数0 ．8 4 描述 Y 。． 一0 ．0 1 0 ．0 1 y d 0 ．0 1 Y d 一1 4 根据式 4 ，将大块率换算成二次炸药单耗，与 一次炸药单耗相加得出单位炸药总消耗量 ，，。 ，可 作为评价爆破参数优劣的综合控制指标。 表2 部分矿山大块率与二次炸药单耗之间的关系表 T a b l e 2 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea g g l o m e r a t er a t ea n d t h es e c o n du n i te x p l o s i v ec o n s u m p t i o ni ns o m em i n e s 序号矿山貅嚣二岁踅篇凡z 1 桃林铅锌矿 l4 ．2 ．0 ．2 0 2 大长长坡矿 2 5 ．00 ．3 3 3 易门狮子山 2 7 ．50 ．2 5 4 河北铜矿 2 5 ．00 ．7 0 5中条山胡家峪 2 1 ．50 ．1 7 6 中条山篦子沟 2 7 ．50 ．2 0 7 凤凰山矿 2 0 ．00 ．1 5 8 向山硫铁矿8 ．5 0 ．0 2 9 大庙铁矿 5 ．0 0 ．0 3 1 0 镜铁山铁矿 1 7 ．50 ．1 0 1 1 符山铁矿 5 ．00 ．0 8 1 2易门风山矿 9 ．00 ．0 6 2 ．2 正交试验方案设计 由于爆破参数主要为最小抵抗线 排拒 形和 孔间距n ，因此选用可以安排二因素、三水平试验的 L 9 3 4 正交表。参考矿山实际爆破参数和爆破漏斗 试验推荐的凿岩爆破参数取值范围，二因素三水平 取值如表3 所示。 产 ． ∞ 邑 f 耀 番 糯 蟥 大块率y ．，％ 图2 部分矿山大块率与二次炸药单耗之间的关系图 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea g g l o m e r a t er a t ea n dt h e s e c o n du n i te x p l o s i v ec o n s u m p t i o ni ns o m em i n e s 表3 试验因素与水平 T a b l e3F a c t o r sa n dl e v e l si nt e s t 总共安排9 个循环，爆破分为周边控制爆破和 中间普通爆破，普通爆破参数按照表3 所示水平选 取，周边爆破炮孔距每循环回采边界0 ．3m ，孔间距 0 ．7 5m 。根据炮孑L 间距设计，不同采场宽度对应每 排炮孔个数如表4 所示。实际操作过程中，可根据 要求的每排炮孑L 个数和凿岩条件，灵活掌握炮孔布 置位置。 表4 不同采场中每排炮孔的布置个数 T a b l e 4T h en u m b e ro fb l a s t ．h o l e si nar o w i nd i f f e r e n ts t o p e s 2 ．3 试验结果 按照试验设计安排，在采场利用凿岩台车钻凿 炮孑L 并装药起爆，爆破后经足够时间的通风，进入采 场测定崩落矿量，进行矿堆拍照，拍照时用标尺标明 参照比例，然后计算大块率。按式 4 将大块率换 算成二次炸药单耗，与一次单位炸药消耗量相加，作 为爆破参数优化的评价指标，最后得到的结果如表 万方数据 4 爆破2 0 0 9 年9 月 5 既示c 表5 爆破参数工业试验结果 T a b l e 5B l a s t i n gp a r a m e t e rr e s u l t si ni n d u s t r i a lt e s t 3 B P 神经网络优选分析 组合，以此为预测、优选样本进行搜索 结果见表6 。 B P 神经网络具有很强的多层次、非线性映射能 力，能较好地解决少数据、贫信息、不确定性问题，已 经在模式识别、系统辨识和优化等方面有广泛的应 用卜12 I ，可以用以进行爆破参数正交试验最优结果 的预测。 以炮孔间距口和最小抵抗线形为输入因子，总 炸药单耗，，。为输出因子，建立结构为2 - 5 一l 的B P 神 经网络模型。模型的输入层有2 个神经元，中间层 有5 个神经元，中间层神经元的传递函数为．s 型正 切函数t a ns i g ，输出层神经元的传递函数为S 型对 数函数l o gs 培。将表5 中9 组数据作为神经网络的 学习样本，利用训练好的网络来搜索总炸药消耗量， 训练误差和预测误差曲线分别如图3 和图4 所示。 一 。 三 工 { o o D j 二 l ∞ 墨 ‘暑 薯 ■～＼ 012345678 8 E p o c h s 图3 训练误差曲线图 F i g ．3 T r a i n i n ge r r o rc u r v eo fB Pn e t w o r k 为了搜索出最优的凿岩爆破参数，将炮孔间距 进一步细分为0 ．9 0 、1 ．0 0 、1 ．1 0 、1 ．2 0 、1 ．3 0 共5 个 水平，最小抵抗线 排距 进一步细分为0 ．7 0 、0 ．8 0 、 0 ．9 0 、1 ．0 0 、1 ．1 0 、1 ．2 0 、1 ．3 0 共7 个水平，总计3 5 种 ● l _ ● b O 邑 蚓 蜒 遐 糯 世 确 图4 预测误差曲线图 F i g ．4 P r e d i c t i o ne r r o rc u r v eo fB Pn e t w o r k 表6 总炸药单耗量的B P 神经网络搜索结果 T a b l e 6S e a r c hr e s u l to ft o t a le x p l o s i v eu n i tc o n s u m p t i o n i nB Pn e u r a ln e t w o r k 根据表中预测搜索结果，发现当最小抵抗线 排距 为1 ．2m 、孔间距为0 ．9r n 时，炸药总单耗最 小为0 ．4 0 24k g ／t 。然而，综合考虑水平孔抵抗线不 宜过长及凿岩爆破工程量不宜太大等因素，最终推 荐新桥矿水平孔凿岩参数为最小抵抗线 排距 坩 ” ” ” ” 万方数据 第2 6 卷第3 期张钦礼，郑晶晶，张德明，等新桥硫铁矿凿岩爆破参数优化试验研究 5 1 ．Im 、孔间距1 ．3m 。 4 结论 1 通过爆破漏斗试验和正交试验，进行了凿岩 爆破参数最优化研究；提出将大块率折算为二次炸 药消耗量，与一次炸药消耗量合并，得出单位炸药总 消耗量，以作为评价爆破参数优劣的控制指标。 2 利用B P 神经网络对工业试验结果进行预测 优选分析，发现当最小抵抗线 排距 为1 ．2m 、孔间 距为0 ．9m 时，炸药总单耗最小为0 ．4 0 24k g ／t 。结 合凿岩爆破工程实际情况，最终推荐新桥硫铁矿的 凿岩爆破参数为最小抵抗线 排距 1 ．1m ，炮孔间 距1 ．3I T I 。 3 所推荐的凿岩爆破参数已成功应用于新桥 硫铁矿，爆破效果理想，取得了良好的经济效益。 参考文献 张钦礼，王新民，朱永刚，等．大型机械化高硫尾砂充 填采矿综合技术研究[ R ] ．长沙中南大学，2 0 0 7 ． Z H A N GQ i n l i ，W A N GX i n - 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b o ，F A NX i a o f e n g ，L IZ h e n g ，e ta 1 ．S t u d y o fP a r a m e t e r so fL a r g eD i a m e t e rD e e pH o l eB l a s t i n gb a s e d o nB l a s t i n gC r a t e rT e a t [ J ] ．M i n i n ga n dM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，2 6 2 9 1 3 ． i nC h i n e s e 于宝新．齐大山铁矿爆破优化试验研究[ J ] ．金属矿 山，2 0 0 7 5 3 5 ．3 7 ． Y UB a o ．x i n ．T e s tR e s e a r c ho nB l a s t i n gO p t i m i z a t i o ni n q i d a s h a nI r o nM i n e [ J ] ．M E T A LM I N E ，2 0 0 7 5 3 5 ．3 7 ． i nC h i n e s e [ 6 ] 刘泽，朱川曲，谢东海，等．小断面硬岩巷道爆破参 数优化设计与实践[ J ] ．采矿与安全工程学报，2 0 0 7 ， 2 4 1 7 0 - 7 3 ． [ 6 ] L I UZ e ，Z H UC h u a n - q u ，X I ED o n g - h a l ，e ta 1 ．O p t i m i z e d D e s i g na n dP r a c t i c eo fB l a s t i n gP a r a m e t e r sf o rH a r dR o c k R o a d w a yw i t hs m a l lC r o s s - 眈m 3 t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fM i n i n g a n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 ，2 4 1 7 0 - 7 3 ． i nC l l i n e 8 e [ 7 ]于亚伦．工程爆破理论与技术[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 4 ． [ 7 ] Y uY a l u n ．T h e o r ya n dT e c h n o l o g yo fE n g i n e e r i n gB i a s - 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2 5 6 ． i nC h i n e s e [ 1 1 ] 郑晶晶，张钦礼，王新民，等．基于B P 神经网络的充 填钻孔使用寿命预测[ J ] ．湘潭师范学院学报 自然 科学版 ，2 0 0 8 ，3 0 4 4 0 埘． [ 1 1 ] Z H E N GJ i n g - j i n g ，Z H A N GQ i n l i ，W A N GX i n - r a i n ，e t a 1 ．T h eP r e d i c t i o no fB a c k f i l l i n gD r i l l h o l e ’8L i f eb a s e d o nB PN e u t r a lN e t w o r k s [ J ] ．J o u r n a lo fX i a n g t a nN o r m a l U n i v e r s i t y N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n ，2 0 0 8 ，3 0 4 4 0 埘． i nC l l i n 鹤e [ 1 2 ] 郑长青，陈庆寿，徐海波，等．基于神经网络的台阶爆 破参数优化设计[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，2 5 3 2 2 - 2 4 ． [ 1 2 ] Z H E N CC h a n g ．q i n g ，C H E NQ i n g ．s h o u ，X UH a i ．b o ，e t 8 1 ．B e n c hB l a s t i n gD e s i g na n dO p t i m i z a t i o nB a s e do n N e u r a lN e r o r k [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 8 ，2 5 3 2 2 - 2 4 ． i n C h i n e s e 1 J 1』1J 1 J 1 J 1 J 1 j 1 J 1 J 1 J n n 心 心 口 口 p H 陋 喳 万方数据