提高金堆城南露天爆破質量的實踐

殷延軍（金堆城鉬業股份有限公司，陜西 華縣 714102）

1 前言

南露天基建剝離工程是金堆城鉬業股份有限公司的重點工程，前期工程按計劃運行，但南露天的地質情況與北露天略有區別，北露天主要為安山玢巖，而南露天除了有安山玢巖外，還有部分的石英巖，南露天爆破中根底和大塊明顯高于北露天，除地質條件因素影響外，巖性變化引起的爆破參數選擇和施工質量控制也存在不足之處。根底和大塊的增加嚴重影響了鏟裝和運輸效率，還嚴重影響采掘作業正常推進，給生產管理和安全、文明生產帶來許多麻煩。因此，必須找出產生大塊和根底的產生原因，才能有針對性地制定相應的解決措施。

2 南露天根底和大塊率超標的原因

2.1 區域地質條件

南露天地質條件復雜，每一個新平盤的邊緣都是原始地表，巖層中常含有很多泥土夾層；石英巖與安山玢巖差異也較大，安山玢巖屬于中等偏易爆巖體，而石英巖的可爆性跨度又較大，從易爆到難爆。在沒有輔助手段的條件下無法確定爆區巖石的可爆性，因此也無法準確設計與爆區巖性最優匹配的爆破參數。這是造成南露天大塊和根底超標的主要原因。

2.2 穿孔質量

在南露天生產過程中，穿孔質量控制不嚴，孔深超欠嚴重，也是影響南露天根底和大塊的主要原因之一。

2.3 爆區幾何形狀不規整

在生產安排過程中，應使爆區總體形狀比較規整，減少后排孔爆破時的夾制作用，避免在爆區銜接部位出現差錯，造成根底、擋墻等質量問題。

2.4 車裝乳化炸藥

實際調查發現，每臺炸藥車在裝完2～5個孔后，炸藥性能才能達到最佳狀態。車裝乳化炸藥性能不穩定，造成爆破破碎效果不均，也是影響南露天根底和大塊的原因之一。

實踐表明，炸藥與被爆巖石的特性波阻抗匹配是影響爆破效果的重要因素之一。南露天地質條件復雜，巖石可爆性跨度大，石英巖的匹配系數已達1.71，而一種炸藥配方無法適應巖性變化對阻抗匹配的需求，也是產生根底和大塊的原因之一。

2.5 爆破設計及炸藥因素

南露天爆破造成巖石的過度粉碎、強烈的拋擲、地震波、空氣沖擊波等均屬于無益能量消耗，這部分消耗的能量占炸藥總能量達85%以上，而真正用于破碎巖石的能量還不到15%。因此必須合理設計，以提高炸藥能量利用率。

2.6 炸藥與巖石相關因素

（1）炸藥和巖石的波阻抗匹配。為了炸藥能量利用率，必須根據巖石的波阻抗來選擇炸藥的品種，使炸藥的特性阻抗與巖石的特性阻抗相匹配。Ze和Zr直接影響炸藥的能量向巖石傳播的效率，從應力波知識可知，爆轟壓力傳給巖石的壓力為:

當Ze/Zr=1時，巖石將受到最大壓力，炸藥能量傳遞給巖的能量也就愈大。

（2）炸藥與孔壁的耦合。不耦合裝藥會使炸藥能量受到很大損失，從而影響巖石的破碎效果。

2.7 爆破工藝因素

（1）爆區自由面設計不合理。實踐表明，呈凹弧的自由面其夾制作用最大，直線自由面的次之，而凸弧自由面的最小。因此，為克服凹弧自由面較大的夾制作用，孔網參數必須縮小或者單孔藥量必須增加。

（2）底盤抵抗線Wd與孔間距a和排間距b?？组g距a太小，容易造成沿炮孔連心線開裂，而使抵抗線方向巖石得不到充分破碎；孔間距a過大，相鄰孔之間巖石爆不下來，一般a=(1.2～1.5)W。

根據經驗，保證最優爆破效果的孔網面積（a×b）是孔徑斷面積（π·d2/4）的函數，兩者的比值是一個常數，為1 300～1 350。

（3）堵塞、裝藥結構、起爆藥包位置對爆破作用的影響。堵塞作用是阻止爆轟氣體過早地泄漏到大氣中去，延長高壓氣體作用時間，提高炸藥能量利用率；炮孔連續裝藥施工簡單，但爆破后大塊率高；采用分段間隔裝藥，使炸藥沿炮孔長度均勻分布，以改善爆破效果。通常有三種起爆位置，正向起爆、反向起爆和中間起爆(雙向起爆)。實踐證明反向起爆較好，原因是應力波方向從孔底向自由面傳播，延長壓力作用的時間，起爆點炸藥威力較大。

（4）炮孔布置、穿孔及裝藥質量的影響。鉆孔不平行，孔口位置、孔距、排距都合理，但底部出現偏差，產生根底和大塊。深孔爆破大塊產生的主要部位是前排炮孔和后排炮孔。因此，合理選擇后排炮孔的孔網參數及合理的孔口堵塞長度是減輕后沖、降低爆破大塊率的有效途徑。

（5）起爆順序與間隔時間對爆破作用的影響。在多排孔爆破時，應用ORICA逐孔微差爆破可獲得良好的爆破效果，主要是由于輔助自由面增多，應力波的疊加、巖塊相互間的碰撞擠壓作用及地震波的相互干擾的結果。

3 深孔爆破產生根底的原因

底盤抵抗線過大時產生根底在臺階根部，其根底形狀多為棱柱體；孔網面積較大時產生根底在中間部位，其根底形狀一般為球冠體；炮孔超深偏小時產生根底在臺階礦石底部，其根底形狀多為棱椎體。產生根底主要有以下幾種原因。

（1）底盤抵抗線偏大。由于上一次爆破后沖和巖層傾角的影響，容易造成臺階坡面角較小，再加上鉆機安全作業距離的限制，穿孔位置靠后，使前排底部的抵抗線偏大，見圖1所示。前后爆區銜接不到位容易造成抵抗線過大，坡底線與裂隙區邊緣之間的大塊區的礦巖裂隙很少，臺階前留有爆堆，進行爆破時會產生擠壓爆破的效果，過量爆堆的夾制作用將會導致根底形成。

（2）孔網參數不合理。當孔間距偏大時，炮孔的間距遠遠大于最小抵抗線，見圖2。此時兩個炮孔裂隙區較遠，爆炸產生的裂隙不能貫通，尤其在臺階底部水平上無裂隙形成，易產生球冠形狀的根底；當排間距偏大時，爆破效果同前排抵抗線偏大時類似，也易產生根底。

圖1 底盤抵抗線偏大形成根底分析圖

圖2 孔網參數不合理形成根底分析圖

（3）超深偏小、有斷層、破碎帶穿過爆區或巖性突變地段、一次爆破排數過多、炮孔充填過小。個別炮孔超深偏小，炸藥重心相對上移，使裂隙區上移，造成臺階底部水平面裂隙不連貫，爆破后往往出現根底；由于斷層破碎帶大多被風化物或碎石充填，炸藥產生的爆轟氣體會沿著弱面方向逸出，相鄰炮孔間的裂隙難以發育完全，在臺階底部易留下根底；在爆破過程中，適當增多排數,采用微差起爆，可以改善爆破效果，但一次起爆排數過多，后排炮孔起爆時所受的夾制作用就增加，也容易產生根底；炮孔充填過小致使炸藥能量過早向上拋擲，爆堆過高，產生大量大塊。

（4）拒爆斷爆現象。拒爆斷爆也很容易形成根底。產生根底的部位，主要取決于炮孔質量、裝填質量、拒爆現象等，可產生于爆堆的任何部位。

（5）壓渣厚度不合理。壓渣厚度最適宜尺寸為8～10m，當壓渣超過15m時，會出現大量根底，并使大塊率升高。

（6）上盤反傾斜巖層出現根底。由于巖層之間存在結構面，且結構面與漏斗面相一致，爆破作用沿著弱面間進行，能量從弱面之間泄露，設計的爆破作用漏斗半徑減小，會在前方留下根底。

4 深孔爆破產生大塊的原因

（1）復雜地質構造。南露天由于裂隙層的消能作用，應力波快速衰減或被阻斷，另一方面由于爆炸氣體沿裂隙逸出，爆炸氣壓迅速下降，致使遠離炮孔的巖體得不到足夠爆炸能量。

（2）爆破參數設計不合理。在南露天深孔臺階爆破梯段爆破臺階要素中，見圖3，同一爆區分布兩種或兩種以上礦巖，且礦巖交互出現，其可爆性差異較大，分布在交界處的炮孔會出現抵抗線不均勻，改變了原來設計的爆破作用方向，使爆破作用不夠充分，留下了大塊。

圖3 梯段爆破臺階要素示意圖

（3）施工過程質量控制不嚴，水孔裝藥操作不當。爆破施工中產生廢孔，需廢棄重打，如果廢棄的炮孔不填塞，南露天使用混裝車裝填乳化炸藥時，如果混裝車的裝藥軟管不能到達炮孔底部，或者提升過快，不能將孔內積水擠到炸藥上部，乳化炸藥沉不到孔底或被水擠斷，形成不偶合狀態，爆破時底部巖石很難破碎，都易形成大塊和根底。

（4）工藝環節管理不到位，使前排壓渣厚度不合理。南露天實踐表明壓渣厚度最適宜尺寸為8～10m，當壓渣超過15m時，大塊率升高，并出現大量根底；實踐中盡量使后面各排炮孔呈直線布置，使爆區總體形狀比較規整，從而避免在爆區銜接部位出現差錯，造成根底、擋墻等質量問題。

5 現場試驗跟蹤統計

2010年6～10月在南露天的現場跟蹤調查數據分析顯示，石英巖的大塊率在8.5%～25.2%，根底率在3.5%～11.1%；安山玢巖的大塊率在1%～6.5%，根底率在0.5%～5.1%；板巖的大塊率3%～7.8%，根底率在2.5%～5.8%。2010年10月開始采取綜合治理措施后，石英巖的大塊率在0.5%～5.2%，根底率小于1.5%；安山玢巖的大塊率在0～1.5%，根底率小于0.1%；板巖的大塊率1%～2.8%，未出現根底。

6 結語

（1）根據影響產生根底和大塊的原因分析，針對性的提出了減少南露天根底和大塊的綜合技術措施，進行孔網參數優化，降低了根底和大塊產出。

（2）開發先進技術平臺、改善穿孔質量；規范裝藥程序、提高裝藥質量；加強生產工藝環節協調管理、創造良好爆破條件，提高了金堆城露天礦的生產效率和經濟效益。

[1]汪旭光，鄭炳旭，張正忠，劉殿書.爆破手冊[M].北京:冶金工業出版社，2010.

[2] 西北有色地質勘查局.陜西省華縣金堆城鉬礦床南段補充地質勘探報告[R].2007.

[3]王如斯.露天采礦手冊[M].北京:煤炭工業出版社，1987.

[4] 李波文.裂隙發育條件下爆破作用分析及爆破方法改進[J].云南建材，1999，(1).