鐵礦開采對中深孔爆破技術的應用分析

蓋曉龍

（河鋼集團礦業有限公司承德黑山鐵礦，河北 承德 067412）

目前，中國經濟將會在很長一段時間內保持長期向好的發展態勢，伴隨而來的，就是日益增加的鋼鐵需求，在開展鐵礦開采作業時，很多露天礦源已經被開采一空，若不及時進行礦源的補充，必將導致國內鋼鐵市場整體供應的不足，而在科學技術不斷進步的當下，中深孔爆破技術為鐵礦開采帶來了新的可能，該開采技術能夠有效針對掩埋與地下深處的礦源進行開發，在很大程度上緩解了我國的鋼鐵供應壓力，因此，針對中深孔爆破技術的應用，將會在今后成為鐵礦開采領域的一個熱點話題。

1 中深孔爆破技術的概念論述

中深孔爆破技術是當前我國土石方工程爆破作業當中所使用到的一項重要技術，具有很高的地位，在地下采礦作業中得到了大量應用，取得了良好的效果，并且為相關企業帶來了非常豐厚的經濟效益和社會效益。因為中深孔爆破技術可以達到不同工程種類的技術需要，提升爆破工程的整體質量，并且該技術還具有成本低的特點，所以得到了廣泛的應用。其中，針對爆破質量的改善指的是該技術對巖石的破碎效果優異，巖石塊大小能夠達到工程既定要求，爆破作業之后無底跟，對最小抵抗線能夠進行合理控制，將爆破作業中形成的有害效應降到最低，降低爆破工程中的向后拉裂或側裂現象，減小爆破過程中所產生的噪音、震動、飛石以及沖擊波等。

2 中深孔爆破技術的應用簡介

2.1 工程介紹

某鐵礦位于某縣城當中，于2018年10月建成。礦源頂部大部分為灰巖結構，少數巖石變成風蝕閃巖。大部分鐵礦以磁鐵石英砂巖的形式存在，整體性良好，大部分地段較為穩定，圍巖硬度在8～12范圍以內。

企業計劃對工程中的101號巷道和102號巷道礦體進行開采，該礦區的中段高度為20～50m，寬度為6～20m，礦源傾斜角度為60°～90°。礦區整體分布如圖1所示。

圖1 礦區整體情況

2.2 中深孔爆破技術的參數確認

2.2.1 炮孔直徑與炮孔深度參數

首先，在使用中深孔爆破技術時，其爆破孔直徑的確定主要是基于巖層的整體形勢和鉆機的型號來進行的，在本工程當中，所采用的深孔鉆機的直徑為150mm，在對鉆機型號進行確認之后，孔徑便能夠得以確認。當前在我國所使用的較為普遍的深孔孔徑規格可分為45mm、80mm、100mm、150mm等類別，在本工程項目當中，因為是針對鐵礦進行開采，因此炮孔直徑相對較小一些，選擇了80mm和100mm這兩種規格。

其次，炮孔的深度（L），對于中深孔爆破技術的整體效果也將帶來深刻影響，如何炮孔深度選擇科學合理，沖炮現象便能夠被避免，同時還可以讓炸藥性能得到最有效使用，由此取得最佳爆破效果，在深孔設計的過程中，工作人員應關注爆破孔的方向和藥柱的最小抵抗線（W）應該避免出現平行或重合狀態；另外爆破孔的深度需要大于抵抗線深度。大量數據證明，在使用中深孔爆破技術時，其爆破孔深度越高，爆破的整體效果就會越顯著，這是由于爆破孔的深度不僅可以顯著縮短每米的鉆孔作業時間，同時也能夠顯著提升爆破孔的有效利用率和爆破方量，讓爆破工程的進度增加，還可以降低爆破作業的經濟成本。

對于在不同邊界環境中的深孔爆破，主要前提是保障最小抵抗線需要小于爆破孔深度，其爆破孔深度設計可以基于以下要求進行選擇：第一，若爆破作業的底部為自由面，L=（0.65-0.75）H；第二，若爆破作業底部為變截面，L=（0.8-1.0）H；第三，若爆破作業面為伸縮縫或者斷裂面時，L=（0.7-0.9）H；第四，若爆破面處于均勻介質或者等截面時，L=H；第五，若爆破區域為板式構造且爆破孔的前后或上下均有自由面時L=（0.6-0.7）H，若只有一側為自由面時L=（0.7-0.8）H。在上述計算公式當中，H代表井下鐵礦開采的中斷高度，基于工程中爆破區域點的差異，選擇合適的爆破孔深度，才能讓爆破效果得以最大化。

表1 單位炸藥消耗量Q值

2.2.2 最小抵抗線

在中深孔爆破技術當中，最小抵抗線（W）是對爆破效果造成影響的重要因素之一。W的取值需要考量多種因素，包含有周圍巖層硬度、炸藥當量、爆破孔直徑、爆破孔角度的因素，因為這些因素之間關系極為復雜，很難用公式進行表述，因此在實際操作過程中，都是基于工作人員多年積累的工作經驗來進行判斷，在經驗基礎上，參考該工程的實際情況對最小抵抗線參數進行不斷變化調整，最大限度讓爆破效果得以最大化。

2.2.3 爆破孔的間距和排距

一般情況下，爆破孔間距（a）指的是相同排情況下，兩個相鄰爆破孔之間的間隔距離，孔距可以基于經驗公式進行運算，為a=mW，在該公式當中，m為爆破孔的密集程度系數，通常該值大小在1.0以上，在較大爆破孔半徑中m的取值范圍約為3～4，但是，在進行爆破設計的過程中，為了克服前排的阻力，在首排爆破孔的間隔距離需要略微低于其他牌，需要選擇較小的密集程度系數，特別是在井下鐵礦開采工程當中，因為爆破工程的自由面數量非常有效，夾制作用顯著的狀態下，需要以更加謹慎的態度來對炮孔密集程度系數進行選擇。爆破孔排距b則是指相鄰兩排爆破孔之間的間隔距離，排距的確定方式與確定最小抵抗線的原理基本相同，在實際操作的過程中，常使用梅花型布孔的方式，排距和孔距之間的計算可以采用b=a*sina這一公式。

因為在本工程當中，井下開采作業面的面積非常有限，因此必須要合理對爆破孔排數進行科學控制，若爆破孔數量太多，不僅會導致爆破效果不好，同時也會導致后續出料非常困難。依靠工程實踐表明排數通常在3-4排的范圍內是比較常見的。

在本工程項目當中，爆破孔間隔距離與排距選擇是否科學，將會對爆破工程的安全控制、爆破效果以及炸藥能量的有效使用帶來影響，若爆破孔間隔距離過大，間隔兩個爆破孔對巖層的組作用力便會越低，在爆破作業中產生大塊的概率就會顯著增加，給今后的鐵礦開采工作帶來嚴重影響，并且還可能會對工程項目進行二次爆破。與之相反的，如果a和b過低，不僅會提升爆破孔的鉆孔工作量，對工程進度帶來較大影響，提升企業的經濟成本，因此在爆破設計的過程中必須要基于作業現場的實際情況，對爆破孔間隔距離和排距進行科學設計。

2.2.4 炸藥單耗

炸藥單耗（Q）指的是爆破單位體積巖石所需要使用的炸藥總量，它是爆破工程項目藥量運算當中一個非常重要的數據，對Q值造成影響的因素比較多元化，波動范圍也非常大，在炸藥的使用量得以確定之后，在填藥、堵塞方式以及爆破技術都確定的狀態下，對Q值造成影響的最常見因素是巖石的硬度、均勻性、最小抵抗線大小以及自由面的數量。因此，炸藥單耗Q值的科學選擇一般需要憑借大量的科學實驗與爆破技術人員的長期性驗證，若盲目增加炸藥單耗，則工程的爆破效果不僅不會得到有效提升，并且炸藥所帶來的巨大沖擊力將會增加爆破工程中的有害因素以及其他不確定性。在相同爆破環境條件下，針對不同的巖層狀態，需要選取對應的炸藥單耗值Q，在本工程項目當中，主要是基于施工企業工作人員的生產經驗與嚴謹的數學模型計算，再基于巖石的特征來確認其單耗Q值或依靠經驗公式來進行運算，在本工程當中，炸藥單耗Q值為0.5Kg/m3左右，在設計環節可以參考表1所示內容來對炸藥單耗進行確認。

2.2.5 填藥方式

在傳統鐵礦中深孔爆破工程當中，基本上都是使用人工填藥的方式開展，這種方法不但對人力資源的消耗極大，工作效率低下，并且填藥的資料也無法得到有效保障，尤其是在鐵礦工程井下的有水孔會讓填藥作業不夠連續，由此影響爆破效果。在中國，已經有大冶鐵礦、德興銅礦、南芬鐵礦等中深孔爆破作業當中所采用的機械化填藥的方法，在本工程項目當中，同樣適用機械填藥的方式，采用這一方式不但顯著提升的裝藥的效率和質量，而爆破工程的效果也遠優于人工填藥方式。

在連續裝藥模式下，在裝藥作業的過程中，將炸藥沿著爆破孔進行連續填裝，若裝藥長度相對較短時，可以使用一發雷管，放在爆破孔底部進行反向引爆，若裝藥長度超過7m，則建議使用2發雷管，其中一發放置于炸藥柱底部，另一發放在藥柱頂部，即使用反向起爆的方式；在分段裝藥模式當中，需要把單孔炸藥分割為兩個或兩個以上的藥柱，每個藥柱之間使用巖渣進行隔離，此項方法的優勢在于能夠顯著降低炸藥在引爆過程中所產生的的風壓，降低巖石的過度粉碎的可能性，增強炸藥的有效使用率，并且讓爆破孔出現大塊巖石的概率降低。使用分段裝藥技術需要每個分段藥柱使用一發雷管來進行引爆，分段長度和他們之間的堵塞長度依靠運算和實驗來進行確認，該技術方法適合爆破孔深度較大，裝藥長度較大的爆破孔當中進行使用，特別是在該工程天井挖掘過程中常使用該技術方法，和傳統方式進行對比，該項技術不但效率提升明顯，成型效果好，同時在作業的過程中也更為安全。

3 結語

整體來講，在鐵礦開采作業當中，中深孔爆破技術的應用逐漸趨向于成熟，但是仍然存在有一些必須要面對的問題，這些問題的客觀存在，將會阻礙中深孔爆破技術的不斷發展，因此，相關工作人員必須要致力于進行中深孔爆破技術的優化，讓該技術發揮最大的價值。