露天礦中深孔爆破質(zhì)量的控制淺析露天礦爆破大塊和根底產(chǎn)生的原因及對(duì)策

露天礦中深孔爆破質(zhì)量的控制淺析露天礦爆破大塊和根底產(chǎn)生的原因及對(duì)策

孔爆炸是礦山生產(chǎn)的一個(gè)焦點(diǎn)。它決定了不同技術(shù)環(huán)節(jié)的效率和經(jīng)濟(jì)效益，如大壩、運(yùn)輸和破碎，對(duì)整個(gè)礦山的生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有重大影響。礦巖爆破大塊率和根底率是衡量爆破質(zhì)量的兩項(xiàng)重要指標(biāo),因此,尋求有效減少爆破大塊率和根底率的方法為露天爆破突出的問(wèn)題之一。在露天礦中深孔爆破生產(chǎn)中,不合理大塊、根底出現(xiàn)有主客觀兩個(gè)方面,下面結(jié)合本鋼歪頭山鐵礦的生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的分析和探討。1成礦巖石及爆破方式歪頭山鐵礦是已開(kāi)采30多年的大型露天礦山,現(xiàn)已進(jìn)入深部開(kāi)采階段,屬鞍山式沉積變質(zhì)礦床,礦區(qū)含礦巖構(gòu)成一個(gè)較完整的同斜向斜構(gòu)造,主要工業(yè)礦體分三層產(chǎn)出。礦巖呈南北走向,傾向西,傾角一般在40°～60°。礦石為磁鐵石英巖,其普氏硬度在18～20。巖石主要有陽(yáng)起石英巖,斜長(zhǎng)角閃巖,混合花崗巖,輝綠巖,片麻巖等。巖石硬度變化范圍較大,普氏硬度在14～18。礦巖產(chǎn)狀復(fù)雜,無(wú)一定的分布規(guī)律。礦中有巖,巖中有礦,礦巖交替出現(xiàn)。而在整個(gè)礦床中有3條破碎帶和1條大的斷層,受其影響較大。個(gè)別巖層節(jié)理,裂隙及結(jié)構(gòu)面很發(fā)育。隨著開(kāi)采的延深,地下涌水較大。爆破方式是多排孔毫秒微差爆破。臺(tái)階高度為12m,孔深一般在14～15.5m。孔網(wǎng)參數(shù)多用5m×10m和7m×7m兩種。都采用三角形布孔。起爆方式多用“斜線(xiàn)”和“V”形起爆。炸藥單耗控制在0.315kg/t左右。2關(guān)鍵和根本原因的分析2.1對(duì)可爆性差區(qū)域的分區(qū)礦巖可爆性是影響爆破質(zhì)量的唯一客觀原因,對(duì)可爆性差的礦巖形成大塊和根底的主要原因是炸藥單耗低,爆破能量不足。根據(jù)礦巖可爆性對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行分區(qū),對(duì)可爆性差的區(qū)域,應(yīng)根據(jù)客觀情況從技術(shù)角度采取提高炸藥單耗、降低爆破效率等措施來(lái)提高爆破質(zhì)量。歪頭山鐵礦主采場(chǎng)下盤(pán)中部偏南地段主要分布Fe2Pu,其可爆性差,是大塊和根底頻繁出現(xiàn)的地段,通過(guò)適當(dāng)提高炸藥單耗(提高了15%～20%),基本控制了該部位的大塊率、根底率。雖然提高了爆破成本,但由于提高了爆破質(zhì)量,相對(duì)降低了其后鏟裝、運(yùn)輸、破碎等工序的成本,降低了采礦總成本。2.2爆破方向的設(shè)計(jì)同一爆區(qū)分布兩種或兩種以上礦巖,且礦巖交互出現(xiàn),其可爆性差異較大,在地質(zhì)條件復(fù)雜的礦山經(jīng)常出現(xiàn)。由于孔網(wǎng)參數(shù)不變,這就使得一部分炮孔必然布置在礦巖交界處。分布在交界處的炮孔勢(shì)必就出現(xiàn)了抵抗線(xiàn)不均勻,改變了原來(lái)設(shè)計(jì)的爆破作用方向,使設(shè)計(jì)方向爆破作用不夠充分,留下了大塊和根底。這就要求地質(zhì)部門(mén)提供盡可能詳盡的地質(zhì)資料,爆破設(shè)計(jì)人員摸清礦巖性質(zhì)、產(chǎn)狀及其變化情況,合理布孔,使得每一炮孔在各個(gè)方向的抵抗線(xiàn)盡量均勻。在個(gè)別無(wú)法避開(kāi)的情況下,在可能產(chǎn)生根底的地方適當(dāng)加密炮孔,增加藥量,就可以消除根底。歪頭山鐵礦主采場(chǎng)140m水平北部某一爆區(qū)產(chǎn)生根底,見(jiàn)圖1。該爆區(qū)為磁鐵礦(Fe2Pu),爆區(qū)中間有輝綠巖(δ)夾層,爆區(qū)設(shè)計(jì)較短,一邊為爆區(qū)接頭,采用斜線(xiàn)起爆,炮孔A布置在礦巖交界處的礦石中,起爆方向設(shè)計(jì)如圖1中a所示。而輝綠巖相當(dāng)易破碎,是一軟弱夾層,這就相當(dāng)于一個(gè)自由面。使得炮孔A在b方向上抵抗線(xiàn)最小,炮孔A的實(shí)際作用方向主要沿著b進(jìn)行,而在原設(shè)計(jì)方向上留下了根底。2.3wm的wm-dna分析露天礦中深孔爆破生產(chǎn)中,前排孔底盤(pán)抵抗線(xiàn)過(guò)大是根底產(chǎn)生的主要原因之一。如圖2所示,Wd為底盤(pán)抵抗線(xiàn),是殘留根底的主要參數(shù);Wa為平均抵抗線(xiàn),決定礦巖破碎程度;Wm為最小抵抗線(xiàn),決定爆破安全性。在一般的中深孔爆破設(shè)計(jì)中,只有做好Wd、Wa、Wm三者的相對(duì)均衡,才能安全、質(zhì)量兼顧。但臺(tái)階坡面幾乎全是凹凸不平的,經(jīng)常出現(xiàn)Wd過(guò)大的現(xiàn)象。一般是把安全放在第一位,難免出現(xiàn)由于底盤(pán)抵抗線(xiàn)大,使得臺(tái)階根部在爆破漏斗作用范圍之外,也就是說(shuō)臺(tái)階根部沒(méi)有受到炸藥能量的作用而產(chǎn)生了根底。根據(jù)臺(tái)階工作面規(guī)格和鉆機(jī)安全工作條件確定底盤(pán)抵抗線(xiàn)為:Wd=Hctgα+e,(1)式中,H為臺(tái)階高度,m;α為臺(tái)階坡面角,(°);e為鉆機(jī)作業(yè)與崖邊安全距離m,一般取3m。當(dāng)α為70°時(shí),Wd=7.368m,這是最理想的,但當(dāng)α小于60°時(shí),Wd過(guò)大,爆破質(zhì)量難以保證。在已經(jīng)出現(xiàn)底盤(pán)抵抗線(xiàn)過(guò)大時(shí),應(yīng)采取措施:①第一排孔加密;②增加前排孔的超深;③前排孔底部使用高威力的炸藥;④保證安全的情況下,第一排孔盡量鉆鑿在臺(tái)階邊;⑤有條件的情況下采用斜孔爆破;⑥預(yù)先拉底。2.4爆破作用運(yùn)出特性一般深部露天礦開(kāi)拓方式是從中部礦巖交界部位掘溝,向上下盤(pán)擴(kuò)幫,因此上盤(pán)一般為反傾斜巖層,即上盤(pán)巖層向臺(tái)階里面傾斜。根據(jù)爆破原理,根底是靠孔眼底部炸藥爆破漏斗的作用清除的,由于巖層之間存在結(jié)構(gòu)面,且結(jié)構(gòu)面與漏斗面相一致,爆破作用沿著弱面間進(jìn)行,能量從弱面之間泄露,設(shè)計(jì)的爆破作用漏斗半徑減小了,而在前方留下了根底,見(jiàn)圖3。解決措施:①增加前排孔超深;②盡量減少孔邊距e,以達(dá)到減小底盤(pán)抵抗線(xiàn)的目的(取2～2.5m);③采用補(bǔ)底眼的方式,以預(yù)先消除根底。2.5布孔、斜線(xiàn)起爆最佳參數(shù)的確定孔網(wǎng)參數(shù)選取大都采用單孔最大裝藥量確定孔距和排距,用式(2)～式(7)計(jì)算單孔爆破負(fù)擔(dān)面積:Qmax=(πD2YY2LYp)/4,(2)LY=H+h-LC-LK,(3)Qmax=qabH,(4)S=Qmax/(qH),(5)S=ab,(6)m=a/b,(7)式中,Qmax為單孔最大裝藥量;DY為裝藥孔直徑;p為裝藥密度;h為炮孔超深;LC為炮孔填塞長(zhǎng)度;LK為間隔長(zhǎng)度;q為炸藥單耗;S為單孔爆破負(fù)擔(dān)面積;a為孔距;b為排距;m為炮孔臨近系數(shù)。根據(jù)爆破實(shí)踐和礦巖可爆性分級(jí)選取合理的參數(shù)S,當(dāng)S確定后,a、b由m來(lái)確定,參照美國(guó)杜邦推薦的矩形布孔、斜線(xiàn)起爆最佳方案m值為2～2.17。當(dāng)孔網(wǎng)參數(shù)偏小,在炸藥單耗基本不變的情況下,藥柱重心下降,填塞過(guò)長(zhǎng),上部易產(chǎn)生大塊;當(dāng)孔網(wǎng)參數(shù)偏大,重心部位易產(chǎn)生大塊,且其底部易產(chǎn)生球冠形狀的根底。在多年的實(shí)踐中,歪頭山鐵礦采用大孔距、小排距的爆破法(即在孔網(wǎng)面積不變的條件下,適當(dāng)?shù)目s小排距,增大孔間距),能顯著改善爆破質(zhì)量,降低大塊和根底率的產(chǎn)生。2.6發(fā)生在更多基礎(chǔ)上的情況下，各有側(cè)重、分類(lèi)、被試的情況就裝藥高度過(guò)小往往是造成臺(tái)階上部大塊過(guò)多的原因,尤其是爆區(qū)前排孔上部存在額頭的情況更加如此。為了克服這一問(wèn)題,歪頭山鐵礦采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)的爆破技術(shù),空氣層的高度可占整個(gè)裝藥高度的15%～20%,在保證炸藥單耗不變或稍許減少的情況下,提高了裝藥高度,增大了臺(tái)階上部爆炸力量,從而減少了大塊產(chǎn)出。2.7爆破效率低下超深的目的是減低藥柱重心位置,以便有利于克服臺(tái)階底部阻力。對(duì)一定特性的巖石,超深過(guò)小,易產(chǎn)生根底;超深過(guò)大,不僅浪費(fèi)鉆孔和炸藥,降低了爆破效率,而且由于藥柱重心過(guò)低,臺(tái)階上部易產(chǎn)生大塊,并破壞下一臺(tái)階表面巖體的整體性,給以后穿孔作業(yè)造成困難。一般炮孔超深可按公式(8)、式(9)計(jì)算:h=(0.15～0.35)Wd.(8)h=(8～12)D.(9)根據(jù)歪頭山鐵礦爆破經(jīng)驗(yàn),在堅(jiān)硬難爆的巖石中,h取2.5～3.5m;在中硬巖石中h取2.0～3.0m;在軟巖中h取0.5～2.0m。2.8爆破質(zhì)量方面多排孔微差擠壓爆破,由于渣堆的存在,為擠壓創(chuàng)造了條件,在適當(dāng)增加炸藥單耗的情況下,一方面可以顯著地增加巖石中爆炸應(yīng)力,延長(zhǎng)爆炸作用時(shí)間,改善能量的利用率和爆破效果;另一方面,能控制爆堆寬度,避免礦巖飛散,對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)牡V山尤為重要。壓渣厚度最適宜尺寸為8～10m,當(dāng)壓渣超過(guò)15m時(shí),大塊率升高,并出現(xiàn)大量根底。解決措施:①控制壓渣厚度;②縮小前排孔臨近系數(shù);③適當(dāng)增加超深;④適當(dāng)提高炸藥單耗。2.9廢孔影響監(jiān)管由于穿鑿的炮孔堵塞、塌方或位置與設(shè)計(jì)偏差較大時(shí),需補(bǔ)穿新孔,而未填塞的廢孔周?chē)诒坪蟪３霈F(xiàn)大塊,其原因是爆破能量從廢孔中泄露而形成。裝藥時(shí)炮孔發(fā)生堵塞,炸藥沒(méi)沉入孔底,或者是由于炮孔質(zhì)量差,裝藥時(shí)炮孔塌方,