露天矿中深孔爆破根块及粉矿率控制

【摘 要】露天矿露天台阶中深孔爆破常采用连续偶合装药，由于炸药爆炸的高压作用于孔壁，而使其周围岩石产生严重粉碎；而且采场地质构造复杂，节理裂隙发育，爆破高压对裂隙发育的软弱岩体而言，常产生较高粉矿率；采矿中后期的凹形采场和连续装药的重心下移，极易产生根底。本文通过原因分析，以期找到解决的途径和方法，经过改善装药结构、孔网参数、炸药性能等方面的实践，大大地降低了根块及粉矿率，提高矿山经济效益。

【关键词】根块；粉矿率；不偶合装药；乳化炸药；小抵抗线大孔距

1.概况

目前冶金露天矿山台阶中深孔爆破常采用连续偶合装药，由于炸药爆炸的高压作用于孔壁，而使其周围岩石产生严重粉碎；而且多数矿山采场地质构造复杂，节理裂隙发育，爆破高压对裂隙发育的软弱岩体而言，常产生较高粉矿率；此外，连续装药使装药重心下移，上部填塞高度过长，上部产生大块；采场中后期随着采矿进程，形成凹形采场，炮孔底部积水，造成炸药不沉底及炸药遇水失效，形成岩墙、根底。因此，降低中深孔爆破产生的大块、根底及粉矿率，提高矿山经济效益，是冶金露在矿山采矿中一直需要解决的问题。

2.原因分析

露天矿生产中，都希望在已定的矿岩物质条件下，采用最合理的爆破参数及炸药品种，以获得采矿生产成本最低的块底组成，即通过爆破优化，满足挖掘机和破碎机的工艺要求。

然而在矿山的生产过程中，由于裂隙岩体大量存在以及爆破设计相对滞后，装药工艺和采场的条件变化等因素的影响，矿石块度一直难以达到理想效果，主要是爆破后根块率和粉矿率偏高。

2.1爆破材料质量

（1）炸药质量问题：炸药受潮硬化后会造成威力、猛度、爆速等指标下降，从而导致爆破质量差。

（2）起爆药柱爆能不足：由于起爆药柱能力不足，炸药不能完全爆轰，而是半爆轰或爆燃，减弱了炸药的威力，降低了炸药的爆能利用率。

2.2孔网参数不合理

爆破的排数过多，排距过大是产生根块的主要原因之一，宽度过大越往后排岩石的夹制性越大，造成压碴，使下一次爆破易产生大块及根底。

2.3施工质量

（1）炮孔超深不够，不按设计的排距、孔距穿孔造成抵抗线大。

（2）填塞质量欠佳。填塞物堵孔造成填塞高度不够，导致“冲天炮”，爆能逸失，致使底部岩石破碎程度欠佳。

（3）积水孔装药不精心，直接导致炸药不沉底或不连续状态。

（4）单孔装药量过大或采用高猛度炸药也是产生粉矿率高的一个重要原因。

2.4地质条件

采场岩石节理裂隙发育，存在软夹层，使爆能大部分被吸收，同时爆炸气体过早从天然裂隙中外逸，降低了爆破作用。

3.解决途径

为解决在裂隙岩体中爆破，根块率和粉矿率过高问题，必须寻求一种适合目前的矿山矿备和技术水平且经济实用、简便可行的爆破优化技术。根据研究，岩石的爆破破碎除受到炸药性质和装药参数影响之外，还受到岩石性质，装药结构、孔内受冲击压力及其作用时间等因素的影响[2]。可从以下三个方面着手解决。

3.1装药结构方面

目前露天矿多采用中深孔爆破，装药结构一般采用常规的连续偶合装药方法，这种方法虽然简便，但容易造成装药过于集中于炮孔下部，使上部填塞过长、大块增多。而且偶合装药时，炸药爆炸直接作用于炮孔壁，过大的爆炸压力将使孔壁周围岩石一定纵深产生严重粉矿，这是粉矿率偏高的一个重要原因。努力提高炸药能力的有效利用率，降低爆破成本，是矿山爆破工作的一个基本原则。而这些和炮孔装药结构有着直接的关联，是影响台阶中深孔爆破效果与技术经济指标的又一个重要因素。

目前，中深孔爆破的装药结构主要有连续装药和间隔装药两种形式，其中间隔装药的关键是确定一个合理的孔内间隙，这是间隔装药影响爆破效果的主要因素之一。间隔装药又分：孔底间隔、分段装药及径向不偶合装药三种方式，它们在矿山生产实践中都得到了一定程度的试验和应用，并取得了一些积极成果和经济效益。各种间隔装药技术都具有一个共同本质：利用水或空气等材料作为间隔介质，改变药柱与炮孔孔壁的接触关系，以降低爆炸应力波和爆轰气体产物作用于孔壁的初始压力，并使这种压力的作用时间延长，从而减小炮孔周围的压碎区，提高炸药能量有效利用率，以达到获得良好的爆破破碎效果的目的。

（1）孔底间隔装药：一般采用水或空气作为间隔材料，是在药柱下端与孔底之间留一段炮孔不装药，其上连续装药至充填段的一种装药结构。由于准静态压力的峰值因其实际作用面积扩大而相应下降，以及药柱爆轰产生的压缩应力波会随其在岩石和水（或空气）中传播距离的增加而急剧衰减，因而在间隔参数等其它条件满足时，间隔段范围内可能产生较小的压碎区，改善爆破效果。应该指出的一点是，采用孔底间隔，减少炮孔装药量，必须保证间隔段长度和炸药威力适宜，使作用于间隔段孔壁的压力及其作用时间足够，才能取得良好的爆破破碎效果[3]。

（2）中部间隔装药：在炮孔中分装上、下两个药柱，药柱间用水、空气或岩粉作为间隔材料，孔口堵塞长度相应减少，以求提高炸药中心位置。间隔段位置的确定，应使炸药在炮孔轴线上相对均匀分布，并与抵抗线大小相对应。通过分段装药，使台阶各部分矿岩，尤其使处于孔口堵塞段的上部岩层，得到良好的破碎。

（3）炮孔径向不偶合装药：即药柱直径小于炮孔直径，药柱与炮孔孔壁之间以水或空气作为偶合介质的装药爆破方法。主要目的是降低作用在孔壁上的压力，使孔壁尽量减少过度粉碎。由于炮孔间隙的存在，炸药爆炸首先作用于偶合介质，再向孔壁传播，这种爆炸能量部分传输，并储存于偶合介质中，从而使爆炸波波阵面峰值能量降低，或使爆破作用的能量密度降低，但总的破坏能量不变，这自然使得高压粉矿性破坏减少小，裂隙破坏能力增强。

由此我们可以得出：装药时采用适当的不偶合装药方法，在总装药量不变的条件下，不仅可以使药包重心得到提高，炸药能量得到最大利用，而且能有效改善爆破后岩石破碎程度，降低大块和粉碎率及根底。

3.2孔网参数方面

大孔距爆破作用原理认为：群药包在岩体中爆炸时，炮孔周围由于切向拉应力产生径向裂缝，在裂缝形成的同时，岩体中产生一个由裂缝面向两侧发展的应力释放波，此应力释放波使岩体中原有应力下降。当临近系数较小时，炮孔间由于应力波叠加作用首先达到岩石的抗拉强度而破坏，孔间裂缝先于其它方向裂缝形成，产生一个向四周的应力释放波，使周围岩体中应力降低，抑制了炮孔其它方向裂隙的形成和发展，从而使破碎程度下降。当增大邻近系数后，爆破时相邻孔间拉应力减弱，避免了孔间过早“击穿”，使炮孔周围裂隙受孔单间裂缝优先贯通，所产生应力释放波的影响较小，而充分发育。同时，又由于抵抗线较小，这些裂隙更容易发展到后一排炮孔周围，使后排孔爆破在前排孔爆破形成的裂隙包围下进行破岩，因此有利于岩体破碎。

3.3炸药品种方面

（1）露天矿经过多年的开采，采场逐渐萎缩，形成凹形采场，地表水极易渗透进入炮孔，通常有3-4m积水，雨季甚至更多，每次施工前逐一吹水，但总有渗水不断进入，普通铵油炸药遇水后半小时都会失效，通常一次中爆破工作量从开始到起爆需4-5小时，所以积水孔不能装填粉状铵油炸药。

（2）用高压风吹水后立即装填，下部装填不低于3m药高φ110mm乳化条状药包，并保证沉底及连续性。

（3）如果孔底装填乳化炸药后无明显积水，上部装填低猛度、低爆速的普通铵油炸药。如有积水则应全孔装填乳化炸药。

综上所述，选择采用不偶合装药、小抵抗线大孔距，使用乳化炸药应对积水及孔上部采用低猛度、低爆速炸药，能有效降低露天矿中深孔爆破后的根块率和粉矿率。

参考文献：

[1]鞠崇文 孔底间隔技术及应用[J]《爆破》1998.

[2]薜若横 关于径向间隙效益原理及不偶合装药问题的探讨 本溪冶金专科学校学报[J]2007.

[3]张国建 露天矿大孔距对角起爆参数优化研究[J]1998.

作者简介：

谈俊杰，武汉工程职业技术学院副教授。