羅華軍

露天臺階硬巖爆破質(zhì)量評價(jià)和優(yōu)化

羅華軍

(江西銅業(yè)股份有限公司 城門山銅礦，江西 九江市 332100)

為了滿足城門山銅礦3號石英斑巖礦體等硬巖區(qū)域爆破塊度的新要求，采用Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型對當(dāng)前爆破質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，并在此基礎(chǔ)上對爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；經(jīng)過理論計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)踐，采用優(yōu)化后的爆破參數(shù)可將大塊率控制在約1.5%，能夠滿足取消二次爆破后的生產(chǎn)要求。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型可以為日常生產(chǎn)爆破參數(shù)的合理選擇提供指導(dǎo)性的決策依據(jù)，可在類似工程中推廣使用。

露天臺階；數(shù)學(xué)模型；爆破參數(shù)；大塊率

0 前 言

城門山銅礦位于江西省九江市賽城湖南岸，是一座以銅、硫?yàn)橹?，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀等多種金屬的大型露天礦山。隨著城門山銅礦露天采坑開采深度的不斷增大，礦巖地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，對采礦場穿孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)的安全、高效生產(chǎn)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

爆破環(huán)節(jié)作為承上啟下的關(guān)鍵工序，其質(zhì)量的好壞直接影響著采礦場的生產(chǎn)效益。自城門山銅礦引入現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)以來，很好地解決了含水深孔爆破的質(zhì)量問題[1]；而對于3號石英斑巖礦體等硬巖區(qū)域，經(jīng)過不斷的試驗(yàn)和優(yōu)化，采取保持適度、合理的大塊率，然后輔以二次爆破的方式不僅能使穿孔、爆破、鏟裝的綜合成本最低，也可以滿足礦山的正常生產(chǎn)。但是，隨著安全生產(chǎn)監(jiān)管部門對爆破安全的不斷重視，強(qiáng)制禁止使用解大塊爆破[1]，于是大塊的處理只能采用機(jī)械破碎；而采礦場的機(jī)械破碎設(shè)備有限，導(dǎo)致3號礦體破碎塊度的優(yōu)劣直接影響著正常的供配礦效率。因此，本文采用Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型對3號礦體硬巖區(qū)域的爆破質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)和優(yōu)化分析。

1 Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型

Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型是Kuznetsov模型和Rosin- Rammler模型的結(jié)合，前者研究的是爆破平均塊度，后者研究的是爆破塊度的分布特征。該模型是用篩下累計(jì)為50%的篩孔尺寸為平均塊度和塊度分布的均勻性指標(biāo)來預(yù)測爆破塊度。由于該數(shù)學(xué)模型與巖石性質(zhì)、炸藥性能以及爆破參數(shù)密切相關(guān)，所以在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用[2-4]。其主要的數(shù)學(xué)表達(dá)式有：

式中，為均勻度指標(biāo)，它是決定塊度分布曲線形狀的指數(shù)，取值區(qū)間一般為0.8~2.2，值越大，則礦巖塊度分布范圍就越窄，塊度越均勻，反之值越小，塊度分布范圍越分散；為最小抵抗線，m；為炮孔直徑，mm；Δ為鉆孔精度標(biāo)準(zhǔn)誤差，即孔底偏離設(shè)計(jì)位置的平均距離，m；為炮孔密集系數(shù)，m；為不計(jì)超深部分的裝藥高度，m；為臺階高度，m。

式中，為篩上物料的比率，即大塊率；為篩孔尺寸，表示篩上最小直徑或篩下最大直徑，cm；x為特征塊度，cm；為均勻度指標(biāo)。

2 爆破質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)

3號礦體位于南區(qū)礦段，主要為石英斑巖，呈豆莢狀，傾向353°，傾角38.5°，賦存標(biāo)高為18～?440 m，平均厚度為40 m。目前采至?70 m水平，穿孔采用150 mm的潛孔鉆機(jī)，爆破采用乳化炸藥現(xiàn)場混裝車，利用Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型對3號礦體目前的爆破質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，具體計(jì)算如下：

（1）計(jì)算均勻度指標(biāo)。已知=3.8 m，= 150 mm，Δ=0.3 m，=1.74，=7 m，=12 m，則根據(jù)式（1）計(jì)算得=1.36。

（4）計(jì)算大塊率。已知=100 cm，將= 1.36，x=42.06 cm代入式（3），計(jì)算得=3.89%。

3 爆破質(zhì)量優(yōu)化分析

3.1 理論計(jì)算分析

通過現(xiàn)場跟蹤統(tǒng)計(jì)可知，為了適應(yīng)機(jī)械破碎的能力，應(yīng)將3號礦體硬巖區(qū)域的大塊率減少一半，即大塊率取1.95%，則可以反推出該區(qū)域的合理炸藥單耗以及優(yōu)化后的孔網(wǎng)參數(shù)。詳細(xì)計(jì)算過程如下：

（1）計(jì)算特征塊度x。已知=1.95%，=100 cm，=1.36，則根據(jù)式（3）計(jì)算得x=36.52 cm。

（3）計(jì)算合理炸藥單耗。已知=9，=200 kg，=105，則根據(jù)式（2）計(jì)算得合理炸藥單耗= 0.79 kg/m3。

（4）根據(jù)炸藥單耗公式和炮孔密集系數(shù)公式聯(lián)合計(jì)算，可以得到優(yōu)化后的孔網(wǎng)參數(shù)為：孔距=6 m，排距=3.5 m。

3.2 現(xiàn)場實(shí)踐

在現(xiàn)場爆破實(shí)踐中，除按照優(yōu)化后的爆破參數(shù)精細(xì)施工之外，還采取如下措施：

（1）合理規(guī)劃開采順序和爆破區(qū)域，使爆破作用方向垂直于結(jié)構(gòu)面走向，以便延緩爆生氣體的泄漏，增強(qiáng)徑向和切向破裂。

（2）在爆區(qū)前留3 m厚的壓渣，以防前次爆破時由于后沖產(chǎn)生的塊體脫落，以及爆生氣體的過早逸出。

（3）采用V型起爆網(wǎng)路，并將排間延期由65 ms縮短到42 ms，以便增強(qiáng)相鄰炮孔間巖石的碰撞作用，從而改善爆破塊度。

經(jīng)過大量爆破實(shí)踐，優(yōu)化后每次爆破的大塊率基本控制在約1.5%，在機(jī)械破碎配合下能夠滿足供配礦的生產(chǎn)要求。

4 結(jié) 論

（1）Kuz-Ram數(shù)學(xué)模型建立了巖石性質(zhì)、炸藥性能、爆破參數(shù)和爆破塊度之間的定量關(guān)系，不僅可以對現(xiàn)有爆破條件下的爆破質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，還可以指導(dǎo)優(yōu)化生產(chǎn)爆破參數(shù)，從而達(dá)到改善爆破質(zhì)量的目的。

（2）在取消二次爆破解大塊的情況下，利用該模型成功優(yōu)化了城門山銅礦3號礦體的爆破參數(shù)，并根據(jù)爆破實(shí)踐提出了現(xiàn)場施工的優(yōu)化措施，良好的爆破質(zhì)量為城門山銅礦的正常供配礦提供了保障。

[1] 孫 磊,陳先萬,張輝宇,等.乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)在城門山銅礦的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2014,14(4):79-81.

[2] 鄭炳旭,王永慶,李萍豐.建設(shè)工程臺階爆破[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[3] 張 坤.露天礦礦巖爆破質(zhì)量預(yù)測與分析方法[J].水泥工程, 2007(4): 38-41.

[4] 劉家平,劉定華,石 偉.Kuz-Ram模型在面板壩堆石料爆破開采中的應(yīng)用[J].湖北水利發(fā)電,2006(2):40-43.

[5] 劉殿中.工程爆破實(shí)用手冊[M].第2版.北京:冶金工業(yè)出版社,2004.

(2018-12-06)

羅華軍(1977—)，男，江西瑞昌人，采礦工程師，主要從事露天采礦技術(shù)及管理，Email：997747119@qq.com。