淺談礦巖分離爆破技術(shù)在銅—曼露天礦山應(yīng)用的可行性

譚明洪，聶緒斯，魯 智

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

現(xiàn)目前，露天礦山多采用傳統(tǒng)的臺(tái)階松動(dòng)爆破技術(shù)，這種技術(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展和完善，雖然技術(shù)成熟，但其只能將礦巖作為整體同時(shí)爆破，并向一個(gè)方向推移的局限性，導(dǎo)致了礦石與巖石混雜的區(qū)域，會(huì)增加礦石的貧化損失。在露天礦山采礦過(guò)程中，與傳統(tǒng)的爆破技術(shù)相比，采用礦巖分離爆破技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)礦石與巖石在爆破過(guò)程中的有效分離，從而避免在爆破過(guò)程中礦石的貧化損失，提高礦石品位。本文將結(jié)合銅街曼家寨露天礦山的現(xiàn)狀和生產(chǎn)實(shí)際，從礦巖分離爆破技術(shù)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)路線及實(shí)施方法等幾個(gè)方面進(jìn)行探討。

1 礦巖分離爆破的基本原理

在露天采礦中，礦巖分離爆破技術(shù)應(yīng)用的基本原理是：在爆破過(guò)程中利用藥包爆炸過(guò)程產(chǎn)生的推動(dòng)力以及孔間爆破時(shí)序，使得礦石與巖石分別按照設(shè)計(jì)的方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離，避免混雜。其基本方法就是通過(guò)采取一定的技術(shù)手段控制礦石與巖石在爆破時(shí)的拋擲、移動(dòng)方向以及爆破先后順序等加以實(shí)現(xiàn)。

2 礦巖分離爆破技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 能夠有效的降低礦石采出的貧化損失

礦巖分離爆破技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是在爆破過(guò)程中將礦、巖充分的隔離，減少礦巖互相混雜的幾率，從而實(shí)現(xiàn)較低的采出貧損，提高資源的利用率。結(jié)合銅-曼露天礦山的生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)礦體賦存規(guī)律，對(duì)于極薄至中厚的礦體，可以采取礦巖總體爆破，并實(shí)施精細(xì)化開(kāi)采的方法采礦，而對(duì)于中厚至厚的礦體，則可以采用礦巖分離爆破技術(shù)，從而達(dá)到降貧損，提品位的效果。

2.2 提高爆破質(zhì)量和生產(chǎn)效率

礦巖分離爆破技術(shù)一般需采取一定的技術(shù)手段對(duì)被爆破的礦石與巖石移動(dòng)方向加以精準(zhǔn)控制，這就要求該技術(shù)一個(gè)主要的技術(shù)特點(diǎn)就是，與傳統(tǒng)的松動(dòng)爆破技術(shù)相比，礦巖分離爆破技術(shù)一定程度上改善了被爆破體的裂縫與自由面，改變巖石運(yùn)動(dòng)方向的同時(shí)，改善了爆破效果。在起爆的同時(shí)，礦巖受到了不同爆炸應(yīng)力波的破壞，能夠在瞬時(shí)補(bǔ)償空間的引導(dǎo)下，將礦石和巖石分別推向設(shè)計(jì)的方向。這一技術(shù)的應(yīng)用，可直接省去了后續(xù)鏟裝運(yùn)輸工序進(jìn)行礦巖分離的環(huán)節(jié)。從而實(shí)現(xiàn)改善爆破質(zhì)量的同時(shí)，也提高了礦山的生產(chǎn)效率。

2.3 能夠有效的降低爆破危害效應(yīng)

礦巖分離爆破技術(shù)通常采用高精度毫秒延時(shí)雷管進(jìn)行起爆。一方面，合理的孔間、孔內(nèi)起爆時(shí)序可以做到精確的控制，以此來(lái)調(diào)整爆炸應(yīng)力波在礦巖介質(zhì)中的疊加狀態(tài)和時(shí)間，使爆炸應(yīng)力波不會(huì)過(guò)于集中而增加爆破振動(dòng)，又不會(huì)過(guò)于分散而影響爆炸能量對(duì)介質(zhì)的破壞作用，在一定程度上減少了爆破的地震效應(yīng)，使礦巖破碎塊度較為均勻；另一方面，礦巖分離爆破技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要付諸于精細(xì)的設(shè)計(jì)、施工等手段，充分利用爆破自由面，可以有效地控制爆破時(shí)破碎的巖體移動(dòng)方向，控制爆破飛石的方向和距離，從而減少爆破飛石打擊事故的發(fā)生幾率，提高了爆破的安全性。

2.4 提高起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)的數(shù)字化程度

一般來(lái)說(shuō)，在毫秒延時(shí)起爆的過(guò)程中，巖石運(yùn)動(dòng)速度非常高，技術(shù)人員可借助計(jì)算機(jī)模擬爆堆拋擲的功能，可預(yù)先對(duì)巖石移動(dòng)方向做出判斷。以此為礦巖分離爆破技術(shù)方案提供指導(dǎo)，減少炮孔間延時(shí)的誤差，確保了礦巖分離爆破技術(shù)的應(yīng)用效果。

銅-曼露天礦山采用礦巖分離爆破技術(shù)可充分利用數(shù)字化的手段，結(jié)合現(xiàn)目前礦山3Dmine 和Auto-CAD 等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，可以將炮孔的起爆時(shí)序進(jìn)行精確地設(shè)計(jì)，使得相應(yīng)炮孔按照特定的起爆順序依次起爆，從而提高了爆破網(wǎng)路設(shè)計(jì)的數(shù)字化程度。

3 礦巖分離爆破在某露天礦山的應(yīng)用探討

根據(jù)礦巖分離爆破技術(shù)的特點(diǎn)和適用性條件，結(jié)合銅曼露天礦山的生產(chǎn)實(shí)際，可進(jìn)一步拓展該技術(shù)在礦山的應(yīng)用。針對(duì)銅曼露天礦山礦體賦存特征明顯，泛指礦體厚度為中厚至厚大、傾角為傾斜至急傾斜、或水平微傾斜礦體等礦體。在特定條件，按照分區(qū)、分層或多點(diǎn)同時(shí)起爆的方式實(shí)施礦巖分離爆破技術(shù)，可以充分發(fā)揮該技術(shù)的諸多特點(diǎn)，為礦山創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 礦巖分離爆破技術(shù)方法

3.1.1 礦巖分區(qū)爆破

圖1 礦巖分區(qū)爆破炮孔布置示意圖

礦巖分區(qū)爆破的方法適用于礦體為薄至厚或極厚，傾角較大的礦體，且臨空自由面少的情況。主要針對(duì)29#、31#、43#等傾角大的礦體，其礦體周邊礦巖分界線明顯，結(jié)合爆區(qū)的礦、巖不同的物理力學(xué)特性以及生產(chǎn)上的塊度需求，可以采取不同的炸藥單耗、孔網(wǎng)、裝藥結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行爆破。因各自區(qū)塊的炸藥單耗及孔網(wǎng)參數(shù)等有所不同，宜采用分區(qū)爆破的方法，各區(qū)塊采取微差間隔順序起爆的方式，見(jiàn)圖1所示，A 區(qū)、C 區(qū)圍巖爆破孔網(wǎng)10×7m2，分別設(shè)置兩個(gè)起爆點(diǎn)依次間隔25ms 起爆；B 區(qū)礦體爆破孔網(wǎng)參數(shù)7×5m2，設(shè)置150ms 的延時(shí)間隔隨后起爆，即可做到礦體兩側(cè)圍巖與礦體爆破分離。

3.1.2 礦巖分層依次爆破

該種方法主要適用于礦體厚度為中厚以上，傾角緩至水平的礦體。

根據(jù)礦體賦存條件和上下盤(pán)圍巖的分布情況，可以采取一次鉆孔礦巖間隔爆破或分層鉆孔礦巖分層爆破兩種方式進(jìn)行。

主要針對(duì)礦山1#、10#等礦體厚大、緩傾斜礦體，其礦巖邊界明顯，礦體上下盤(pán)規(guī)則相對(duì)平整。根據(jù)礦體在臺(tái)階上的賦存情況，一般情況下，若礦體賦存在臺(tái)階中部，則選取一次鉆孔礦巖間隔爆破的方式；若礦體賦存在臺(tái)階的頂部和底部則采取分層鉆孔分層爆破的方式，見(jiàn)下圖2 所示，緩傾斜的礦體主要賦存在臺(tái)階頂部，先將底部分層的礦體爆破采出后，再將下部圍巖依次完成鉆孔爆破。

圖2 礦巖分層爆破炮孔布置示意圖

3.1.3 礦巖分離多點(diǎn)同時(shí)起爆

該種方法主要適用于礦體厚度為中厚以上，傾角為傾斜至急傾斜礦體，且爆區(qū)臨空自由面較多，爆破條件好的情況。主要針對(duì)13#、24#、62#等厚傾且走向長(zhǎng)度大的礦體，在其已揭露出礦體的上表面、垂直于走向掌子面以及沿走向的東側(cè)或西側(cè)臨空面等特殊情況下時(shí)，可采用分區(qū)布孔、礦巖分離多點(diǎn)起爆的方式。根據(jù)爆區(qū)礦巖分布和自由面條件，選擇合理的多個(gè)起爆點(diǎn)同時(shí)或順序依次起爆，將礦石和巖石分別向指定的方向拋擲或移動(dòng)，從而達(dá)到一次性將礦巖爆破分離，自由面條件較好的情況時(shí)，可以采用多點(diǎn)微差間隔時(shí)間起爆，依次將圍巖和礦石，爆破隔離，可極大的便于后續(xù)鏟裝工序。

3.2 礦巖分離爆破施工要求

3.2.1 孔網(wǎng)及爆破參數(shù)的選擇

科學(xué)合理的選取布孔和爆破參數(shù)是礦巖分離爆破技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)手段。在爆破的過(guò)程中，藥包爆炸產(chǎn)生的推動(dòng)力，會(huì)隨著炮孔的孔間距與布孔走向等參數(shù)的不同而變化，因此為了使礦石與巖石能夠按照設(shè)計(jì)的方向移動(dòng)，需保證最小抵抗線要能夠達(dá)到控制爆堆移動(dòng)方向的要求，通常是以礦體走向和自由面條件為參考，采用沿礦體走向或垂直于礦體走向方向進(jìn)行布孔；而爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)爆區(qū)礦石和巖石的物理力學(xué)特性以及爆后礦巖的塊度要求來(lái)選擇。

在銅曼礦山，礦巖的堅(jiān)固性系數(shù)普遍不高，但圍巖爆后塊度要求低，而礦石塊度要求盡可能的使之破碎均勻，因此爆破礦石和巖石的炸藥單耗選取會(huì)有較明顯的差異。

3.2.2 鉆孔施工質(zhì)量的保障

鉆孔施工的質(zhì)量保障是礦巖分離爆破技術(shù)得以實(shí)施的先決條件。在銅曼露天采場(chǎng)，主要以孔徑250mm 的牙輪鉆和孔徑150mm～178mm 的潛孔鉆作為主要鉆孔設(shè)備。不同孔徑的鉆機(jī)合理靈活搭配使用的優(yōu)勢(shì)，可以在露天采場(chǎng)礦巖分離爆破技術(shù)中充分發(fā)揮。

一方面是大孔徑牙輪鉆機(jī)承擔(dān)圍巖區(qū)域的鉆孔施工，可以有效的保障鉆孔施工質(zhì)量；另一方面，阿特拉斯小孔徑的潛孔鉆機(jī)能夠在特定的礦石集中區(qū)域鉆孔，便于縮小孔間距，合理均衡爆后礦石塊度。

3.2.3 起爆時(shí)序控制的精確設(shè)計(jì)

孔間、孔內(nèi)起爆時(shí)序的精確控制是實(shí)現(xiàn)礦巖分離爆破技術(shù)的有效方法。對(duì)于露天礦山來(lái)說(shuō)，自由面條件是爆破效果好壞的一個(gè)充分條件，通常自由面條件較差的區(qū)域，礦巖分離爆破技術(shù)的實(shí)施效果大打折扣。因此，可以通過(guò)精準(zhǔn)的時(shí)序設(shè)計(jì)，控制炮孔起爆順序和延時(shí)間隔，使礦、巖能移動(dòng)到預(yù)定的位置，形成聚堆效應(yīng)。

現(xiàn)目前，銅曼礦山已將高精度數(shù)碼電子雷管全面應(yīng)用于爆破施工中。因此，基于數(shù)碼電子雷管在爆破施工安全可靠、毫秒延時(shí)精確、時(shí)序控制自主靈活等諸多優(yōu)勢(shì)，將進(jìn)一步增強(qiáng)銅曼礦山實(shí)現(xiàn)礦巖分離爆破技術(shù)的可行性。

3.2.4 爆區(qū)地質(zhì)資料的收集

爆區(qū)地質(zhì)資料的及時(shí)收集是實(shí)現(xiàn)礦巖分離爆破的技術(shù)基礎(chǔ)。面對(duì)不同的地質(zhì)地形條件，礦巖分離爆破的方式也截然不同，因此要求地質(zhì)技術(shù)人員在實(shí)施礦巖分離爆破施工前，做好勘探與地質(zhì)資料收集工作。其目的在于提高設(shè)計(jì)人員對(duì)實(shí)施礦巖分離爆破區(qū)域的礦巖性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，從而確保爆破設(shè)計(jì)的科學(xué)合理。

現(xiàn)目前，銅曼露天礦山開(kāi)展的炮孔巖粉取樣的地質(zhì)工作，可根據(jù)實(shí)際炮孔取樣數(shù)據(jù)，精確定位礦巖分布層位、產(chǎn)狀、深度等礦體賦存信息，便于確定區(qū)塊內(nèi)各炮孔不同的裝藥結(jié)構(gòu)、藥包埋深、藥柱高度等，技術(shù)人員根據(jù)地質(zhì)資料對(duì)區(qū)塊內(nèi)每一個(gè)炮孔定制化的設(shè)計(jì)單孔裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)以及施工方法和順序。

4 礦巖分離爆破技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

根據(jù)國(guó)內(nèi)外露天礦山在應(yīng)用礦巖分離爆破技術(shù)的實(shí)際效果，結(jié)合銅曼露天礦山的現(xiàn)狀條件，分析其中存在的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：

（1）安全性問(wèn)題。在銅曼采場(chǎng)，由于礦巖分離爆破時(shí)，礦石和巖石采取的是不同的布孔和爆破參數(shù)，區(qū)域的地質(zhì)巖性可能差異較大，在同一個(gè)區(qū)域臺(tái)階上可能包含大理巖、矽卡巖、片巖等三種巖性的層理結(jié)構(gòu)，因此，在設(shè)計(jì)與實(shí)際施工環(huán)節(jié)，可能造成局部區(qū)域存在藥量集中、過(guò)大等不合理情況，在分離爆破中可能出現(xiàn)飛石沖擊、空氣沖擊波與地震波等次生危害效應(yīng)。

（2）使用的局限性。由于礦巖分離爆破技術(shù)的使用條件局限性，使得部分地質(zhì)地形條件復(fù)雜的露天礦山，難以大范圍推廣應(yīng)用，僅能針對(duì)部分特殊的厚大、傾斜礦體加以應(yīng)用。

（3）施工組織難度大。就現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)露天礦山，大多數(shù)情況是地形地貌復(fù)雜特殊，礦巖物理力學(xué)性質(zhì)并非理想情況的單一穩(wěn)定，礦體和圍巖邊界的巖體結(jié)構(gòu)面也并非規(guī)整，雖然可以做到設(shè)計(jì)上的精細(xì)、控制的精準(zhǔn)，但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程依然會(huì)受到諸多限制條件的影響，導(dǎo)致礦巖分離爆破的效果打折扣。

（4）實(shí)施的成本高。結(jié)合國(guó)內(nèi)外礦山在礦巖分離爆破技術(shù)應(yīng)用中的成熟實(shí)例，一般情況下，為了有效保障爆破的效率與質(zhì)量，選取的炸藥單耗往往較高，單次爆破消耗炸藥量較大，單位爆破的成本較高，這就需要礦山結(jié)合自身實(shí)際需要，綜合分析，以此來(lái)平衡實(shí)施礦巖分離爆破方法采礦。

5 結(jié)論

綜上所述，結(jié)合銅曼露天礦山的生產(chǎn)實(shí)際，作者認(rèn)為在應(yīng)用礦巖分離爆破技術(shù)時(shí)，應(yīng)采取“揚(yáng)長(zhǎng)避短”的方式，針對(duì)礦山自身特殊地質(zhì)條件“因礦施法”，充分發(fā)揮礦巖分離爆破技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中采取科學(xué)合理有效的技術(shù)手段，將該技術(shù)的安全方面、可靠性方面、高成本以及適用局限性等缺點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)的影響降到最低，盡可能的為礦山創(chuàng)造效益。特別是在礦石與巖石分層、分區(qū)邊界及產(chǎn)狀特征明顯的區(qū)域，可應(yīng)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦石與巖石的定點(diǎn)、定時(shí)、定向爆破，使礦石與圍巖在開(kāi)采的初始階段就形成相互隔離狀態(tài)，從而降低開(kāi)采過(guò)程的貧化損失，有效的提高了礦石的利用率。