玉龍露天銅礦高原凍土層大爆區(qū)精細化爆破技術

陳化南 孟凡寶 張亞洲 白 林

（成遠礦業(yè)開發(fā)股份有限公司）

在高原高寒地區(qū)的露天礦山生產爆破中，存在缺氧、凍土層、炮孔結冰等不利因素。付洪賢等［1］針對青藏鐵路建設中路塹爆破及凍土爆破特性進行了試驗研究；保天才等［2］針對西藏巨龍礦業(yè)驅龍銅礦超高海拔爆破作業(yè)的一系列安全問題及安全管理措施進行了研究。祝自偉等［3-4］基于精細化爆破理論，研究分區(qū)化爆破孔網參數以及起爆方案，取得了良好的爆破效果。高原高寒地區(qū)露天礦山大爆區(qū)存在的不利因素，既有安全方面的，也有技術方面的，給露天礦山爆破工作帶來與常規(guī)不同的負面影響。在高原高寒地區(qū)進行露天深孔大爆區(qū)精細化爆破施工技術研究，具有必要性和現實意義。

1 工程概況

西藏玉龍銅礦位于西藏自治區(qū)昌都市江達縣青泥洞鄉(xiāng)。礦區(qū)海拔高度為4 560～5 124 m，銅礦層埋藏淺，屬土狀軟弱層，礦層頂板為大理巖或第四系堆積物，底板為角巖。大理巖、角巖為中硬—堅硬巖石，堅固性系數約為9，節(jié)理裂隙較發(fā)育。礦層及其頂板巖層富水性較弱，底板巖層具隔水作用。

隨著礦山選礦廠改擴建工程投產，2021 年礦石需求量較2020 年增加了8 倍，剝離和采礦總量超120 000 m3/d，以往小規(guī)模爆破生產已不能滿足選礦廠的生產需求。同時，由于綠色礦山開采理念對露天礦生產的要求，必須減少年爆破次數、設備避炮時間對生產的影響。因此，提高單次爆破規(guī)模，開展大爆區(qū)露天深孔爆破試驗勢在必行。

2020 年12 月，在玉龍露天銅礦小青龍采區(qū)開展了露天深孔大爆區(qū)爆破試驗，總體思路是通過增加炮孔數目和排數來增加單次爆破總裝藥量，從而達到加大單個爆堆堆存量，以滿足生產需求。爆破工業(yè)試驗為礦山今后正常爆破作業(yè)積累了大量技術經驗，同時，為類似爆破工程施工提供參考。依據礦山現場環(huán)境及條件，大爆區(qū)爆破試驗在4 890～4 860 m平臺開展，爆區(qū)炮孔總數為900個，總裝藥量為140 t，爆破面積為2萬m2，爆破方量約為40萬m3。

高原爆破技術難點：①含氧量低，人員施工風險大；②炮孔多、藥量大、時間緊、任務重；③爆區(qū)規(guī)模大，起爆準確率要求高；④高原凍土層施工難度大；⑤高原涌水凍孔對施工精度和爆破效果產生影響。

2 爆破孔網參數設計

結合以往爆破實踐經驗，運用精細化爆破理念，力爭在達到預定的爆破效果前提下，降低施工成本。礦山臺階高度H=15 m，炮孔直徑d=140 mm，鉆孔傾角β=90°。

2.1 炮孔參數設計

布孔方式選用等邊三角形布孔，在2排主炮孔之間穿插布置輔助淺孔（圖1）。主炮孔孔距a=7.5 m，排距b=4.2 m，密集系數m≈1.78（孔距與最小抵抗線的比值）。

根據經驗公式，填塞長度Ls=（20～30）d，取4 m；底盤抵抗線WD=（20～40）d=2.8～5.6 m，取5.0 m；鉆孔超深h=（8～12）d，取1.5 m。鉆孔形式為垂直孔，則炮孔長度L=H+h=16.5 m。

炸藥單位消耗量q取決于巖體性質、炸藥性能、自由面條件和爆破目的（要求）四大因素。露天礦山臺階爆破時，炸藥單耗與巖石的堅固性系數f成正比［5］，本爆區(qū)巖石堅固性系數約為9，節(jié)理裂隙發(fā)育，結合以往在該礦區(qū)的爆破經驗，選取q=0.35 kg/m3。

2.2 裝藥設計

2.2.1 炸藥的選擇與裝藥結構

本爆區(qū)有部分水孔，水孔約占總孔數的三分之一，所以選用混裝銨油和混裝乳化2 種炸藥；起爆藥選用乳化藥卷，輔助淺孔也選用乳化藥卷，主炮孔采用連續(xù)耦合裝藥結構。

2.2.2 裝藥量

（1）水孔選用混裝乳化炸藥，密度為1.15 kg/m3，即140 mm 炮孔延米裝藥量為17.7 kg/m，填塞長度為4 m，裝藥長度為12.5 m，單孔裝藥量為220 kg。

（2）干孔選用混裝銨油炸藥，密度為0.86 kg/m3，即140 mm 炮孔延米裝藥量為13.2 kg/m，填塞長度為4 m，裝藥長度為12.5 m，單孔裝藥量為165 kg；

（3）輔助孔孔深1.5 m，每孔裝填1 根3.0 kg 成品乳化炸藥藥卷。

爆區(qū)水孔數量為270 個，水孔用藥量合計59.4 t，干孔480 個，干孔用藥量為80 t，輔助孔160 個，用藥量為0.5 t，爆區(qū)總用藥量近140 t。

3 起爆網路設計

爆區(qū)整體為狹長形狀，總長度達到了1.5 km，并且是上下2個臺階同時施工爆破，炮孔數目較多。所以，在網路的延期時間上要精確計算、設計。起爆點的選擇至關重要，如果將起爆點設置在一側，總延期時間過長，下部臺階的炮孔起爆后，飛石會對上部臺階的網路造成損壞；反之，將起爆點設置在中間，一旦下部爆區(qū)的網路出現意外發(fā)生傳爆中斷，那么上部臺階爆破下來的爆堆就會將下部爆區(qū)掩埋，處理難度極大。

綜合考慮網路的可靠性和簡化操作，采用孔外導爆管雷管延時起爆方式爆破?？變热垦bms10段雷管，孔間采用ms2 段雷管接力，排間采用ms4 段雷管接力，采用組孔V形起爆方式，同時起爆1組的3個炮孔，整體爆區(qū)成V 字形起爆。為確保爆破安全可靠，采用復式起爆網路，如圖2所示。

4 精細化爆破施工

為了保證此次爆破的順利完成，面對眾多困難，召開大爆區(qū)專項會議，針對各個難點分別制定應對措施及處理方案，成立了爆破工程指揮部，統(tǒng)一指揮爆破技術設計、施工組織、器材供應及安全保證等。采取了以下5項精細化爆破施工措施。

（1）為了在高原高寒爆區(qū)保證施工工人不會因為缺氧而發(fā)生危險，后勤人員準備了一臺大巴車作為專門的補給車輛，備有充足的便攜式氧氣瓶、純凈水和食物等，用來保障施工人員的體能。為了保證大爆區(qū)爆破順利完成，提前與炸藥地面站溝通，增加了2臺混裝炸藥車并提前將炸藥原料準備充足，在施工當天增加了若干施工人員。

（2）良好的鉆孔質量是保證爆破效果的前提，所有的炮孔必須滿足精度要求。深孔驗收標準：孔深允許誤差為±0.2 m，間排距允許誤差為±0.2 m，偏斜度允許誤差為2%。為了保證鉆孔質量，每臺鉆機上面都配備了數字顯示的角度尺和測量孔深的米尺。發(fā)現不合格的炮孔及時處理，未達驗收標準不得裝藥，超深的炮孔需回填至設計深度，孔深不足的炮孔需透孔使其達到設計深度，角度偏差超過允許范圍值的需重新鉆孔。成孔后，將孔口周圍0.5 m 范圍內的碎石、雜物清除干凈，孔口巖壁不穩(wěn)者，進行孔壁維護。

（3）高原涌水結冰凍孔是對爆破十分不利的影響因素之一。孔內產生結冰后，炮孔孔徑變細，實際裝藥量達不到設計裝藥量，單耗也達不到設計要求，爆破效果變差。為了克服這個難題，采取了兩方面的措施。一是做好鉆孔設備調配以及施工銜接。事先計算好裝藥時間以及穿孔的設備能力，在最短的時間將所有的炮孔穿鑿出來，然后立即進行裝藥，盡量減少穿孔與裝藥的間隔，做到無縫銜接。時間及穿孔設備安排如下：大爆區(qū)總炮孔數為900 個，總鉆孔量約為12 510 m，每臺鉆孔設備穿孔能力為500 m/d，為了在48 h 之內穿鑿完所有炮孔，在該爆區(qū)配置了14 臺穿孔設備，穿孔能力達到7 000 m/d，提前在計劃時間內完成穿孔任務。二是在有水的炮孔內撒工業(yè)鹽，利用工業(yè)鹽的性質來克服凍孔問題。每個炮孔在穿鑿完成之后，向炮孔內撒工業(yè)鹽，然后利用鉆機向炮孔內施加風壓，使工業(yè)鹽均勻的噴灑在炮孔孔壁上面，達到防止凍冰的目的。

（4）裝藥是一個重要的環(huán)節(jié)，為了保證裝藥的質量，工程技術人員事先在所有炮孔孔邊放置孔口傳票，傳票標注該炮孔的孔深、水深、裝藥結構、裝藥量和填塞高度，要求工人嚴格按照孔口傳票進行裝藥。炮孔裝藥結束后，由工程技術人員用皮尺對所有炮孔的填塞長度進行檢驗，檢驗合格后方準填塞。

（5）在網路的延期時間上要精準施工。與以往的常規(guī)爆破網路連接不同，本次大爆區(qū)爆破采用復式起爆網路連接，因此在管理和施工上需要更加精細。每個節(jié)點由經驗豐富的爆破員進行連接，連接完成之后在每個節(jié)點上面放置節(jié)點牌，節(jié)點牌上面標明點號、雷管數以及連接人員，節(jié)點牌放置之后，再由工程技術人員和施工負責人共同對起爆網路進行復檢，保證起爆網路連接的可靠性。

5 爆破效果

經爆后檢查，無盲炮，爆堆橫剖面呈拋物線形狀，表層基本無大塊，爆堆前沖距離約為20 m，爆區(qū)塌落線深度約5 m，爆破瞬間沒有產生飛石，周圍建筑物和設施并未受到損壞。挖掘過程中觀察爆堆內部松散性較好，無大塊和根底，鏟裝效率高。清理后臺階坡面、平臺底板平整。爆后效果如圖3所示。

6 結 論

（1）采用高原凍土層淺孔輔助爆破技術，爆破后地表凍土層無大塊，可有效解決地表凍土層大塊的問題。

（2）在大爆區(qū)爆破施工中，采用了復式微差起爆網路，提高了起爆網路的準爆性。

（3）高原環(huán)境下實施露天礦山的大爆區(qū)爆破，通過科學管理、精心施工組織，達到了理想的爆破效果。