楊清平，張金鐘，盧二偉，祁澤鋒，李延龍，溫晨，霍曉鋒，史秀志

(1.中色非洲礦業(yè)有限公司謙比希銅礦，北京 100082；2.中南大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410083)

0 引言

下向平行中深孔爆破是地下礦山開采中常用的爆破破巖方法之一[1-3]。謙比希銅礦東南礦體在前期采用下向平行中深孔爆破時(shí)，其鑿巖作業(yè)形式為單采場(chǎng)分爆區(qū)間斷打孔，存在鑿巖設(shè)備工作效率低、回采效率低、工序繁雜等問題。因此，鑿巖作業(yè)形式已改為單采場(chǎng)多爆區(qū)一次性打孔。然而在多爆區(qū)連續(xù)爆破回采過程中，常常會(huì)面臨后沖所造成的超挖，使臨爆區(qū)第一列炮孔堵塞、坍塌甚至報(bào)廢，給后續(xù)炮孔裝藥帶來不便，甚至威脅后續(xù)裝藥作業(yè)人員安全。此外，爆破后沖所導(dǎo)致的臨爆區(qū)礦巖滑落會(huì)形成大塊礦石，對(duì)出礦作業(yè)產(chǎn)生極大影響，如圖1 所示[4-7]。此外，還存在爆破后邊幫垮塌所帶來的邊幫控制問題，礦巖較破碎采場(chǎng)邊幫的超欠挖會(huì)嚴(yán)重影響邊幫礦巖的完整性及穩(wěn)定性，進(jìn)而影響采場(chǎng)穩(wěn)定性以及后續(xù)間柱采場(chǎng)回采安全，同時(shí)超欠挖產(chǎn)生的超級(jí)大塊嚴(yán)重影響后續(xù)鏟運(yùn)機(jī)出礦，甚至需要工人冒險(xiǎn)進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行二次爆破處理，帶來極大的安全隱患[7-9]。因此，在進(jìn)行規(guī)?；猩羁妆茣r(shí)必須對(duì)后沖控制、邊幫超欠挖控制等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究，對(duì)于實(shí)際爆破工程和安全生產(chǎn)具有重要意義。

本文以謙比希銅礦東南礦體732-1-W7L 采場(chǎng)為例，對(duì)采場(chǎng)炮孔設(shè)計(jì)及爆破設(shè)計(jì)流程進(jìn)行詳細(xì)研究探討，并形成了安全高效的多爆區(qū)連續(xù)開采技術(shù)，為相似工程提供了參考。側(cè)崩爆破后沖示意見圖1。

圖1 側(cè)崩爆破后沖示意

1 采礦方法及爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

謙比希銅礦東南礦體是謙比希銅礦的3 大主礦體之一，位于主礦體東南約7 km 處。東南礦體以0#勘探線為界分為南北兩個(gè)礦化帶，北礦帶以59#勘探線為界分為N1 和N2 兩部分。按采礦順序?qū)1 礦體以880 mL 為界分南北兩個(gè)采區(qū)進(jìn)行。東南礦體屬薄至中厚緩傾斜礦體。礦體頂板一般為上盤石英巖夾泥巖，石英巖穩(wěn)固，偶有節(jié)理發(fā)育部位或泥巖則會(huì)出現(xiàn)滑落現(xiàn)象。礦體位于礦化板巖中下盤，一部分礦體的直接頂板仍為礦化板巖，礦化板巖穩(wěn)固性中等。礦體下盤為礫巖，厚度為1～5 m，穩(wěn)固性較差。再往下則為下盤石英巖，穩(wěn)固性較好。

謙比希銅礦東南礦體年產(chǎn)量在350 萬t/年，受地質(zhì)條件制約，東南礦體礦巖穩(wěn)定性差，臨爆排炮孔孔壁易損壞，且受多次爆破影響，炮孔無法長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)固，此外，每次爆破前洗孔作業(yè)嚴(yán)重影響了開采效率。因此，東南礦體前期采用分爆區(qū)間斷鑿巖爆破作業(yè)方式以避免炮孔垮落問題，但這種開采技術(shù)效率較低，無法充分發(fā)揮鑿巖設(shè)備效率，在此背景下，東南礦體開展了多爆區(qū)連續(xù)開采技術(shù)研究。

1.1 采礦方法

謙比希銅礦東南礦體傾角為15°～30°、垂直厚度為10～15 m，設(shè)計(jì)采場(chǎng)寬9 m、長(zhǎng)80～180 m，采場(chǎng)礦量為2 萬～4 萬t，采礦方法為預(yù)切頂下向平行中深孔采礦法。該方法適用的礦體礦房分兩步驟回采，不相鄰的兩個(gè)礦房為第一步驟回采礦房，與第一步驟相鄰的礦房為第二步驟回采礦房。礦房回采分兩個(gè)分層進(jìn)行，上分層為切頂層，厚度一般為4.5 m，使用DD422i 雙臂掘進(jìn)臺(tái)車進(jìn)行穿孔作業(yè)；下分層采用DL431 臺(tái)車在上分層鑿下向平行中深孔爆破，智能遠(yuǎn)程遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦。

1.2 孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)謙比希銅礦東南礦體所做爆破漏斗試驗(yàn)以及之前生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，確定排間距為2.0 m，中間孔孔間距為2.2 m，可取得比較好的破碎效果，同時(shí)可依據(jù)礦巖完整性適當(dāng)增大或縮小孔網(wǎng)參數(shù)。

謙比希銅礦采用逐孔起爆方式，孔內(nèi)采用500 ms 延期，孔外采用毫秒延期，確定其雷管段位排布最大不能超過500 ms，因此，每個(gè)爆區(qū)設(shè)置在5 排為宜。具體施工方案如圖2 所示。

1.3 邊幫孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

采場(chǎng)通過光面爆破對(duì)邊幫進(jìn)行控制，采用徑向不耦合裝藥方法，即對(duì)Φ76 mm 邊幫孔中插入Φ50 mm PVC 管，使其實(shí)現(xiàn)徑向不耦合裝藥以達(dá)到邊幫控制（見圖3）。由于采用不耦合裝藥，邊孔每米裝藥量為原來的1/3，因此調(diào)整孔距，臨近邊幫孔距調(diào)整為1.5 m，并且在排間設(shè)置加強(qiáng)孔，通過增加邊孔密度以達(dá)到光面爆破控制邊幫的效果，如圖2所示。

圖2 多爆區(qū)連續(xù)施工示意(單位:m)

圖3 邊孔徑向不耦合裝藥

此外，東南礦體是傾斜層狀礦體，且?guī)r層與夾層可鑿性差別較大，導(dǎo)致炮孔偏斜較大。為了保證邊幫炮孔施工到位，在鑿巖方面，采用穩(wěn)桿器（見圖4）對(duì)鉆孔進(jìn)行糾偏，在使用雙穩(wěn)桿器的情況下可以有效減小鉆孔偏斜，考慮到炮孔固定向一個(gè)方向偏斜，在施工邊幫孔時(shí)采用糾偏角85°進(jìn)行對(duì)沖。

圖4 DL 短穩(wěn)桿器

采用光面爆破可基本解決下向孔邊幫控制問題，試驗(yàn)采場(chǎng)結(jié)果表明，孔深為13 m 左右時(shí)，一般邊幫孔插入Φ50 mm PVC 管10 m 為宜，這樣既可保證邊幫平整，也可以解決因孔底夾制性大導(dǎo)致的邊幫根底；插入Φ50 mm PVC 管12.5 m 時(shí)，破碎礦巖出現(xiàn)邊幫根底的概率增大。

1.4 臨爆排炮孔保護(hù)技術(shù)

后沖控制是實(shí)現(xiàn)下向孔采場(chǎng)多爆區(qū)連續(xù)打孔的基本條件，影響后沖的最主要因素是最后一排孔的填塞長(zhǎng)度、抵抗線大小和延期時(shí)間等因素；填塞長(zhǎng)度太小容易形成反向爆破漏斗，導(dǎo)致后沖增大，破壞后排炮孔。

經(jīng)過多次試驗(yàn)研究表明，最后一排炮孔填塞深度留4.5 m，此時(shí)乳化炸藥發(fā)泡后的填塞長(zhǎng)度在2.5～3.0 m（見圖5）。增大填塞長(zhǎng)度的情況下，通過縮小排距到1.8 m 以控制大塊率（見圖2），后沖可控制在1.0 m 以內(nèi)，基本不影響后續(xù)爆區(qū)爆破，如圖5所示。

圖5 炮孔堵塞長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

1.5 相鄰爆區(qū)間隔距離設(shè)計(jì)

為保證相鄰爆區(qū)互不影響，增大前后爆區(qū)間距（后續(xù)爆區(qū)前排炮孔抵抗線）是非常好的措施，考慮現(xiàn)場(chǎng)鑿巖設(shè)備限制以及作業(yè)便利性，在目前中間3 孔每一位置分別進(jìn)行了3 個(gè)Φ76 mm 炮孔替代一個(gè)Φ76 mm 炮孔試驗(yàn)，形成束孔爆破效應(yīng)以此增大前排炮孔抵抗線，如圖6 所示。

圖6 等效大孔示意

根據(jù)束狀孔效應(yīng)，3 個(gè)孔(直徑d)可以等效為一個(gè)大孔，由式（1）可以確定等效大孔直徑D。

藥包抵抗線計(jì)算公式見式（2），根據(jù)爆破漏斗應(yīng)變能系數(shù)不變，可以換算出束狀孔抵抗線為原炮孔抵抗線的倍，求得束狀孔前排抵抗線為2.9 m。

式中，N為藥包為Q時(shí)的臨界深度，m；Q為藥包質(zhì)量；E為應(yīng)變能系數(shù)。

根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果表明，前排抵抗為2.5～2.7 m 時(shí)，爆破效果良好，前排基本無大塊。該采場(chǎng)由于整體性較差，因此相鄰爆區(qū)相距2.5 m。爆區(qū)最后一排由于要控制后沖，在增大填塞長(zhǎng)度的情況下，通過縮小排距到1.8 m 以控制大塊率，如圖2所示。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)最終確定爆區(qū)排間距為2.0 m，前排抵抗線增大到2.5 m，最后排抵抗線為1.8 m，受邊孔裝藥影響，孔距調(diào)整為邊幫1.5 m，中間3 孔2.2 m，且在排間位置設(shè)置加強(qiáng)孔。根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，在謙比希銅礦東南礦體732-1-W7L 采場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2.1 施工技術(shù)細(xì)節(jié)

多爆區(qū)連續(xù)施工細(xì)節(jié)如下：

（1）采場(chǎng)多爆區(qū)連續(xù)打孔，炮孔超深應(yīng)比常規(guī)炮孔超深增加0.5 m，防止鑿巖巖粉沉底變干導(dǎo)致超深不足；

（2）所有炮孔采用編織袋裝河砂封堵炮孔孔口，防止裝藥施工過程中破壞炮孔；

（3）孔深13 m 左右時(shí)，一般邊幫孔插入Φ50 mm PVC 管10 m 為宜，這樣既可保證邊幫平整，也可以解決因孔底夾制性大導(dǎo)致的邊幫根底；

（4）采用穩(wěn)桿器糾偏以及鉆機(jī)采用85°糾偏角反向?qū)_可以有效控制鉆孔偏斜。

2.2 爆破效果

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，該多爆區(qū)連續(xù)施工設(shè)計(jì)方案取得良好的效果，邊幫控制較好（見圖7（a）），后排炮孔無堵塞且大塊率低（見圖7（b）），在生產(chǎn)效率上得到提高，表明謙比希銅礦多爆區(qū)連續(xù)開采技術(shù)方案設(shè)計(jì)較為合理，可以獲得預(yù)期效果，目前多爆區(qū)連續(xù)開采技術(shù)已逐步應(yīng)用于其它采場(chǎng)。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)爆破效果

3 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

（1）在采場(chǎng)邊孔插入50 mm PVC 藥管形成不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，同時(shí)縮減邊孔距至1 m，并結(jié)合鉆孔糾偏技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光面爆破，可以較好地控制邊幫，且在管長(zhǎng)低于孔深時(shí)可以解決邊幫根底問題。

（2）在每個(gè)爆區(qū)最后一排填塞深度由常規(guī)孔的3 m 擴(kuò)大到4.5 m 來控制后沖，同時(shí)將最后一排孔排距降低到1.8 m，從而可以有效控制后沖問題，同時(shí)保證較小抵抗線以獲得良好的破巖效果。

（3）通過計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出前排抵抗線，即爆區(qū)間隔為2.5～2.7 m，爆區(qū)首排中間孔采用3個(gè)76 mm 炮孔形成束狀孔效應(yīng)，等效為具有更大抵抗線的大直徑炮孔，這樣可以保證前爆區(qū)后沖不會(huì)影響后續(xù)炮孔，且采場(chǎng)基本沒有大塊，爆破效果良好。