玉龍銅礦多排孔大區域微差爆破技術試驗*

陳旭,唐啓斌,石福元,嚴立德,唐鳴東,謝學儒

(1.西部礦業西藏玉龍銅礦股份有限公司,西藏自治區 昌都市 854000;2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南 長沙 410012)

0 引言

小規模、多次數的爆破是礦山產量難以提升、環保壓力增加的重要原因之一,多次的爆破安全警戒也增加了礦山安全管理的相關風險。為了滿足綠色礦山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。針對上述問題,相關學者及從業人員提出多排孔微差爆破技術,以提高單次爆破規模,減少爆破次數。余良[1]在李樓鐵礦應用中深孔多排爆破工藝,縮短了回采時間,取得了預期效果;陳亞軍等[2]對大區毫秒微差爆破起爆網路進行優化,大大提高了礦山爆破效果;劉亞飛[3]采用多排孔微差爆破有效降低了南泥湖露天鉬礦的爆破大塊率,提高了采場回采的生產效率;張超[4]根據渣堆厚度以及松散系數,確定了多排孔微差擠壓爆破的各項參數;楊琳等[5]采用大規模深孔控制爆破起爆網路技術,解決了深圳安托山大規模深孔爆破存在的大塊率高、爆破振動大等問題。

參考相關學者的研究,在玉龍銅礦進行了多排孔大區域微差爆破試驗,提升了玉龍銅礦的爆破破碎效果,降低了爆破次數,節省施工時間,提高了采場生產效率,降低了生產成本,加快了施工進度。

1 多排孔大區域微差爆破

大區域微差爆破巖石就是利用微差爆破優點,增加單次爆破排數,一次爆破巖石方量較大,有利于加強巖石破碎程度,減少放炮警戒次數,避免由于多次放炮造成大塊率增高的問題,減少場地平整、鑿巖、爆破、挖裝、運輸、調度等工序的停頓次數,減少穿孔設備、采裝設備的移動、等待時間,提高設備的利用率,降低施工時間和生產成本,加快施工進度等,顯著提高生產效率[6-7]。

玉龍銅礦在生產過程中需要嚴格控制生產成本,降低爆破作業成本的核心是降低炸藥單耗。玉龍銅礦目前進行的臺階爆破一般控制在3～4排,當炮孔排數較少時存在大塊率高,塊度不均勻,爆破前沖現象嚴重,爆堆堆積形態較差,爆區一次爆破量小等問題,并且當排數較少時,一次穿孔數量少,爆破方量小,穿孔設備、采裝設備頻繁移動,減少了有效工作時間,影響了設備的效率,增大了油耗,提高了成本。

針對目前玉龍銅礦臺階爆破生產現狀,擬將單次爆破生產排數提升至6排,相比于原先的3～4排孔爆破,在相同的爆破面積下,總爆破次數可減少1/3～1/2,整體效率最少提升25%。

2 試驗方案

針對玉龍銅礦的實際,設計了3組多排孔大區域微差爆破工業試驗,并以1組常規爆破作為對照組。試驗場地分別位于西山4635、西山4650以及西山4710平臺。試驗參數見表1,此前,玉龍銅礦已針對斑巖型銅礦開展爆破參數優化試驗,并確定其孔網參數為孔距6.5 m、排距4.5 m,大區域微差爆破試驗采用優化的孔網參數,且方案一、方案二、方案三每個爆區均布設6排炮孔。為了增強爆破過程中巖塊之間的推墻效果,采用逐孔起爆方式,單孔單響,既減少單響最大藥量,又能提高礦石爆破效果。為了有效控制爆破后沖作用,方案一與方案二最后排延期時間增加至65 ms,方案三保持不變。此外,為了有效控制爆破根底,在孔底先裝藥1.5 m,再下放起爆彈。方案四布置4排孔,采用常規爆破作為對照組,以驗證多排孔微差爆破的效果。

表1 玉龍銅礦臺階爆破工業試驗方案

3 大區域微差爆破效果評價

3.1 爆破塊度

根據玉龍銅礦大區域微差爆破工業試驗效果,通過對爆堆進行拍照識別,獲取不同方案的爆破塊度篩分數據,由于方案一與方案三僅最后排延期時間存在差異,其塊度差異不大,整理方案一、方案二和方案四的爆破塊度分布如圖1所示。將試驗的巖石塊度大于600 mm 的巖塊定義為大塊,小于100 mm 的巖塊定義為小塊,100～600 mm 為合格塊度。

圖1 不同方案的塊度過篩百分率

由圖1和表2可知,3種方案的最大粒徑分別為78.66 cm,50.33 cm,105.38 cm,其中,采用4排孔爆破的塊度最大,且其合格塊占比最小,為81.07%,而6排孔常規逐孔起爆的最大塊度遠小于4排孔逐孔起爆的最大塊度,其合格塊占比也明顯高于4排孔逐孔起爆,達到87.09%。這說明6排孔逐孔起爆提高了玉龍銅礦斑巖礦爆破破碎程度,爆破塊度也更均勻,這是由于采用多排孔微差爆破,礦石拋擲的碰撞破碎作用進一步增強,從而大幅度改善了爆破破碎質量,爆破塊度均勻性增強,方案二采用6排孔“V”形擠壓爆破技術,最大爆破塊度僅為50.33 cm,爆破塊度進一步降低,但其塊度低于10 cm 的小塊占比增加,達到了18.93%,這是由于采用“V”形擠壓逐孔爆破,礦塊之間的擠壓破碎作用進一步增強,導致其塊度進一步減小,小巖塊占比有所上升。盡管采用6排孔常規逐孔起爆有部分大于60 cm 的大塊,但占比較少,僅為4.46%,其合格塊占比較“V”形擠壓爆破多6.02個百分點,因此,可以認為常規逐孔起爆即可滿足玉龍銅礦大區域微差爆破的生產需求,但針對硬度相對較大或者冬季凍土情況,可考慮采用“V”形擠壓逐孔起爆,以獲得理想的爆破塊度。

表2 不同方案的爆破塊度占比

3.2 爆破后沖作用

由于推墻作用,前排巖石在先起爆炮孔作用下沿自由面方向拋擲形成主動位移區,從而為后排孔提供了爆破自由面,爆破作用力沿自由面方向對礦巖產生更大的破碎作用,使得爆破后沖作用相應減小,邊坡面更加平整。在露天臺階爆破中,為了控制巖石后翻,減弱后沖作用,通常會適當增加最后一排炮孔的延期時間,改變后排孔礦巖的移動距離,從而使最后一排礦巖在前排孔形成的自由面作用下有足夠的位移,并在爆區后邊界形成的爆堆上有一條明顯的溝槽。

方案一與方案三均采6排孔常規逐孔起爆,除了最后一排炮孔的延期時間不同,其他參數均保持一致,對兩組臺階坡面進行測量,方案一邊坡平整度約為260 mm,爆后坡面角為73°,方案三邊坡平整度約為335 mm,爆后坡面角為67°,根據玉龍銅礦對臺階坡面角要求,需控制臺階坡面角在65°～75°,兩種方案均能滿足玉龍銅礦對臺階坡面角的要求,但方案一的最后排延期時間為65 ms,邊坡面更為平整,說明其后沖作用明顯較低,因此可適當增加最后排炮孔的起爆延期時間,以減小爆破后沖,降低爆破沖擊對邊坡的影響。

3.3 臺階平整度

根據玉龍銅礦對臺階平整度要求,爆破作業后,臺階平整度需要控制在±500 mm 以內。圖2為玉龍銅礦大區域微差爆破臺階平整情況,由圖2可以看出,爆破的臺階較為平整,基本無根底存在,也不存在明顯超挖。4種方案的臺階起伏差分別為330 mm、415 mm、355 mm 和430 mm,4種方案均能滿足玉龍銅礦對臺階平整度的要求。

圖2 區域微差爆破臺階平整情況

3.4 爆破規模與消耗

4種方案的爆破規模以及炸藥消耗量見表3,6排孔大區微差爆破3次工業試驗的平均爆破方量為59 500 m3,而采用4 排孔的平均爆破方量約為27 000 m3。因此,常規條件下采用6排孔大區域微差爆破的爆破方量,至少需要兩次以上的正常四排孔爆破,由此可以看出,采用多排孔大區域微差爆破,可以極大地減少爆破次數,從而減少了鑿巖、鏟裝設備在不同爆區之間的轉移次數,減小了設備在爆區之間轉移所消耗的時間,并降低了由于設備轉移所需的油耗。3種6排孔大區域微差爆破的炸藥單耗相比于4 排孔微差爆破分別降低了8.28%,8.48%,2.37%,6排孔大區域微差爆破的炸藥單耗比4排孔常規爆破有明顯降低,炸藥消耗降低,在一定程度上控制了炸藥成本。因此,采用6排孔大區域微差爆破可極大地提高玉龍銅礦生產效率,降低施工時間和生產成本,加快施工進度。

表3 不同方案的爆破規模與炸藥消耗

4 結論

(1) 玉龍銅礦采用6 排孔大區域微差爆破技術,可以增加礦石破碎程度,有效降低礦塊大塊率,并提高鏟裝效率;同時可以有效降低爆破次數,節省設備轉移所需時間,提高玉龍銅礦的生產作業效率。

(2) 根據玉龍銅礦6排孔大區域微差爆破工業試驗結果,推薦玉龍銅礦斑巖型銅礦大區域微差中深孔臺階爆破參數為:炮孔孔間距為6.5 m,炮孔排間距為4.5 m,底盤抵抗線為4.5 m,起爆方式采用常規逐孔起爆,孔間延期時間為17 ms,排間延期時間為42 ms,最后排延期時間為65 ms,針對相對較硬或冬季凍土情況,可考慮采用“V”形逐孔擠壓爆破,以實現較好的爆破效果。

(3) 本次試驗只對斑巖銅礦礦體區域開展了6排孔大區域微差爆破技術試驗,除此之外,對廢石也可采用多排孔大區域微差爆破技術,通過對爆破參數進行優化,有效提高廢石剝離鏟裝效率,從而降低生產成本。