创刊于1987年, 双月刊
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块体状矿体的深孔爆破

胡黄龙

胡黄龙. 块体状矿体的深孔爆破[J]. 有色金属科学与工程, 1999, 13(1): 22-25.
引用本文: 胡黄龙. 块体状矿体的深孔爆破[J]. 有色金属科学与工程, 1999, 13(1): 22-25.

块体状矿体的深孔爆破

  • 摘要: 介绍了块体状矿体的结构特点和矿山在穿爆工艺上的变化, 分析了这种矿体深孔爆破大块率高的原因, 提出了降低大块率、提高爆破效果的具体措施。
  • 宜春钽铌矿是一个含钽、铌、锂、铯、铷等多种稀有金属的山坡型露天矿, 矿体结构复杂, 裂隙发育。设计使用的穿爆参数与同类矿山相似, 台阶高度10m, 孔径150mm, 孔距3.5m, 等边三角形布孔, 炮孔倾角75°, 炸药单耗0.4kg/m3。但爆破效果极差, 大块率极高, 块度特别大, 给矿山生产带来了很大的困难。为此, 该矿先后和一些研究单位进行了两次攻关试验, 对穿爆工艺进行了全面系统的研究, 使深孔爆破大块率有了大幅度的降低。第~次攻关试验将大块率由60%~70%降低到30%左右; 第二次攻关试验进一步使大块率降低到10%左右(最大边长尺寸≥ 800mm为大块), 并提出了符合矿山特点的小抵抗线大区短微差预控爆破方法。

    在生产实践中, 该矿依据两次攻关试验的研究成果, 结合生产特点, 对穿孔爆破工艺作了一些调整和改进, 使其更适合生产要求, 爆破效果不仅没有降低, 且还有所提高。

    矿体赋存于雅山花岗岩岩株顶部, 出露于当地侵蚀基准面以上。工业类型为钠长石化、锂云母化花岗岩型矿床。矿体自上而下钠化程度逐渐减弱, 岩石逐渐变硬, 上部有少量的矿石被风化。

    矿石的力学特征为:f = 10, 脆性度低, 弹性模量小(E=2.2×104 MPa), 孔隙度大, 可塑性及韧性较大, 容重2.5t/m3。与一般中硬岩石相比较, 属难爆矿石。更为突出的是, 矿体受N W和W S两组近似正交的急倾斜裂隙(倾角50~80°)和一组缓倾斜裂隙(倾角12~14°)交切, 裂隙间距为1~3 m, 一般约2 m, 将矿体切割成边长为2 m左右的单体岩块, 成为“块体状”结构的矿体。其状宛如岩块的垒积, 为国内所罕见, 裂隙宽度为5~ 20 mm, 个别达50 mm以上。这样大的裂隙宽度足以使爆破应力波的传递受到严重阻碍。据测定, 岩石试块的纵波传播速度达4870 m/s, 但该矿岩体中的纵波传播速度仅为1570 m/s。这种张开性裂隙面粘结性较差, 爆破时岩块易沿裂隙面松动, 是造成爆破大块率高、产生较大尺寸大块的重要原因。

    由于受地质条件的约束, 宜春钽铌矿的穿爆工艺, 与一般露天矿山不同。通过两次攻关试验和生产实践的不断调整、改进, 最后形成国内大中型露天矿少见的穿爆工艺。

    要获得良好的爆破效果, 必须设法使炸药的爆炸能量在岩体中均匀分布。岩体中的裂隙是影响爆炸能在岩体中均匀分布的重要因素。攻关试验表明, 要改善这种块体状结构岩石的爆破效果, 必须加密孔网, 使每块单体岩石的中心均有炮孔穿过, 且炮孔的排、间距应小于裂隙间距, 炮孔直径相应减小。

    为了使孔网参数与裂隙间距相适应, 并考虑到矿山穿孔作业的实际, 采用排距×孔距为2m×2.2m或2.2m×2.2m的孔网, 穿孔直径改为100 mm。实践证明, 这对降低大块率起到了重要作用。

    理论和实践都证明大孔距、小抵抗线更有利于破碎岩石, 改善爆破质量[1], 特别是对于难爆的岩体和使用微差引爆时更具优点。在爆破试验中, 保持每孔负担面积4.5m2左右的情况下, 改变排距和孔距, 使用排距×孔距为1.5m×3.0m的等腰三角形布孔方案, 或仍用2m×2.2m和2.2m×2.2m的方形布孔, 并对方形布孔实行对角线顺序起爆, 仍保持1.5m的小抵抗线, 也取得了较好的效果。

    试验表明, 采用小抵抗线时, 由于破裂角增大了, 炮孔密集系数可以增加(达到2以上)。该矿在生产过程中, 将密集系数提高到2.6~3.0, 即使用1.5m×4.0m或1.5m×4.5m的等腰三角形布孔(前者比后者的爆破效果更为稳定), 同样取得了良好的效果, 并提高了爆破效率, 克服了钻机在较密孔网(1.5 m×3.0m)中作业时易压坏临近炮孔的弊端。

    爆破试验表明, 爆堆表面大块较多(约占大块总量25%~50%), 主要由是前排炮孔和炮孔顶部所产生的。其原因是炮孔孔口填塞长度较长(1.5~2.0m)和爆破台阶坡面受前次爆破后冲的影响, 岩体破裂加剧。为了降低表面大块的产出率, 应减少孔口填塞长度。试验时, 孔口填塞长度控制在0.8~1.1m, 即为药包直径(80mm)的10~12倍。生产过程中, 考虑到爆破安全和施工便利, 孔口填塞长度控制在1.0~1.5m。此外, 为了保证炮孔穿过的每个单体岩块均装有炸药, 中间填塞长度控制在1m以下。

    炸药单耗对岩石的破碎度有较大影响, 适当增加炸药单耗对提高这种难爆矿体的爆破质量是十分有效的[2]。在工业试验中, 对炸药单耗进行了专门的对比试验, 试验表明, 要使大块率降低到10%以下, 炸药单耗必须达到1.1kg/m3以上。目前的生产实践中, 大多数爆破炸药单耗在1.1~1.2kg/m3之间。

    攻关试验结果表明, 偶合装药的爆破效果优于不偶合装药[2]。偶合装药采用散装粉药, 不偶合装药采用直径为80mm的筒装药。改偶合装药后, 线装密度由筒装药的5kg/m增加到8kg/m, 为了保证短填塞和炸药在炮孔轴线上的均匀分布, 偶合装药必须采取分5~6段的间隔装药结构。但增加了装药麻烦, 延长了装药的时间, 有时候为了抢时间或在阴雨天, 往往难于保证装药质量。在块体状结构的岩体中穿孔, 炮孔穿过裂隙的机会较多, 如炮孔全部采用偶合装药, 则散装药粉被充填到裂隙中的机会增多, 这不仅难于保证正常的装药结构, 而且可能因过量装药而引起爆破事故。

    在实际生产中, 该矿采用分2~4段的分段装药结构, 孔底段为偶合装药, 其余段为不偶合装药, 其爆破效果与全偶合装药基本相当。见图 1所示。

    图  1  装药结构图

    在多排孔微差爆破中, 选择合理的微差间隔时间, 是获得良好爆破质量的关键。攻关试验研究中, 通过高速摄影观测分析和公式计算, 确定合理的微差间隔时间为10ms左右。因受国内爆破器材产品的限制, 实际应用的微差间隔时间为15~25ms。

    实践表明, 对这种裂隙发育的块体状结构进行爆破时, 如果不实行控制爆破, 其后冲塌落和龟裂现象相当严重, 特别是爆破方向与裂隙垂直时, 龟裂现象更为严重, 这不仅增加了大块率, 而且还为下一次穿爆工作带来了后患。因此, 对最后一排孔采取控制爆破是十分必要的。

    试验研究期间, 对常用的几种控制爆破进行了比较, 以预裂爆破的效果为佳。预裂爆破的参数为:孔径100mm, 孔距1.2~1.4m, 与主爆孔的距离为1.8~2m, 平均线装药密度为0.55kg/m, 预裂面的炸药单耗为0.39~0.46kg/m2, 不偶合系数为3~4, 孔口至药包距离1.0~1.2m, 炮孔全充填。预裂孔可先穿孔爆破, 也可与主炮孔同时穿孔爆破。

    生产中应用预裂爆破来控制后冲破坏困难比较多, 难于实施。其主要原因是:打预裂孔使穿孔量增加近一倍, 穿爆效率下降; 爆破工作量大, 施工较为复杂, 难于适应生产发展。因此, 该矿改用简单易行的后排孔减震爆破技术, 即孔网参数与主炮孔一致, 装药量每孔比主炮孔减少30%~50%, 分4段不偶合装药, 并避免爆破方向与裂隙垂直。实践表明, 该技术对减少后冲破坏也起到了有效的控制。

    穿孔精度对爆破效果的影响甚大, 孔网愈密, 穿孔精度要求越高。设计和试验都使用倾斜孔, 倾斜孔有孔位、方位、倾角的要求, 在定位定向时虽经多次调整, 也难以符合要求, 炮孔合格率低。第二阶段试验研究中, 规定炮孔的孔位偏差±0.2m, 倾角偏差±1°, 方向偏差±5°。穿孔时技术人员跟班监测, 好的合格率也只有85%, 平常不合格率高达30%~60%。在密孔网的情况下钻机容易压坏临近已穿好的炮孔。在裂隙多的岩体中, 易出现卡钻、卡药包和堵塞炮孔的现象。特别在雨季经裂隙流入的泥砂填塞炮孔, 透孔率高, 透孔时比垂直孔更困难。因此降低了装药合格率和穿孔工效。

    鉴于上述原因, 将倾斜孔改为垂直孔, 对前排底盘抵抗线较大的地方, 采用补钻倾斜孔, 或用倾斜孔逐渐过渡, 或用浅眼爆破处理。改垂直孔后, 钻孔、装药施工方便, 炮孔合格率大为提高, 透孔率减少, 这为提高爆破质量提供了基础。同时也提高了延米爆破量。

    每次爆破的结果表明, 这种结构复杂的块体状岩体, 其台阶坡面部分和与爆破区相连接的未爆周边后冲塌落的岩石大块产生率高, 扩大爆破规模可以减小这部分岩石在爆破中所占的比例, 因而可起到降低大块率的作用。但爆破规模受生产、爆破、安全等多方面因素的影响与约束, 现在的爆破规模较设计和试验阶段扩大50%以上。这一措施一般可降低大块率1%左右。此外, 由于后冲的破坏, 前排穿孔比较困难, 为了保证爆破质量, 有时候对前排孔还要作加密炮孔或增加药量的处理。显然, 扩大爆破规模对提高经济效益也是有利的。

    过去由于担心产生根底, 一般都采取清碴爆破。在高单耗、小抵抗线情况下, 清碴爆破容易产生飞石和爆堆较散的现象。实践证明, 在压碴厚度不大、矿堆比较松散时, 采用适当压渣的办法, 配合V形起爆可以获得更好的爆破效果, 爆堆形状也较好, 后冲破坏并没有因此而增大。

    宜春钽铌矿经过对爆破试验研究成果的适当取舍, 形成了适应矿山生产实际的穿爆工艺, 使爆破效果和大块率更为稳定。在这些措施中, 有的为了便于生产, 降低了原措施的效果, 如用减震爆破取代预控爆破; 有的则既便利了生产, 又达到了同样或更好的效果, 如将原来使用的75°倾斜孔改为垂直孔爆破等。尽管这些措施对降低这种特殊结构岩体的深孔爆破大块率起了重要作用, 但大块率还远远高出一般矿山, 还需要做多方面的努力。

  • 图  1   装药结构图

  • [1] 马鞍山矿山研究院. 改善深孔台阶爆破破岩质量模拟试验研究. 见: 冶金部黑色金属矿山情报网和中国金属学会凿岩爆破学组合编. 露天矿爆破技术论文选篇. 1983. 67~71
    [2] 高晓初, 吕广文, 钟德政.硝铵炸药的偶合与非偶合装药及单耗的模拟试验.爆破, 1986, (2):11~16
图(1)
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出版历程
  • 收稿日期:  1998-05-17
  • 发布日期:  1999-03-29
  • 刊出日期:  1999-03-29

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