露天矿中深孔爆破质量的控制浅析露天矿爆破大块和根底产生的原因及对策

露天矿中深孔爆破质量的控制浅析露天矿爆破大块和根底产生的原因及对策

孔爆炸是矿山生产的一个焦点。它决定了不同技术环节的效率和经济效益，如大坝、运输和破碎，对整个矿山的生产和技术经济指标有重大影响。矿岩爆破大块率和根底率是衡量爆破质量的两项重要指标,因此,寻求有效减少爆破大块率和根底率的方法为露天爆破突出的问题之一。在露天矿中深孔爆破生产中,不合理大块、根底出现有主客观两个方面,下面结合本钢歪头山铁矿的生产实践,对这些问题进行系统的分析和探讨。1成矿岩石及爆破方式歪头山铁矿是已开采30多年的大型露天矿山,现已进入深部开采阶段,属鞍山式沉积变质矿床,矿区含矿岩构成一个较完整的同斜向斜构造,主要工业矿体分三层产出。矿岩呈南北走向,倾向西,倾角一般在40°～60°。矿石为磁铁石英岩,其普氏硬度在18～20。岩石主要有阳起石英岩,斜长角闪岩,混合花岗岩,辉绿岩,片麻岩等。岩石硬度变化范围较大,普氏硬度在14～18。矿岩产状复杂,无一定的分布规律。矿中有岩,岩中有矿,矿岩交替出现。而在整个矿床中有3条破碎带和1条大的断层,受其影响较大。个别岩层节理,裂隙及结构面很发育。随着开采的延深,地下涌水较大。爆破方式是多排孔毫秒微差爆破。台阶高度为12m,孔深一般在14～15.5m。孔网参数多用5m×10m和7m×7m两种。都采用三角形布孔。起爆方式多用“斜线”和“V”形起爆。炸药单耗控制在0.315kg/t左右。2关键和根本原因的分析2.1对可爆性差区域的分区矿岩可爆性是影响爆破质量的唯一客观原因,对可爆性差的矿岩形成大块和根底的主要原因是炸药单耗低,爆破能量不足。根据矿岩可爆性对采场进行分区,对可爆性差的区域,应根据客观情况从技术角度采取提高炸药单耗、降低爆破效率等措施来提高爆破质量。歪头山铁矿主采场下盘中部偏南地段主要分布Fe2Pu,其可爆性差,是大块和根底频繁出现的地段,通过适当提高炸药单耗(提高了15%～20%),基本控制了该部位的大块率、根底率。虽然提高了爆破成本,但由于提高了爆破质量,相对降低了其后铲装、运输、破碎等工序的成本,降低了采矿总成本。2.2爆破方向的设计同一爆区分布两种或两种以上矿岩,且矿岩交互出现,其可爆性差异较大,在地质条件复杂的矿山经常出现。由于孔网参数不变,这就使得一部分炮孔必然布置在矿岩交界处。分布在交界处的炮孔势必就出现了抵抗线不均匀,改变了原来设计的爆破作用方向,使设计方向爆破作用不够充分,留下了大块和根底。这就要求地质部门提供尽可能详尽的地质资料,爆破设计人员摸清矿岩性质、产状及其变化情况,合理布孔,使得每一炮孔在各个方向的抵抗线尽量均匀。在个别无法避开的情况下,在可能产生根底的地方适当加密炮孔,增加药量,就可以消除根底。歪头山铁矿主采场140m水平北部某一爆区产生根底,见图1。该爆区为磁铁矿(Fe2Pu),爆区中间有辉绿岩(δ)夹层,爆区设计较短,一边为爆区接头,采用斜线起爆,炮孔A布置在矿岩交界处的矿石中,起爆方向设计如图1中a所示。而辉绿岩相当易破碎,是一软弱夹层,这就相当于一个自由面。使得炮孔A在b方向上抵抗线最小,炮孔A的实际作用方向主要沿着b进行,而在原设计方向上留下了根底。2.3wm的wm-dna分析露天矿中深孔爆破生产中,前排孔底盘抵抗线过大是根底产生的主要原因之一。如图2所示,Wd为底盘抵抗线,是残留根底的主要参数;Wa为平均抵抗线,决定矿岩破碎程度;Wm为最小抵抗线,决定爆破安全性。在一般的中深孔爆破设计中,只有做好Wd、Wa、Wm三者的相对均衡,才能安全、质量兼顾。但台阶坡面几乎全是凹凸不平的,经常出现Wd过大的现象。一般是把安全放在第一位,难免出现由于底盘抵抗线大,使得台阶根部在爆破漏斗作用范围之外,也就是说台阶根部没有受到炸药能量的作用而产生了根底。根据台阶工作面规格和钻机安全工作条件确定底盘抵抗线为:Wd=Hctgα+e,(1)式中,H为台阶高度,m;α为台阶坡面角,(°);e为钻机作业与崖边安全距离m,一般取3m。当α为70°时,Wd=7.368m,这是最理想的,但当α小于60°时,Wd过大,爆破质量难以保证。在已经出现底盘抵抗线过大时,应采取措施:①第一排孔加密;②增加前排孔的超深;③前排孔底部使用高威力的炸药;④保证安全的情况下,第一排孔尽量钻凿在台阶边;⑤有条件的情况下采用斜孔爆破;⑥预先拉底。2.4爆破作用运出特性一般深部露天矿开拓方式是从中部矿岩交界部位掘沟,向上下盘扩帮,因此上盘一般为反倾斜岩层,即上盘岩层向台阶里面倾斜。根据爆破原理,根底是靠孔眼底部炸药爆破漏斗的作用清除的,由于岩层之间存在结构面,且结构面与漏斗面相一致,爆破作用沿着弱面间进行,能量从弱面之间泄露,设计的爆破作用漏斗半径减小了,而在前方留下了根底,见图3。解决措施:①增加前排孔超深;②尽量减少孔边距e,以达到减小底盘抵抗线的目的(取2～2.5m);③采用补底眼的方式,以预先消除根底。2.5布孔、斜线起爆最佳参数的确定孔网参数选取大都采用单孔最大装药量确定孔距和排距,用式(2)～式(7)计算单孔爆破负担面积:Qmax=(πD2YY2LYp)/4,(2)LY=H+h-LC-LK,(3)Qmax=qabH,(4)S=Qmax/(qH),(5)S=ab,(6)m=a/b,(7)式中,Qmax为单孔最大装药量;DY为装药孔直径;p为装药密度;h为炮孔超深;LC为炮孔填塞长度;LK为间隔长度;q为炸药单耗;S为单孔爆破负担面积;a为孔距;b为排距;m为炮孔临近系数。根据爆破实践和矿岩可爆性分级选取合理的参数S,当S确定后,a、b由m来确定,参照美国杜邦推荐的矩形布孔、斜线起爆最佳方案m值为2～2.17。当孔网参数偏小,在炸药单耗基本不变的情况下,药柱重心下降,填塞过长,上部易产生大块;当孔网参数偏大,重心部位易产生大块,且其底部易产生球冠形状的根底。在多年的实践中,歪头山铁矿采用大孔距、小排距的爆破法(即在孔网面积不变的条件下,适当的缩小排距,增大孔间距),能显著改善爆破质量,降低大块和根底率的产生。2.6发生在更多基础上的情况下，各有侧重、分类、被试的情况就装药高度过小往往是造成台阶上部大块过多的原因,尤其是爆区前排孔上部存在额头的情况更加如此。为了克服这一问题,歪头山铁矿采用空气间隔装药结构的爆破技术,空气层的高度可占整个装药高度的15%～20%,在保证炸药单耗不变或稍许减少的情况下,提高了装药高度,增大了台阶上部爆炸力量,从而减少了大块产出。2.7爆破效率低下超深的目的是减低药柱重心位置,以便有利于克服台阶底部阻力。对一定特性的岩石,超深过小,易产生根底;超深过大,不仅浪费钻孔和炸药,降低了爆破效率,而且由于药柱重心过低,台阶上部易产生大块,并破坏下一台阶表面岩体的整体性,给以后穿孔作业造成困难。一般炮孔超深可按公式(8)、式(9)计算:h=(0.15～0.35)Wd.(8)h=(8～12)D.(9)根据歪头山铁矿爆破经验,在坚硬难爆的岩石中,h取2.5～3.5m;在中硬岩石中h取2.0～3.0m;在软岩中h取0.5～2.0m。2.8爆破质量方面多排孔微差挤压爆破,由于渣堆的存在,为挤压创造了条件,在适当增加炸药单耗的情况下,一方面可以显著地增加岩石中爆炸应力,延长爆炸作用时间,改善能量的利用率和爆破效果;另一方面,能控制爆堆宽度,避免矿岩飞散,对铁路运输的矿山尤为重要。压渣厚度最适宜尺寸为8～10m,当压渣超过15m时,大块率升高,并出现大量根底。解决措施:①控制压渣厚度;②缩小前排孔临近系数;③适当增加超深;④适当提高炸药单耗。2.9废孔影响监管由于穿凿的炮孔堵塞、塌方或位置与设计偏差较大时,需补穿新孔,而未填塞的废孔周围在爆破后常出现大块,其原因是爆破能量从废孔中泄露而形成。装药时炮孔发生堵塞,炸药没沉入孔底,或者是由于炮孔质量差,装药时炮孔塌方,