束状深孔爆破方案在冬瓜山铜矿的应用

陆正来, 王发芝

(铜陵有色金属集团股份有限公司 冬瓜山铜矿，安徽 铜陵244031)

引言

铜陵有色冬瓜山铜矿是我国首座开采千米、日产万吨的特大型金属矿山。矿段采用阶段空场嗣后充填采矿法，采场以盘区形式布置，盘区垂直矿体走向，宽度为100 m，长度为矿体的倾向长度，采场沿矿体走向布置，堑沟式底部结构，铲运机进路出矿[1]。因此，矿床的赋存状况及产状要满足1万t/d的持续生产能力，必须采取强化开采措施。因此，新技术的推广应用对实现矿山可持续发展显得十分重要[2]。

1 矿床地质条件

冬瓜山矿床是大型铜硫矿床，埋藏深、含硫高、规模大，主矿体长1 810 m，平均宽500 m，平均厚37.5 m，赋存标高为-690～-1 007 m[3-6]。

冬瓜山矿体由易选和难选两种性质的矿石组成：上部矿体是易选的含铜磁黄铁矿，f系数15～20，平均厚度为30.5 m，较稳固；下部矿体是难选的含铜蛇纹岩，包含蛇纹岩、绿泥石、滑石、石膏等强度低的矿物，f系数3～10，平均厚度为7 m，整体稳固性较差。矿体顶板岩性以栖霞组—黄龙—龙山组大理岩为主，f系数6～11，稳固性较好；矿体底板岩性为砂岩、石英砂岩，f系数12～23，稳固性一般。

2 采场参数及凿岩参数的确定

2.1 采场参数

采场参数在冬瓜山矿体总体设计中已确定：矿房采场长82 m，矿柱采场长78 m，宽度均为18 m，高度为矿体的垂直厚度[7]。

2.2 凿岩参数

采场拉底采用SimbaH1354凿岩机在堑沟巷道内向上凿扇形中深孔。炮孔深度9～11 m，炮孔直径76 mm，排距1.6 m，孔底距2.2～2.6 m，每排7～9个孔，均为55°以上炮孔，相邻排之间孔底呈梅花交错布置。采场束状深孔采用Simba261高风压潜孔钻机凿下向垂直深孔，炮孔直径Φ165 mm，炮孔深度贯穿凿岩硐室底板和拉底层顶板之间。

3 束状深孔爆破机理及布孔参数

通过在狮子山铜矿进行大直径束状深孔盘区崩落采矿法试验和应用研究，结果表明：大直径束状深孔爆破技术具有作业效率高、改善作业环境、采场结构简单、便于地压控制等显著优点，在相同爆破条件下，可以获得更好的爆破效果[8]。根据冬瓜山矿床的特点与开采技术条件，厚大缓倾斜矿体采用阶段空场嗣后充填采矿法，采用大直径束状深孔当量球形药包爆破工艺。通过爆破漏斗试验，束孔乳化硝铵炸药最大比能V0/W=0.196，大孔比能V0/W=0.049，等效束状孔爆破与大孔爆破进行比较，等效束状孔爆破明显比大孔爆破好。

由数个间距为3～8倍孔径的密集平行深孔组成一束孔，束孔(直径d)同时起爆，对周围岩体的作用视同一个更大直径(等效直径D)炮孔的装药的爆破作用。

束状孔布孔参数[9]：5个孔为一束，形成边长为0.825 m的正五边形，束状孔之间中心距为7 m；硐室边界孔离束状孔中心为5.5 m，布置2个大孔为一组，一组内孔距0.825 m，两组孔中心距为7 m，端帮为垂直平行单孔，间距为3.6 m，以控制采场边界。

4 采场爆破方案

随着束状孔爆破在冬瓜山矿床的广泛应用，目前矿房采场的束状孔爆破方案有下面两种：

方案一：采场的所有束状孔整体起爆，爆高7 m；破顶高度控制在12～14 m，见图1。

图1 爆破范围及雷管分布

方案二：先在采场中间用束状孔拉槽，形成侧向崩矿空间，见图2；待爆到一定的高度后，再对其余束状、边孔进行侧向崩矿；破顶时爆高控制在10～12 m，采场所有孔一次性崩落(同图1)。

图2 拉槽爆破范围及雷管分布

5 装药结构及起爆顺序和网络

5.1 束孔爆破装药结构

图3 方案一装药结构

图4 方案二装药结构

方案一装药结构(见图3)：按0.4～0.8倍的最小抵抗线要求，堵塞长度取3 m，在距孔底0.5 m处堵孔，然后充填2～2.5 m河砂。装药采用连续装药，每孔装8条药，炸药直径为140 mm，装药长度为4 m，共计72 kg，上部堵塞3 m河砂；采用双导爆索孔内全长起爆方式起爆炸药，将双导爆索绑于袋装乳化炸药上，放到孔底，装药至设计高度；破顶装药结构：孔底堵塞2 m，连续装药4 m，中间堵塞0.5 m，再连续装药4 m，孔口堵塞2 m。

方案二装药结构(见图4)：拉槽及破顶孔的装药结构与方案一相同，侧崩孔孔底堵塞3 m，连续装药3 m/6条/54 kg，中间再堵塞3 m，再连续装药3 m，以此类推，起爆方式与方案一相同；破顶装药结构：孔底堵塞1.5 m，连续装药3.5 m，中间堵塞0.5 m，再连续装药3.5 m，孔口堵塞2 m。

5.2 起爆顺序

方案一首先起爆采场中首爆束状深孔，然后起爆采场两侧及两端深孔(具体顺序见图1)；方案二拉槽起爆顺序如图2所示，侧崩爆破顺序为先起爆槽区边的束孔，再起爆边孔。束孔内各孔同时起爆，束孔、边孔采用孔口和孔内微差起爆。

5.3 起爆网络

孔内采用双导爆索起爆炸药，放至每个炮孔距孔口10 cm处，在孔内双导爆索上连接两发非电雷管，孔口由两发雷管起爆环形导爆索，主起爆网络采用单导爆索双回路环形起爆系统。起爆网络如图5所示。

图5 爆破网络

6 结语

通过对两种方案的比较，可以总结出：方案一每次爆破的炸药用量较大，一次性采矿量也较大，但是每个孔都要进行多次装药，在多次爆破后对孔口、孔壁的破坏较严重，影响下次装药；方案二灵活多变，侧崩时爆高及范围可根据需要适当调整，侧崩孔爆破次数减少，对孔的保护较好。单孔爆破次数较少，工人劳动强度减少。爆破施工技术要求降低，容易实施，但前期拉槽产量较小，后期产量可达到要求。最大一响药量大，地震波较大(见图6、7)。

可供类似矿山爆破借鉴的主要经验有：

1)控制深孔偏斜率，其孔底偏斜随着深度的加深而增大，由于束孔孔间距为0.825 m，容易造成大孔之间的贯通，将形成一边抵抗线增大，一边抵抗线减小，影响爆破效果，导致大块率增加。

2)为了减少下向爆破冲击波对出矿进路眉线产生的破坏作用，我们采取在采场底部预留矿石垫层进行保护，高度控制在出矿进路眉线高3 m以上。

表1 爆破方案比较

图6 方案一爆破次序图

图7 方案二爆破次序图

[1]杨承祥,罗周全,胡国斌,等. 深井金属矿床安全高效开采技术研究[J]. 采矿技术, 2009, 6(3):142-146.

[2]王毅刚,岳宗洪. 工程爆破的发展现状与新进展[J]. 有色金属(矿山部分), 2009, 61(5):40-43.

[3]郭 然,潘长良,冯 涛. 充填控制岩爆机理及冬瓜山矿床开采技术研究[J]. 有色金属, 1999, 51(4):4-7.

[4]唐礼忠,潘长良,谢学斌. 深埋硬岩矿床岩爆控制研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2003, 22(7):1 067-1 071.

[5]孟稳权,罗周全. 冬瓜山复杂边界矿柱爆破设计关键技术研究[J]. 有色金属(矿山部分),2009,61(3):55-58.

[6]文永胜,方颜空,吕力行. 露天矿深孔控制爆破实践[J]. 有色金属(矿山部分),2009,61(4):52-54.

[7]王贻明,杨承祥,余佑林,等. 深井高应力缓倾斜矿床回采方案优化[C].//周爱民. 采矿科学技术前沿论坛论文集. 长沙:中国有色金属学会, 2006:20-23.

[8]刘文永. 束状深孔爆破技术的试验研究和应用[J]. 北京矿冶研究总院学报, 1994, 3(1):13-18.

[9]袁向全. 平行束状深孔爆破技术的研究[J]. 有色金属, 1999, 51(3):20-22.