矽卡岩矿体爆破漏斗试验及爆破参数探究

章清涛

(云南迪庆矿业开发有限责任公司，云南迪庆674400)

矽卡岩矿体爆破漏斗试验及爆破参数探究

章清涛

(云南迪庆矿业开发有限责任公司，云南迪庆674400)

通过利文斯顿爆破漏斗理论，开展单孔及变孔径多孔同段爆破漏斗试验，得出爆破实际最佳数据，为高山矿业有效而经济的开采提供科学依据。

矽卡岩;爆破漏斗;爆破相似原理;中深孔爆破

0 引 言

位于我国西南地区三江有色金属－贵金属资源经济区南段的高山铜矿，主矿体赋存于透辉矽卡岩矿化层，呈层状或似层状产出，矿体倾角12°～40°，厚度在3.2～29.7 m 之间变化。矿体顶板以大理岩为主，角岩化变质石英砂岩次之，底板为透辉矽卡岩，上下盘围岩稳固性一般。矿山设计采用中深孔底盘漏斗采矿法开采主矿体，但由于技术基础较薄弱，一直未能确定中深孔爆破孔底距、排间距、炸药单耗等爆破参数;因此，爆破参数的选择及其爆破效果成为采矿方法能否成功应用的关键。通常，工程类比、数值模拟等方法以其周期短、操作容易等优点被广泛应用于爆破参数的研究中[1－2]，然而，该类方法容易忽略矿岩特征而使爆破参数缺乏针对性。1956年，加拿大科学家C.W.Livingston首创了利文斯顿爆破漏斗理论，该理论利用能量平衡准则和相似性原理，通过小型爆破工业试验指导生产中的爆破参数，具有工作量小、结果可靠的优点，近年来得到广泛的应用[3－4]。

根据利文斯顿爆破漏斗理论，在矿山矽卡岩体巷道中设计单孔爆破漏斗试验和变孔距多孔同段爆破漏斗试验，得到最佳埋深、应变能系数、最佳漏斗尺寸和炸药单耗等爆破参数，进而利用爆破相似性原理，推导出适用于矽卡岩矿体的中深孔爆破参数，为中深孔底盘漏斗采矿法提供科学依据。

1 试验与方法

1.1 爆破岩体

矿床为具层控特征的复合成因矿床，矿体主要为含矿矽卡岩矿物组。试验地点选取在3 250 m中段KT－2矿体内的1#采场的废弃巷道内进行。巷道围岩为裂隙不发育的含矿矽卡岩，块状结构，矿岩密度为3.46×103kg/m3，普氏系数 f=8～12。

1.2 单孔爆破漏斗试验

在试验点平整巷道帮壁布置7个炮孔，孔深分别为 0.4 m、0.6 m、0.8 m、0.9 m、1.0 m、1.15 m 及1.3 m;使用YT－27型气腿式凿岩机凿Φ40 mm炮孔，炮孔间距2.5 m。装药前对个别超深孔用炮泥调整到设计深度，后用炮棍装药，装药长度为32 mm，炮孔堵塞长度均至孔口。采用膨化硝铵炸药，药卷直径Φ32 mm，单卷长200 mm，重0.15 kg/卷，每孔装两卷。爆破采用火雷管起爆。

1.3 变孔距多孔同段爆破漏斗试验

在试验地段布置8个炮孔，孔深为0.95 m，孔径40 mm，孔间距分别为0.4 m、0.5 m、0.6 m、0.7 m及0.9 m，以单孔爆破漏斗试验得出的最佳埋深为药包装药深度，炮孔内分别装填0.3 kg炸药，孔内采用同段导爆管起爆，火雷管引爆。

1.4 漏斗尺寸计算方法

(1)漏斗半径:爆破后，扣除漏斗口周围岩石片落部分，圈定漏斗口的边界。然后，以炮孔为中心，间隔45°直接量取8个不同方位的漏斗半径，取其平均值。

(2)漏斗体积:以试验巷道垂直帮壁所在铅垂面为基准面，爆破后按20 cm×20 cm的网格测算漏斗轮廓线距基准面的距离，即为爆破深度;再按辛卜生法求得漏斗各断面的面积，结合漏斗半径可按棱台体得出漏斗体积[5]。

2 结果与讨论

2.1 单孔爆破漏斗试验

爆破后，7个炮孔实测数据见表1。除7#炮孔外，均形成有效爆破漏斗。孔深小于0.9 m时，漏斗直径、漏斗深度及单位炸药爆破体积随埋深比的增加而增加;孔深大于0.9 m时变化趋势相反，且爆破矿岩块度不均，大块率较高。作爆破漏斗特征曲线见图1。

表1 单孔系列爆破漏斗试验参数分析表Tab.1 Analysis on Blasting Crater Testing Parameters for Single－hole System

图1 单位药量爆破漏斗体积与比值深度特性曲线Fig.1 Performance Curve for Blasting Crater Volume of Unit Dose and Ratio Depth

根据爆破漏斗破坏变形方程式(1)及图1，得出单孔爆破的临界埋深为1.12 m，最佳埋深为0.73 m，最佳埋深系数为 0.65，应变能系数为1.33，炸药单耗为 0.71 kg/t，最大爆破漏斗体积为0.12 m3。

式中:Le，Lj—分别为爆破漏斗体积及最佳爆破漏斗体积;

E—应变能系数;

Q—球状药包重量，kg;

Δj—最佳埋深比，△j=Lj/Le。

应用最小二乘法原理，对上述试验数据进行4次项回归，得到爆破漏斗体积(V/Q)与药包埋深(L)间关系式(2)，以及爆破漏斗直径(D)与药包埋深(L)间关系式(3):

由式(2)、(3)可得，爆破漏斗试验的炸药单耗为 0.83 kg/t，最佳埋深为 0.67 m，临界埋深为 1.1 m，最大爆破漏斗直径为68 mm。总体而言，单孔爆破漏斗较小、炸药单耗较高，这与试验地段矽卡岩质地坚硬、可爆性较差的结果一致。

2.2 变孔距多孔同段爆破漏斗试验

以单孔爆破漏斗试验中的最佳埋深为装药深度，进行变孔距多孔同段爆破试验。爆破后均形成有效漏斗，结果见表2。

表2 变孔距多孔同段爆破试验数据记录表Tab.2 Data Sheets for Same－section Blasting Crater Test of Variable－aperture Multihole

爆破后，3#炮孔因故发生冲孔，其余不同孔间距同段爆破试验的爆破漏斗体积基本相同。其中，4#、5#、6#炮孔沿炮孔中心线连通，形成沟槽，孔间留有脊柱，且有片落的大块。1#、2#、3#及4#炮孔都未拉通成槽，基本上形成各自独立的爆破漏斗。结果表明，孔间距较小时，孔间炸药爆能相互迭加，形成的孔间脊柱较小;当孔间距较大时，孔间炸药爆能迭加效果削弱，最终呈现独立的爆破漏斗。

2.3 中深孔爆破参数选择

矿山采用中深孔底盘漏斗采矿法，设计孔径Φ65 mm，药卷直径50 mm。根据爆破漏斗相似原理[6]，可初步确定中深孔相关爆破参数如下。

(1)最佳孔间距

最佳孔间距a可由式(4)确定，计算得a=1.0～1.2 m。

式(4)中:Rj—爆破漏斗试验最佳漏斗半径;Q—爆破漏斗试验炮孔装药量;Q0—中深孔单层装药量。

(2)最大孔底距b

在变孔距爆破漏斗试验中，根据出现最大爆破漏斗体积时的孔间距，并考虑尺寸效应即可选取最大孔底距。最大孔底距计算为2.11 m，为保证中深孔孔底矿岩的爆破效果及爆破抛掷能力，实际生产时取 b=2.0 ～2.2 m。

(3)炸药单耗

从单孔及多孔同段爆破漏斗试验可知，当药包为最佳埋深比且爆破漏斗体积最大时，炸药单耗最优。单孔及变孔距多孔试验确定的最佳炸药单耗分别为 0.83 kg/t和0.63 kg/t，考虑尺寸效应后分别为 q1=0.62 kg/t和 q2=0.47 kg/t。然而，由于本试验条件为全开放式，自由面节理、裂隙的切割作用有助于增大爆炸效果，导致炸药单耗计算值偏低。因此，有必要根据下式(5)对试验结果进行进一步修正:

式(5)中，考虑尺寸效应后，取q3=0.7 kg/t。实际生产时应取 q1、q2及 q3平均值，得 q=0.6 kg/t。

(4)最小抵抗线

最小抵抗线W按下式(6)选取，计算可得W=1.29 m。中深孔爆破时，考虑到单位炮孔装药密度较大，实际值以1.2～1.3 m 为宜:

式(6)中:D—爆破漏斗试验孔径，40 mm;D0—中深孔爆破时孔径，65 mm;n—爆破漏斗试验中最佳埋深时的爆破作用指数，取2.1。

3 结 语

(1)利文斯顿爆破决斗理论适用于小型工业试验，单孔爆破漏斗试验表明矽卡岩矿体可爆性较差，爆破漏斗较小，炸药单耗较高。利用最小二乘法总结出药包最佳埋深为0.67 m，临界埋深为1.1 m，炸药单耗为0.83 kg/t，最大爆破漏斗直径为68 mm。

(2)变孔距多孔同段爆破漏斗试验表明，以单孔试验中最佳埋深为装药深度时，不同孔间距同段爆破试验的爆破漏斗体积基本相同。同时，孔间距对炸药爆能迭加作用呈负相关，并决定着孔间的残留脊柱和拉槽量。

(3)根据试验结果和爆破相似性原理，推导出生产中的中深孔爆破的最佳孔间距为1.0～1.2 m，最大孔底距为2.0 ～2.2 m，炸药单耗为0.6 kg/t，最小抗抗线为1.2 ～1.3 m，为中深孔底盘漏斗采矿法提供了科学依据。

[1]王鹏，周传波，耿雪峰，等.多孔同段爆破漏斗形成机理的数值模拟研究[J].岩土力学，2010，31(3):993－997.

[2] Zhi－Liang Wang，Yong－Chi Li，Shen R F.Numerical simulation of tensile damage and blast crater in brittle rock due to underground explosion[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2007，44(5):730－738.

[3]周传波，范效锋，李政，等.基于爆破漏斗试验的大直径深孔爆破参数研究[J].矿冶工程，2006，26(2):9－13.

[4]金旭浩，卢文波.爆破漏斗理论探讨[J].岩土力学，2002，23(增):205－208.

[5]王兴明，张耀平，王林，等.安庆铜矿深部矿体爆破漏斗小型工业试验研究[J].金属矿山，2007，376(10):34－36.

[6]蒋复量，周科平，钟永明，等.小型爆破漏斗试验技术在中深孔爆破中的应用[J].中国安全生产科学技术，2008，4(5):24－27.

Probe into Blasting Crater Test of Skarn Orebody and Its Blasting Parameters

ZHANG Qing－tao
(Yunnan Diqing Mining Development Co.Ltd，Diqing 674400，China)

Based on Livingston blasting crater theory，a test on single－hole and variable－aperture multihole same－section explosion crater was carried out so as to obtain actual optimum parameter data that can provide scientific basis for effective and economical mineral development at high mountain mine.

skarn;blasting crater;explosion similarity principle;medium－deep hole blasting

TD235

A

1004－2660(2012)03－0006－04

2012－05－18.

章清涛(1972－)，男，河北人，工程师.主要研究方向:有色金属采矿工程.E－mail:hbzqt@163.com