回采炮孔布置形式规范化研究

王文波，薛思读，王建国

（托里县招金北疆矿业有限责任公司， 新疆托里县 834506）

回采炮孔布置形式规范化研究

王文波，薛思读，王建国

（托里县招金北疆矿业有限责任公司， 新疆托里县 834506）

回采炮孔的布置形式包括炮排的布孔原则以及相邻炮排之间的协调关系。根据拜神塔姆铜矿无底柱分段崩落法扇形孔爆破的实验研究成果，对回采炮孔的布置形式进行了改进与研究，以获得良好的爆破效果，提高生产效率与经济效益。

回采炮孔；布孔方式；无底柱分段崩落法；扇形孔爆破；爆破参数

爆破的效果在很大程度上取决于爆破参数的选择。爆破参数包括：炸药单耗、炮孔的深度、炮孔直径、装药直径、炮孔数目、底盘抵抗线、孔距与排距、堵塞长度等。合理的炮孔形式应保证：炮孔利用率要高；爆破块度比较均匀，大块率较少；爆堆集中，飞石现象少；断面轮廓符合设计要求，壁面平整并且保证围岩本身的强度与稳定性。一般情况下，布孔方式分为平行布孔与倾斜布孔2种。充分考虑以上的爆破参数和各种约束条件，结合一定的工程要求，保证炮孔利用率和良好的爆破效果，确定合理的炮孔布置形式。本文结合拜神塔姆铜矿扇形孔爆破的实验研究成果，对炮孔布置形式进行改进与研究，形成了炮孔布置的标准形式。

1 边孔角的确定

在无底柱分段崩落法炮孔布置中，炮孔边孔角是一个非常重要的参数。当边孔角过大时（一般为70°以上），下分段进路炮孔深度大，装药方便，能得到较好的回收率，但是形成的“V”形槽过窄，爆破后的矿石在未爆破矿石面上流动；边孔角过小（5°～15°）时，下分段进路炮孔深度最小，很有可能产生过度挤压及边孔拒爆等现象，并且无法提供碎胀空间，从而不能有效地崩落矿岩，影响下分段矿石的回收，另外存在爆破前清理工作量大、下分段的回采炮孔无法布置到位等缺点。

拜神塔姆铜矿采用无底柱分段崩落法，分段高度为16m，进路间距20m，初步确定的边孔角为57°。确定边孔角有3条主要原则为：根据最小抵抗线原则，提供爆破所必需的碎胀空间，使边孔能够完全爆破而不受外界的限制，避免产生拒爆或者能量在内部流失，以便达到好的爆破效果；该矿的凿岩设备比较落后，功率不足，为了减小下分段炮孔的深度，所以边孔角尽可能取相对小点；保证一定散体流动性的大小，因为流动性对落矿有很大的影响，所以必须保证较小的大块率。分段边孔角的爆破条件，由崩落矿石在放出时所形成的坡面角来决定。由于拜神塔姆铜矿的采空区接近顶板时矿石形态比较破碎，为保证周边矿石能自由放出，确定合理的边孔角大小为40°～50°，结合减少炮孔的深度以及扇形孔爆破原理的分析，本文确定第一分段进路的边孔角为45°。

2 爆破边界条件分析

拜神塔姆铜矿采用了无底柱分段崩落采矿法，扇形中深孔爆破方式，其边界约束条件如图1所示。

图1 爆破边界示意

2.1 回采爆破形成的边界

该边界如图1中ab、BC与CD线段所示。其中，因为孔底受到夹制作用，所以往往不可能形成直线型边界，斜交柱状药包爆破所形成的边界（ab）只是一种简化的结果。由工程爆破理论可知，当岩石越软时，爆破冲击波强度衰减速度越快，粉碎带厚度也就越小。结合拜神塔姆铜矿矿石硬度较软的特性，在柱状药包的爆破冲击作用下，爆破形成的边界（BC与CD）处，往往形成厚度一般为3～6倍的炮孔半径，并且形成较为规整的破碎带。按4.5倍的炮孔半径估算，粉碎带范围为160mm。可知粉碎带范围非常小，仅仅集中在炮孔周围较小的范围内，不会扩散到整个被爆矿块。该边界上的崩落矿石利于放矿；当上分段放矿结束以后，却承担上覆盖层矿体的散体压力，不利于孔底的爆破。总之，在保证炮孔不被打透的前提下，布孔时要保证孔深到位，结合抵抗线方向等原则，达到最佳的爆破效果。

2.2 回采进路形成的边界

回采进路形成的边界如图1中AB与DE折线所示，回采进路开挖之前，矿岩处于天然平衡状态，开掘过程中，开挖破坏了原有的应力平衡，引起应力的重新分布，出现应力集中现象，很有可能导致巷道周边变形，巷道的变形可以消耗部分应力能量，达到新的应力平衡，同时，巷道周围一定范围内的岩体应力状态的改变，会产生开挖空间的位移甚至破裂，形成巷道散体松动圈。由工程爆破理论可知，岩石越破碎松动，爆破阻力会大大减小，所以回采进路形成的边界对爆破力度的要求大大降低。结合图1可知，巷道上部边界（ef与FG）上一定范围内，由于岩石破碎松动，对爆破力度要求小，故可适当减少炮孔装药量，不仅可以节省炸药用量，还可以避免炮孔底部过早击穿。至于孔底部的其余巷道边界，按照抵抗线方向，可适当加大孔底与自由面的距离，保证爆破阻力的协调。

影响爆破阻力的因素很多，其中散体的松散程度就是一个重要的因素。一般说来，随着松散系数的增加，爆堆的密度就会降低，对爆破的阻力就会越小。大体说来，由于靠近原出矿口轴线也就是炮排中部部位的松散矿体，松散程度较高，爆堆密度比较小，对爆破的阻力就会越小。相反，越靠近两侧的炮孔的矿堆，松散程度较低，爆堆密度比较大，对爆破的阻力就会越大，也就是说边孔的爆破阻力最大。另外，为了避免造成“爆破药壶”现象，边孔角不能过小，过小会造成边部炮孔处的矿石进入压实区域，导致放矿不流通，沿最小抵抗线的方向没有必要的碎胀空间。因此，边孔的位置不应低于放矿形成的松动范围，本文按散体移动范围来确定合适的炮孔边孔角。

2.3 实体壁边界

实体壁边界如图中bc、cd、de、af与EF、AG线段所示，与其他两种边界相比，对爆破作用的约束力最大，但是不同线段约束程度不相同，这是因为约束程度与炮孔的形成方式有关。由工程爆破理论可知，当沿最小抵抗线有适当的碎胀空间时候，容易实现矿石沿边界崩开。图1中af、de与EF、AG 4条线段与柱状药包的位置相重合，沿最小抵抗线有适当的碎胀空间，所以这4条线段所示边界对爆破的约束力相对较小，爆破效果相对更好；由于另外2条线段与柱状药包斜交，沿最小抵抗线的适当碎胀空间有限，该线段所示边界对爆破约束力最大，经常无法实现预期的爆破效果，爆破边界控制不理想，并且在孔底留下一定数量的残孔，所以该类炮孔在保证相邻炮孔间不打透的前提下，应尽量实现超深。

拜神塔姆铜矿经过初步试验，综合考虑上述因素所选定的孔底到边界的距离见表1。

表1 孔底到边界的距离 m

3 炮孔布置形式

炮孔布置形式基本上有扇形布置和垂直平行布置2种，炮孔布置时遵循3条原则。

（1）最小抵抗线下结合边界约束条件确定孔底深度的原则。由于三类边界的爆破阻力各不相同，沿最小抵抗线方向上，每类边界约束条件下孔底至自由面距离，应根据孔底方向的爆破阻力的大小分别确定。

（2）各炮孔相互平行，孔底落在同一水平上的原则。两排炮孔之间采用交错布置，同一排炮孔选择用相同的边孔角，保证每排边孔崩落面整齐，在巷道底板上不留“根底”，保证后分段的布孔，为下分段的炮孔设计提供好的依据，从而取得好的爆破崩矿效果。

（3）炮孔布置采用“抓两头，带中间”原则。无底柱分段崩落法中，碎胀空间的获得非常重要，边孔炮眼的位置会影响岩石的碎块度以及抛掷距离。所以设计边孔时，将边孔设计在松动带以内，以便获得良好的碎胀松动空间。

扇形孔布置具有炮孔布置灵活、掘进工程量小、总孔深小、钻机移动次数少等优点，因此拜神塔姆铜矿采用较大的边孔角的垂直上向扇形孔布置。

无底柱分段崩落法是在覆岩下放矿，因此第一分段进路回采工作的首要目的是形成1个覆盖层为下分段进路提供前提条件，同时为以下分段的回采进路卸掉一部分矿岩应力，甚至可以采用物理手段诱导顶部矿岩自然冒落。试验研究得出，拜神塔姆铜矿第一分段进路炮孔布置形式为：设置3排炮孔，抵抗线可取1.8m，边孔角取45°。

第二分段是在覆岩下放矿。试验研究得出该分段进路炮孔布置形式为：设置2排炮孔，边孔角取57°。第三分段开始进入正常回采阶段，该阶段炮孔布置形式有9孔、8孔及7孔3种布置形式及其相应的装药结构。

通过体积公式简化公式：

式中，q——炸药单耗，kg／m3；

W——最小抵抗线，m；

S——一排扇形孔的崩矿面积，m2。

计算崩矿分间矿量以及炸药单耗量，得到3种装药炮孔的总长度，列于表2。推荐采用9孔方案与8孔方案。

表2 爆破分间矿量

4 实施效果

（1）拜神塔姆铜矿采用无底柱分段崩落法，按矿石散体流动特性确定的边孔角为：第一分段出矿时采用45°，覆岩下放矿时采用57°。实际结果证明，采用这一边孔角可以取得良好的爆破效果。

（2）为了克服最小抵抗线的阻力，增大孔底距（2.5m增到3.5m）后，孔口能量充足，岩石破碎比较均匀，降低了大块率（由8.0%降到5.6%）和根底率，取得了较好的爆破效果，经济效果得到改善。

（3）二、三分段进路采用增加密集系数的宽孔距、减少最小抵抗线技术。将每排炮孔多增加1～2个炮孔，增大爆破漏斗角，减少炮孔排数，每排之间形成1个弧形自由面，为岩石的拉伸破坏创造了条件。同时结合矿石散体流动特性以及柱状药包的爆破特性，增大了爆破的可靠性。

（4）孔底边界等于巷道边界、爆破形成的边界以及实体边界三者之和，其对扇形炮孔爆破效果影响重大。拜神塔姆铜矿第一分段进路采用最大值为3.5m的孔底距后，结合实际结果证明，与原先的2.5m孔底距相比，效果得到明显改善。

5 结 论

在爆破系统中，炮孔的布置形式是一个重要组成部分，且需不断优化与改进。目前，虽然拜神塔姆铜矿山采用的炮孔布置形式取得了很好的爆破效果，但是还是存在许多不足，比较偏于传统，也受到机械过于陈旧、工人素质偏低等限制，有待于通过实验研究进一步优化和改进。无底柱分段崩落法扇形孔爆破的发展可以从以下几个方面加以改进：

（1）采用不耦合装药结构，选择更加合适的边孔角、崩矿间距以及孔口堵塞长度；

（2）采用新的凿岩设备，提高机械程度与钻孔效率，减少工人劳动强度，采用大直径中深孔，减少炮孔数量，且采用威力较大的炸药，减少总用药量；

（3）采用增加密集系数的宽孔距、减少最小抵抗线技术，选择更合适的孔距与排距；

（4）减少大块率，降低爆破作业所产生的贫化。

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2011－12－01）

王文波（1976－），河北魏县人，工程师，国家注册安全工程师，高级项目管理师，主要研究方向为矿山安全生产技术管理，Email：wangwb0428＠sohu.com。