小屯南山石灰石矿合理台阶高度的确定

杨勃 陈庆凯 张姝敏

摘 要：台阶高度的确定是露天开采重要工作之一。生产规模、挖掘设备作业技术规格、开采的选别性以及钻孔直径、生产管理成本等对台阶高度都有不同程度的影响。结合小屯南山石灰石矿的生产实际情况，经过穿爆成本的计算与分析，同时考虑到挖掘设备的生产效率和作业的安全性，最终确定合理的台阶高度为10m。

关键词：台阶高度 穿爆成本 钻孔直径

中图分类号：X74 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0108-02

露天开采时，台阶高度是一个重要的技术参数，台阶高度不但对最终边坡的形状、最终边坡角有着直接的影响，同时，台阶高度与设备生产效率、生产成本有着密切联系，所以台阶高度确定的是否合理显得尤为重要。

1 矿山生产现状

小屯南山石灰石矿为露天开采矿山，生产能力为200 万t/a，2013年后将扩大到400 万t/a。采用溜井平硐运输方式，爆破后的矿石，经汽车短途运输，卸入采场内的溜井，破碎后由平硐内的胶带传送至水泥厂。矿山现有1.6、1.8 m3的挖掘机各一台，30 t自卸汽车5辆，直径140 mm潜孔钻机1台。

小屯南山石灰石矿密度2.65 g/cm3，坚固性系数f=6～8左右。根据结构面调查、矿岩点荷载强度试验数据分析以及对岩石普氏硬度系数的计算，小屯南山石灰石矿的矿体较破碎，小裂隙多、岩体节理裂隙较发育；岩石的坚固程度为Ⅲ～Ⅳ，属于相当坚固到坚固的岩石；根据岩石的普氏坚固性系数和对矿岩波阻抗值的计算可知，小屯南山石灰石矿岩体的可爆性属于中等，岩体的可钻性属于中等。

2 矿山现行爆破参数

台阶高度H：15 m；台阶坡面角：75°～90°；穿孔直径d：140 mm，成孔后146 mm（穿孔成本：30元/m）；穿孔倾角：85°；穿孔长度L：16.5 m；超深h：1.5 m；填塞长度Ls：3.5 m、4 m、4.5 m；装药长度Lc：13.5 m；底盘抵抗线WD：4～5 m；延迟时间：42 ms；孔间距S：6 m；排距B：4 m；炸药：铵油炸药（装药密度0.825 kg/dm3，延米装药量13.8 kg/m，单价：8元/kg）；单孔装药量Q：铵油炸药186kg；单位炸药消耗量q：0.5175 kg/m3；起爆网路：斜线起爆，逐孔起爆。

3 合理台阶高度的确定

台阶高度取决于生产规模、挖掘设备作业技术参数和开采的选别性。对于开采深度一定的矿山而言，台阶高度取小值时，能够降低炸药单耗，但要增加台阶数量，增加穿孔总长度，增加起爆器材消耗量（导爆管雷管、起爆弹等），但总体来讲，会降低穿爆单位成本，如图1所示。图1中对应的主要爆破参数同前，垂直孔，超深1.5 m，填塞长度 3.5 m，使用奥瑞凯导爆管雷管逐孔起爆方式，每增加一个炮孔需要增加1发孔内管（18 m，39元/发）和1发地表管（7 m，27元/发） ，并增加起爆体（用4卷胶质炸药自制，每个起爆体质量为0.5 kg，7.175元/个。图中单位成本增加值指的是每一个台阶高度对应的穿爆成本与台阶高度为6 m所对应穿爆成本的差值。（如表1）

表1中列出了穿爆成本、单位炸药消耗量与台阶高度关系的具体数据。从表1中可以算出，当台阶高度由15 m降低到10 m时，单位体积穿爆成本将降低0.1322元/m3，单位体积穿爆成本将降低0.2313元/m3。

如果将超深减小到1.2 m，则台阶高度与穿爆成本、单位炸药消耗量的关系会变为如图2所示，具体的数据见表2。

从表2中可以算出，当台阶高度由15m降低到10 m时，单位体积穿爆成本将降低0.1927元/m3；当台阶高度由15m降低到8m时，单位体积穿爆成本将降低0.3372元/m3。

如果将起爆用的雷管改为国产的导爆管雷管，每孔内使用两发，采用孔内延时，地表使用反射四通进行起爆网路联接，每个炮孔的起爆雷管成本将由66元降低到18.9 元（两发18 m国产普通导爆管雷管），如图3所示，具体的数据见表3。

从表3中可以算出，当台阶高度由15 m降低到10 m时，单位体积穿爆成本将降低0.2582 元/m3；当台阶高度由15m降低到8m時，单位体积穿爆成本将降低0.4518 元/m3。

从以上的分析可以看出，适当降低台阶高度可以降低穿爆成本。如果穿爆成本降低0.2 元/m3，南山石灰石矿年产量按75 万m3（200 万t/a）计算，则每年可降低穿爆成本15万元；年产量为150 m3（400 万t/a）时，则每年可降低穿爆成本30 万元；如果穿爆成本降低0.45 元/m3，则每年最多可降低穿爆成本67.5 万元。

小屯南山采用1.8 m3和1.6 m3挖掘机进行铲装，对开采的选别性要求低，所以，确定台阶高度的主要因素是挖掘机的作业技术参数。1.8 m3和1.6 m3挖掘机的最大挖掘高度10 m左右，从设备作业效率、成本和安全角度考虑，台阶高度选择为8～10 m左右较为合理，同时研究也表明，台阶高度为8～12 m时，挖掘机的挖掘效率最高。爆破设计时，钻孔直径与台阶高度之间也应保持在一定的比例范围之内，通常钻孔直径应是台阶高度的1/50～1/80，也就是说，台阶高度是钻孔直径的50～80倍。小屯南山石灰石矿钻孔后的直径为146 mm，台阶高度合理范围为7.3～11.7 m。综合考虑，小屯南山石灰石矿合理的台阶高度应在8～10 m之间，为了减少生产循环次数，降低生产管理成本，最终确定台阶高度为10 m。

4 结论

结合小屯南山石灰石矿生产实际，对其爆破参数，主要是台阶高度与穿爆成本之间的关系计算与分析，得出以下结论：（1）台阶高度的选取应综合考虑矿山生产能力、挖掘设备的作业技术规格、钻孔直径和生产管理成本等因素。（2）小屯南山石灰石矿钻孔直径146 mm，台阶高度由原来的15 m降低到10 m，每年至少可以降低穿爆成本15万元。（3）小屯南山石灰石矿台阶高度合理值应是10 m。

参考文献

[1]胡福祥，蔡鸿起.露天矿台阶高度的优化[J].金属矿山，1998（2）.