露天矿临近高陡边坡控制爆破技术选择与评价

楼晓明，周文海，陈鹏辉

（1.福州大学紫金矿业学院，福州350116；2.福州大学爆炸技术研究所，福州350116）

露天矿临近高陡边坡控制爆破技术选择与评价

楼晓明1，2，周文海1，陈鹏辉1

（1.福州大学紫金矿业学院，福州350116；2.福州大学爆炸技术研究所，福州350116）

将德尔尼露天矿4 728m平台临近高陡边坡某一爆场一分为二，一侧采用传统的普通雷管逐排起爆技术，另一侧采用ORICA（澳瑞凯）高精度雷管逐孔起爆技术，对两侧不同的控制爆破方案进行试验。通过监测分析两爆区技术指标和爆后经济指标，以期确定最佳爆破方案。在试验的基础上通过主成分分析法（PCA）对爆破方案和爆破技术效益建立相关的数学评价模型，确定不同的爆破方案对爆破技术指标的影响，整个评价过程运用SPSS软件进行分析，最终以数学理论的形式说明不同方案与技术指标间的影响程度，为最佳爆破方案的选择提供理论支持。

露天矿开采；高陡边坡；爆破技术；评价研究

德尔尼露天采场边坡属于高陡边坡，岩层较为破碎，由于前期爆破振动影响，使得台阶稳定性较差。从爆破角度来看，一方面，为了最大限度地减少岩石的剥离量，降低开采成本，不影响已有边坡的稳定，必须使爆破引起的最大振动不超过德尔尼铜矿高陡边坡振动控制标准，以防边坡基岩因振动过大而造成损伤，从而使稳定性变差甚至引起边坡不稳定，影响生产。另一方面，应减小露天采场爆破后产生的大块和根底率偏高问题，使日常爆破不影响生产并尽量降低爆破成本［1］。4 278m露天平台紧接最终边帮的交接位置，为了保证安全生产、确保最终边帮的稳固，故将4 278m平台作为试验爆区，采用不同的爆破方案进行试验，以期确定最终实施方案。

1 控制爆破方案

将德尔尼铜矿4 278m平台某一爆区一分为二，采用肩并肩对比，一侧为澳瑞凯爆区，一侧为普通雷管爆区。澳瑞凯爆区地表管为17、25、42、65 ms，孔内管采用14m脚线16段400ms延期时间雷管和7m脚线17段425ms延期时间雷管。普通雷管爆区孔内采用10段（380ms）延期雷管，排间采用3段（50ms）延期雷管［2－4］。起爆药包为海西东诺产Φ32mm乳化炸药，干孔炸药为海西东诺产岩石膨化硝铵炸药，水孔采用Φ90mm水胶炸药。爆破试验具体情况如下：

图1 爆破试验连线图Fig.1 The chart of blasting test

图2 澳瑞凯爆区与普通爆区爆破环境相近Fig.2 Similar blasting environment between ORICA blasting area and ordinary blasting area

通过对两爆区经济成本分析，数据显示澳瑞凯雷管爆区虽然雷管成本为普通雷管爆区4倍左右，但平均单孔装药量和每立方米穿爆成本较后者提高16%和9%左右，假设每米钻孔成本按25元计算，每立方米节约成本约0.315元。这样，整个试验爆区澳瑞凯逐孔起爆方案经济成本较普通雷管逐排起爆方案提高约5%左右，具体经济指标见表1。

试爆期间，马鞍山矿山设计研究院的专家对爆破振动进行了观测。检测结果显示，普通雷管爆区振动速度远大于澳瑞凯爆区，爆后台阶无明显沉降，只出现几条明显的宽裂隙，爆区垮裂和前移也不明显。而澳瑞凯爆区爆后沉降沟明显，炮区整体前移，爆堆松散度良好。这样，采用澳瑞凯逐孔起爆方案不光对于后期凿岩钻孔提供了更好的作业环境，而且对于台阶成型以及最终边帮的处理创造了优越条件［5－7］，测试结果见表2。

表1 4 278m平台爆破分析表Table 1 The table of 4 278mplatform blasting analysis

爆后在挖掘过程中，澳瑞凯爆区没有出现未爆药包，而普通雷管爆区出现个别因连线炸断的未爆药包。挖掘完毕后，普通雷管出现大量的大块、根底，而澳瑞凯爆区的大块、根底、爆堆松散度较普通雷管逐孔起爆有明显改善，具体情况如图5、6。

2 德尔尼露天矿爆破方案评价模型的建立［8－10］

2.1 评价模型和假设

1）评价模型

本研究模型分为两个部分，高陡边坡爆破方案和爆破技术效益。其中高陡边坡爆破方案由两个部分组成：普通雷管逐排起爆和澳瑞凯雷管逐孔起爆。而爆破技术效益由五个部分组成：爆堆松散度、大块和根底率、炸药单耗、铲装效率和未爆药包率。本文主要分析不同的高陡边坡爆破方案对爆破技术效益的影响，以此确定最佳的高陡边坡爆破方案，结构模型如图7所示。

表2 测试爆破减振结果对比Table 2 Comparison result of blasting shock absorption

图3 澳瑞凯爆区Fig.3 ORICA blasting area

图4 普通雷管爆区Fig.4 Common detonator blasting area

图5 澳瑞凯爆区爆后效果Fig.5 Effect picture after the explosion in ORICA blasting area

2）研究假设

本文假设不同的爆破方案对爆破技术效益产生不同程度的影响。

1.普通雷管逐排起爆对爆破技术效益的影响

H1a：普通雷管逐排起爆对爆堆松散度产生的影响。

H1b：普通雷管逐排起爆对爆后大块和根底率产生的影响。

H1c：普通雷管逐排起爆对炸药单耗产生的影响。

H1d：普通雷管逐排起爆对铲装效率产生的影响。

H1e：普通雷管逐排起爆对未爆药包率产生的影响。

图6 普通雷管爆区爆后效果Fig.6 Effect picture after the explosion in common detonator blasting area

图7 结构模型Fig.7 Structural model

2.澳瑞凯雷管逐孔起爆对爆破技术效益的影响

H2a：澳瑞凯雷管逐孔起爆对爆堆松散度产生的影响。

H2b：澳瑞凯雷管逐孔起爆对爆后大块和根底率产生的影响。

H2c：澳瑞凯雷管逐孔起爆对炸药单耗产生的影响。

H2d：澳瑞凯雷管逐孔起爆对铲装效率产生的影响。

H2e：澳瑞凯雷管逐孔起爆对未爆药包率产生的影响。

2.2 基于PCA的高陡边坡控制爆破对爆破技术效益的影响分析

1）影响因子的效度与信度的检验

效度和信度分析是保证影响因子质量的关键环节，信度是可靠性检验的一项重要衡量指标，着重显示研究结果的一贯性、一致性、稳定性和再现性。通常用Cronbach’sa系数表示一致性。系数若大于0.7，说明有较高的信度；介于0.5～0.7尚可接受。

效度是有效性检验的主要指标，体现在检验指标对于研究对象的影响程度，通常用内容效度和结构效度表示。内容效度指对研究内容的涵盖程度，尚无具体数据衡量，只能通过主观判断；结构效度是一种对应关系，检验过程采用因子分析的方法，关键在于说明各研究因素与检测值的对应程度。本研究采用探索性因子分析方法（EFA）对具体测量项进行检验，按照因素负荷量大于0.6的原则，删掉相关的测项，再对精简后测项进行EFA分析。过程采用李克特五分量表法，其中每个变量设置了五个问题，并且从正反两面来测度，通过对五个问题进行平均值求解获得这个变量的态度意向。

表3 因子效度与信度分析Table 3 Factor of validity and reliability analysis

通过对表3的观察分析，上述变量的Cronbach’sa值大于0.7这一可接受水平，且因素负荷量也大于0.6，这表明以上变量间具有显著的关系，可以进一步展开研究，以进行后面的因子分析和相关性分析。

2）因子分析

主成分分析法（Principal Component Analysis）的核心思想在于维度的降低，通过降维的方式来实现数据的简化，能够使得数据的分析更加简明，而且能够通过综合的数据信息对评价主体有更为准确的认识。本研究将采取主成分分析法来展开因子分析。为了对变量因子进行相应的浓缩以展开下一步的研究，首先将对爆破技术效益变量的因子进行分析，结果如表4所示。

表4 变量因子分析结果Table 4 Result of variable factor analysis table

由表4可见，该研究变量因子分析过程中，巴特利特球度检验的观测值为694.372，KMO值为0.863，与之相对应的概率P接近0。心中相伴概率显著性水平为0.9，此次观测值较大，且相伴概率值小于心中的显著性水平，因此就拒绝零假设。通过分析排除相关系数为单位阵的可能，也就是给出的变量存在相关性，可以作为该研究的因子分析。表4显示，RICA雷管逐孔起爆的5个指标的测度在第一、二、四3个因子上有较高的载荷；而需要普通雷管逐排起爆在第3个因子上有较高的载荷；通过因子分析发现，炸药单耗变量在受访样本中有高度一致性，说明爆堆松散度、大块和根底率、铲装效率是受访样本中爆破方案选择的主要变量，未爆药包率在两者方案选择中占次要因素。

3）变量间的相关性分析

上述因子分析已经确立了研究变量及不同的爆破方案对爆破技术效益产生不同程度的影响。但为了明确最终研究目的，还需找出变量之间的内在联系（影响程度），及通过解释与被解释变量相关性来检验相关程度，故采用典型相关分析法来确定两者之间的统计关系。

选择爆破方案作为被解释变量，收集不同影响因素信息，主要通过爆破成本以及经济效益的信息调查，在数据处理阶段进行五分量化法，以此便于进一步研究，分析结果具体见表5。

表5 被解释变量与解释变量相关性分析Table 5 Correlation between be explained and explained variables analysis

通过表5的相关性检验的统计，普通雷管逐排起爆的爆破方案中被解释变量与铲装效率的相关系数为0.243（＊），在1%水平上显著，因此支持H1d，拒绝H1a、H1b、H1c、H1e；澳瑞凯雷管逐孔起爆爆破方案中被解释变量与爆堆松散度、大块和根底率、铲装效率的相关系数为0.312（＊＊）、0.332（＊＊）、0.343（＊＊），在5%水平上显著，因此支持H2a、H2b、H2c，拒绝H2d、H2e；具体结果汇总见表6。

表6 研究假设验证汇总Table 6 The summary of research hypothesis testing

通过SPSS统计分析检验露天矿临近高陡边坡控制爆破方案对爆破技术效益产生的影响，整个研究过程不仅为双向检验过程，及控制爆破方案和爆破技术效益之间是否存在交叉影响，而且通过具体数据给出了影响程度。由因子分析显示，普通雷管逐排起爆对于炸药单耗、未爆药包率的影响大致等同于澳瑞凯雷管逐孔起爆，处于一般水平，无明显改善；而澳瑞凯雷管逐孔起爆对于改善爆后爆堆松散度、提高大块和根底率存在明显优势。但指标显示，对于本次试验样本有可能存在普通雷管逐排起爆对于提高铲装效率和澳瑞凯雷管逐孔起爆存在同样优势。

3 结论

1）露天矿临近高陡边坡控制爆破采用澳瑞凯高精度雷管逐孔起爆技术，虽然支出较多的起爆器材费用以及炸药单耗不变或略高于普通雷管逐排起爆方式，但该技术可使平均单孔装药量和每立方米穿爆成本提高16%和9%左右，钻机延米爆量提高10%～20%；由于该爆破技术降低其它辅助费用，使得经济总成本较普通雷管逐排起爆方案提高约5%。

2）据后期试验检测显示，采用澳瑞凯雷管逐孔起爆技术在爆区规模2～5倍于普通雷管逐排起爆技术爆区的情况下，实测竖向振动降低17%～47%，径向振动降低15%～42%，将为后期凿岩钻孔提供更好的作业环境，而且对于台阶成型以及最终边帮的处理创造优越条件，提高了边坡的稳定性以及大幅度节约边坡治理费用。

3）澳瑞凯雷管逐孔爆破技术对于临近高陡边坡控制爆破的应用，能够改善爆破质量，降低大块率，在大块难爆部位能有效减少二次爆破量，爆堆移动方向能够人为控制，且塌落线明显，爆堆规整、连续、松散性较佳，达到控制爆破前抛和后冲的目的，有利于陡帮开采。

4）通过建立数学评价模型和SPSS统计分析，澳瑞凯雷管逐孔爆破方案多项爆破技术效益指标优于普通雷管逐排起爆方案，但对于炸药单耗和未爆药包率两项指标不存在优越性，而对于改善爆堆松散度以及降低大块和根底率效果明显。另外数据显示，铲装效率指标波动性较大，两者都有可能存在优势。

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Selection and evaluation of controlled blasting technology in nearly high－steep slope in open pit mine

LOU Xiaoming1，2，ZHOU Wenhai1，CHEN Penghui1
（1.College of Zijin Mining，Fuzhou University，Fuzhou 350116，China；2.Research Institute of Explosive Technology，Fuzhou University，Fuzhou 350116，China）

The 4 728mplatform in DEERNI open pit mine，a nearly steep slope blasting site，has been divided into two parts.This paper has done two different controlled blasting experiments toward these two parts.One is common detonator blasting by row，another is ORICA detonator blasting by holes.And，the paper makes a comparison of technical and economical indexes between these two areas to find out the optimal blasting method.Then，the major mathematical models have been established toward the blasting method and blasting benefit，based on the principal component analysis（PCA）.By the means of SPSS analysis，these two methods show different influential degree toward technical index，which offers theoretical guidance to the selection of controlled blasting method for nearly high－steep slope in open pit mine.

open pit mining；high－steep slope；blasting technology；evaluation study

TD235.37

Α

1671－4172（2015）02－0091－06

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.021

福建省自然科学基金资助项目（2011J01310）；青海威斯特露天矿临近高陡边坡控制爆破技术研究项目（01051402）。

楼晓明（1972－），男，博士，副教授，采矿工程专业，主要从事爆破工程方向研究。