露天石灰石矿控制大块率的技术措施探讨

胡世士，吴乐乐，袁飞虎

（葛洲坝老河口水泥有限公司，湖北 襄阳 441000）

露天石灰石矿控制大块率的技术措施探讨

胡世士，吴乐乐，袁飞虎

（葛洲坝老河口水泥有限公司，湖北 襄阳 441000）

详细分析老河口水泥有限公司上油榨沟石灰石矿山的中深孔露天爆破不合理大块率产生的原因，通过调整布孔参数、爆破器材类型、起爆方式等技术方法。将大块率控制在合理的水平，提高了开采效率，降低生产经济成本。

中深孔爆破；大块率；地质条件；爆破参数

Abstract：The article analyzes the reasons of large lump rate because of irrational medium-depth hole blasting in Limestone Open-pit Mine.Through adjusting the hole distribution parameter,blasting equipment type and initiation method,the mine controls large lump rate in rational level,which increasesmining efficiency and decreases production economical cost.

Key words：medium-depth hole blasting;large lump rate;geological condition;blasting parameter

0 引言

在石灰石露天矿的开采过程中，常采用中深孔爆破的方法来爆破矿岩，爆破作业的成本一般占到了矿山开采总成本的20%以上。但在石灰石矿的生产过程中，通常都存在大块率偏高的问题。过高的大块率会降低矿山生产效率，增加二次破碎的工作量，造成不必要的开采成本，因此将大块率降低在一定水平，对提高石灰石矿的经济效益具有非常重要的意义。

1 矿山建设现状及地质条件

上油榨沟矿区水泥用石灰石矿位于老河口市袁冲区牧场村上油榨沟，根据苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司编制的水泥用灰岩矿矿产资源开发利用方案，该矿山采用露天开采、公路开拓、汽车运输，设计生产能力为200万t/a，目前矿区已形成+288、+302、+316 m、3个开采台段，现正开采+302、+316 m台段。本矿床为早奥陶世海相沉积石灰石矿床，赋存在奥陶系下统大冶组水田河组地层中。矿区有4条断裂，它们均为压性断裂，与霍楼向斜同期形成。矿区节理裂隙比较发育，其中主要节理有2组：①倾向92°～107°，倾角65°～72°；②倾向178°～192°，倾角50°～62°。

2 大块率过高的原因

大块率过高的原因比较多，每个矿山的地质条件和爆破参数不同，产生原因也不同。根据老河口露天矿山的实际情况，经过大量的爆破实践，确定了大块率过高的原因。

2.1 抵抗线的影响

每一排孔抵抗线都要达到爆破设计要求。最小抵抗线是爆破设计中的一个重要参数，最小抵抗线过大，会造成石灰石矿山爆破后大块率高，根底过多。这主要是由于抵抗线过大，前排炮孔的部分区域爆破作业发挥不到，致使部分后排炮孔的岩体受到一定的夹制和阻滞作用，使之得不到足够的爆破能量使其破碎[1]。爆生气体对此岩石的有效作用时间过长，改变应力波传播方向，朝孔口相对薄弱处突破，产生大块。

2.2 孔距和排距的影响

寻找最经济的孔网参数，使爆破能量可以得到充分利用，岩体到破碎较完全，大块率和根底控制在自身承受水平内。如果孔网参数选取稀疏，每个炮孔需要爆破的石灰石体积过大，就会产生大块。孔网参数过于密集，不仅会产生飞石而且采矿成本居高不下，影响行业竞争力。所以选取经济的孔网参数，是石灰石爆破作业中的关键。

2.3 堵塞长度的影响

安排有经验的爆破工装药，根据经验、装药量的多寡和钻孔的地质条件进行填孔堵塞。在中深孔爆破中，为了减少爆破飞石的危害，在炮孔孔口的部位要有一定的堵塞长度，从而使装药重心偏低，孔口部位的岩体获得炸药能量不足，导致孔口出现大块[2]。

在爆破实践中，堵塞长度应大于等于最小抵抗线（Id≥W）[3]。

经计算，合理的最小抵抗线为25～40倍孔径，水泥矿山多采用孔径为150～200 mm，一般抵抗线以4～6 m为宜；合理的堵塞长度应大于或等于最小抵抗线，（并不小于0.75倍底盘抵抗线），为30～50倍孔径，水泥矿山一般堵塞长度以4～8m为宜[4]。

在进行中深孔爆破时，当最小抵抗线确定之后，一般通过控制每孔装药量与堵塞长度，来达到控制个别飞石距离的目的。堵塞长度偏小，易产生飞石，危害社会；堵塞长度过大又易产生顶部大块，给后续生产带来困难，增加生产成本。

2.4 微差时间的影响

微差爆破是为降低爆破地震效应而兴起的爆破技术，在使用中发现其具有改善爆破块度、提高爆破质量等方面的作用，这种作用的关键是微差时间的合理确定[5]。

2.5 起爆方向的影响

起爆方向和岩体走向对爆破大块率也有不可忽视的影响；大量实践表明，当两者之间基本一致时，爆破效果较为理想。

3 降低大块率的技术措施

3.1 孔径的选择

矿山有4台钻机，2台钻孔直径90 mm，2台138 mm。试用半个月，138 mm钻机与90 mm钻机相比主要有以下特点：

1）大孔径钻孔炸药单耗小于小孔径钻孔，经济效果好。

2）小孔径钻机对工作场地要求不高，能灵活布置原始地貌和低矮边坡。

3）小孔径钻机钻进速度慢，工作效率低。国内外钻孔技术发展非常迅速，一些新工艺、新设备不断涌现，这些都为露天矿山开采提供了新的思维[6]。为提高每米爆破量和降低成本，高效低耗、成本低、作业条件好的大型化智能钻机是未来的发展趋势；

3.2 爆破参数设计

1）钻孔形式采用3排或4排垂直孔三角形布置形式，控制微差时间逐孔起爆。根据矿体的节理裂隙发育程度和经验公式适用于本矿山的是孔距、排距、钻孔超深。孔网参数见表1，爆破网络如图1所示。

表1 孔网参数

图1 爆破网络

说明：①起爆网络为非电起爆网络，箭头指示方向为传爆方向。②从5号孔开始起爆，起爆点为激发针。③孔内使用20 m 9、10、11、12段普通非电下孔。图中各排孔两侧标注该排孔内雷管段别。④地表接力雷管为7 m 2段、7 m 5段导爆管。

3.3 装药设计计算

1）堵塞段长度h0。合理的堵塞长度和良好的堵塞质量，是改善爆破效果、提高炸药能量利用率、确保安全防止飞石的重要手段，一般按：h0≥0.75 W或h0=（20-40）D，孔内装药结构如图2所示。

2）孔内装药。矿山岩石坚固性系数f=8-12，使用2号岩石乳化炸药，炸药单耗q约为0.5。

应当把大部分炸药都装在爆破阻力最大的岩体部位。如果该石灰石岩体是简单的水平走向，那么装药段应选择在比较坚硬或者比较厚的岩层位置。如果地质条件比较复杂，就要根据钻孔中具体的地质情况，选择在石灰石岩体的原始地貌带或黏土夹缝带使用导爆索。孔口的堵塞长度须在4 m以上，防止产生飞石。

图2 孔内装药结构

孔底间隔装药可以延长应力的作用时间，冲击波作用于堵塞物或孔底后又返回到空气间隔中，由于冲击波的多次作用，使应力场得到增强的同时，也延长了应力波在岩石中的作用时间，若空气间隔置于药柱中间，炸药在空气间隔两端所产生的应力波峰值相互作用可产生一个加强的应力场[7]，从而使岩石进一步破碎，改善整个爆区的破碎效果。

3）雷管和微差间隔时间的选择。数码电子雷管是一种可以随意设定并准确实现延期发火时间的新型电雷管，安全性能较高，但其单价昂贵不适合水泥用灰岩矿山大规模使用。考虑到普通导爆管雷管精度亦能满足延期要求，使用湖北卫东公司生产的2段普通导爆管雷管进行起爆。

理论研究和大量实践证明，在硬岩爆破中，前排孔爆岩已向前移动，为后排孔创造自由面的应有合理的间隔时间。为了良好的破碎，有效的减少大块率并控制根底，采用小抵抗线宽孔距，V型微差起爆的方法。根据以上的计算，各排之间的微差时间间隔为25 ms较好。

3.4 改善施工质量

确定了爆破参数后，改善施工的质量，有助于充分利用爆炸能量，改善爆破效果。爆破施工包括起爆破方向、装药密度、堵塞长度等。

1）爆破方向与岩层走向基本一致。当爆破推出方向与岩层走向基本一致时，采用两个不同方向的同段起爆方式，可以有效的提高爆破质量。

2）根据爆破理论，炮孔自由面增加有利于改善爆破整体效果，在逐孔起爆过程中，先爆破形成的爆破漏斗相当于给爆破孔提供了一个新的自由面，后爆破孔的最小抵抗线和爆破作用方向都因先爆孔的作用而有所改变，使后爆孔的能量更多的集中在抛掷作用中，增加相邻炮孔的岩石碰撞次数，改善爆破块度[8]。

3）提高装药密度。采用分段间隔装药后，单位体积炸药消耗量过少，容易产生大块，而提高炮孔内的装药密度，可以增强爆破能量，使石灰石岩体进一步破碎，减少大块率。

4）合理炮孔堵塞。堵塞炮孔可以使石灰石岩体在爆轰气体的作用下破碎的更加完全。因此进行炮孔堵塞时一定要用工具将炮孔轻轻捣实。

5）进行钻孔之前，现场爆破员应严格按照爆破设计方案的要求，准确的标出每一个钻孔的位置，钻机操作人员也要严格按设计进行钻孔。钻孔结束后，爆破员应按钻孔施工要求进行验收，确保钻孔方位、倾斜角度、深度符合要求，检查后，清理孔内沉淀物，孔口用塑料遮盖，防止泥土或石块掉入孔内，影响钻孔质量。

6）在深孔爆破前，要做好炮孔复测工作，检查炮孔在施工与爆破的间隔时间里炮孔是否发生了变化，对水孔、变形孔等要及时记录，并做排水、补孔处理，以免炮孔质量影响炮孔效果。

7）安排有经验的爆破工装药，装药堵塞之前，爆破工应准确计算出每个孔的实际装药量、保证堵塞长度和堵塞质量，以控制装药量，减少爆破飞石。

4 结语

葛洲坝老河口水泥有限公司经过长期的试验总结出了适合矿山的爆破方案，改善了爆破施工质量，获得了良好的爆破效果，减少了二次机械破碎的工作量。石灰石矿露天开采，一般都采用中深孔台阶微差爆破，影响大块率的因素很多，既有爆破技术的原因，也有地质条件的影响，但主要是爆破设计和爆破施工质量方面的原因。要降低大块率，必须根据矿山的实际情况，合理的优化爆破参数，严格施工，才能真正降低大块率，改善爆破效果。

［1］谭海文.水月岩石灰石露天矿降低爆破大块率的技术措施［J］.露天采矿技术，2006（6）：7-9.

［2］耿贵刚，池恩安，刘凤钱.中深孔爆破大块产生的原因分析及降低大块率的技术措施［J］.矿业研究与开发，2011（8）：104-106.

［3］杨宝全，卢琦.控制爆破产生飞石的原因及其防治［J］.采矿技术，2003（4）：76-77.

［4］童景平.露天深孔爆破控制飞石的有效方法［J］.水泥技术，1998（4）：37-38.

［5］贺小庆.中深孔爆破落矿中降低大块率的途径［J］.黄金，2004（6）：28-30.

［6］高永涛，吴顺川.露天采矿学［M］.长沙：中南大学出版社，2010（11）：144.

［7］王玉杰，梁开水.爆破工程［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2007（9）：225.

［8］徐建.逐孔爆破技术在大型石灰石矿山开采中的研究与应用［J］.中国水泥，2013（10）：97-98.

【责任编辑：张东旭】

Discussion on technicalmeasures of control large lum p rate in Limestone Open-pit Mine

HU Shishi,WU Lele,YUAN Feihu
(Gezhouba Laohekou Cement Co.,Ltd.,Xiangyang 441000,China)

TD235.33

B

1671-9816（2017）10-0007-04

2017-05-26

胡世士（1976—），汉族，本科，毕业于西安建筑科技大学，现在中国葛洲坝集团水泥有限公司工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.10.003

胡世士，吴乐乐，袁飞虎.露天石灰石矿控制大块率的技术措施探讨［J］.露天采矿技术，2017，32（10）：7-10.