河北杏山铁矿安全高效爆破管理模式构建

王凌云 孙建珍 陈国瑞

(首钢集团有限公司矿业公司)

杏山铁矿资源禀赋与类似矿山差距明显，生产规模、开采强度均较大。由于分段矿量相对较少，该矿每年需要开采1.2～1.4个分段方可满足生产规模需求，开采水平下降速度较快，工序之间存在交叉作业的现象，尤其是爆破作业与其他工序在同一采区内进行，安全隐患较大[1]。在传统爆破管理模式中，大多由爆破技术员记录相关施工参数，并存储于纸质台账或计算机中，人为影响因素较多，一旦人员变更，特别是出现爆破质量问题后，无法有效排查中深孔穿孔、爆破作业等环节的基础数据，无法实现对爆破施工的实时管控，导致爆破质量管控存在较大的松散性[2-5]。杏山铁矿每年回采爆破1 400炮，掘进爆破3 100炮，爆破设计工作量大。爆破设计借鉴同行业矿山经验，采用CAD软件进行爆破设计，需要人工逐炮输入设计参数并计算爆破量及装药量，该矿从事该项工作的爆破技术人员有10人，由于人数众多，在具体操作中难免存在误差。该矿配备了爆破工人88名，回采爆破采用装药器铵油装药方式，需要进行人工送管装药，劳动强度大且安全性无法得到保障。针对杏山铁矿在爆破施工中存在的上述问题，为提升爆破施工效率、确保安全生产，本研究对该矿安全高效的爆破管理模式进行构建。

1 爆破管理模式

1.1 爆破技术参数优化改进

杏山铁矿从2013年开始构建了地采爆破技术管理专家系统，同时组建了2个爆破技术攻关团队，确立了“选题—立项—评审—表彰”的课题攻关思路，形成了“发现问题→研究解决方案→提出完善意见→方案实施→效果评价”的工作流程。

1.1.1 增大采场结构参数，实现高效开采

为彻底改变该矿采场爆破生产紧张、效率低的状况，针对矿体赋存条件，通过增大分段高度来增加分段矿量，通过分析测算，在-105～-180 m水平，将段高从15 m增大至18.75 m(表1)，可以使采矿掘采比由28.63 m/万t降低至19.57 m/万t。分段开拓起始时间由以往的提前5 a下降至提前4 a，巷道暴露时间缩短12个月，降低了巷道长时间暴露于空气中而被风化和爆破振动破坏的隐患，为人员和设备创造了稳定安全的作业环境。

表1 采场结构参数调整前后的相关技术指标

1.1.2 优化布孔方式，调整装药结构

通过将周边眼间距由350 mm增大至500～600 mm，辅助眼间距由600 mm增加至700～800 mm，实现炮孔数量由原设计的69孔减少至56孔。2016年掘进循环进尺平均为2.9 m，较2011年掘进循环进尺年度指标2.64 m高0.26 m，掘进炸药单耗由建矿初期的2.55 kg/m3降低至2015年的2.19 kg/m3。此外，矿山对中深孔布孔参数和装药结构也进行了优化设计，将排间距由前期的1.6 m逐步提高至1.8，1.9 m；孔底距由前期1.8～2.2 m逐步提高为1.9～2.3 m，2.1～2.5 m；不断优化孔口预留布置，以达到保护眉线和后排孔的目的；装药系数由前期的85%逐步降低至一二类围岩83%，三类围岩81%，四五类围岩79%；中深孔延米爆破量从建矿时的7.8 t/m逐步提高至9.6 t/m；爆破铵油炸药单耗由前期的4 900 kg/万t逐步降低至3 800 kg/万t；基质炸药单耗由试验期间的5 200 kg/万t 降低至600 kg/万t。

1.1.3 固化爆破设计模板，确立标准化设计方案

杏山铁矿矿体被F9断层分隔为大、小杏山2个部分，地质结构较为复杂，Ⅰ～Ⅴ类围岩岩性在杏山铁矿均有体现。矿区前期爆破施工中，在节理发育的围岩破碎点位以及岩性整体性好的点位均采用相同的布孔设计及装药结构，但爆破后前者块度过于破碎，后者出现大块甚至挂帮等问题，可见单一的爆破设计的通用性不强。2013年以来，通过构建矿体岩石分级模型，根据不同区域的岩性分级设计出了不同的爆破模板，在对不同区域进行爆破设计时，直接提取相应的爆破模板，既实现了规范化设计，由提高了爆破设计的准确性和针对性(表2、表3)。

表2 不同采区的回采爆破技术参数

1.2 实现爆破管理信息化、设计智能化、施工自动化

(1)爆破管理信息化。杏山铁矿建矿初期采用开放松散式爆破工序管理模式，注重炮后效果查看，过程管控力度不足，注重定性分析，缺少数据支撑。针对爆破基础数据管理存在的纸质文档易丢失且无法实现系统全面分析的实际情况，开发了“杏山铁矿爆破技术管理平台”，实现了信息化爆破管理和出矿管理，技术员通过该平台可以及时掌控各进路的装药情况、出矿情况，无需进行人工统计，提高了爆破管理效率。

表3 不同岩性的巷道掘进爆破技术参数

(2)爆破设计智能化。该矿于2015年初引进了3DMine软件[6-7]，并针对矿体特征及实践需求，对其进行了优化。目前，在中深孔设计、回采爆破设计、掘进爆破设计等模块上均实现了设计自动化。在中深孔设计方面，技术人员仅需根据爆区地质数据、测量数据构建巷道模型，而后输入中深孔设计参数即可以完成一个进路近百排的中深孔设计，设计的精准度得到了大幅提高[8-10]。

(3)爆破施工自动化。由于杏山铁矿分段高度增大，中深孔孔深由以往的27 m提高至35 m，原人工+装药器的回采装药作业方式已无法满足孔深加大后的作业要求，是因为：人工送管难度加大，炸药返粉多；随着回采装药结构不断调整，逐孔药量有较大变化，人工装药方式无法精准控制炸药量，为此，矿山开展了自动化装药台车研发工作。此外，经过分析行业发展前景以及矿山实际需求，将原炸药生产线升级改造为乳化基质生产线，实现地采回采爆破炸药自给率100%。

1.3 优化生产组织方式，实现安全高效开采

(1)规范工序衔接，降低生产组织难度。15 m段高时，采场工序之间存在掘进与巷道支护、巷道支护与中深孔凿岩、中深孔凿岩与回采爆破在同一采区，甚至同一进路交叉作业的现象，不同工序间交叉作业既影响了各工序的作业效率，又增加了安全管理难度。分段高度增大至18.75 m后，回采爆破效率得到了提升，给掘进、支护等各道工序作业提供了充裕的时间，避免了各工序间交叉作业相互影响，大大降低了安全隐患。

(2)建立定点爆破模式，进一步消除安全隐患。分段高度增大，使得掘进爆破次数由3 100炮/a减少至2 100炮/a，回采爆破由1 400炮/a减少至1 000 炮/a。装药施工自动化、机械化程度的提高，使得回采爆破单次装药时间由6～8 h缩减至4 h左右，爆破次数减少和装药时间缩短为建立定点爆破制度创造了条件。通过制定《杏山铁矿地采爆破定点爆破管理制度》，并进一步推行井下作业人员井上交接班制度，将掘进、回采爆破工作安排于井上交接班时间进行，以最大限度降低爆破施工的危险性。

(3)大幅降低爆破工作强度，体现本质安全。爆破工作量得以大幅度减少，年掘进爆破工作量缩减了32.25%，年回采爆破工作量缩减了28.6%，使得爆破工由88名减少至63名，从而大幅缩短了爆破工高危环境下的作业时间，杏山铁矿爆破工累计作业时间由88 900 h/a减少至38 900 h/a，降低了56.24%，大幅度降低了爆破作业安全隐患，进一步体现了本质安全。

(4)完善考核机制，推行机台核算考核制度。在考核机制上，建立了包含台车穿孔、爆破测孔透孔、装药爆破、爆后出矿等环节的管理机制，逐环节管控爆破质量。具体来讲：严格按照定额管控物料消耗，制定各类消耗材料定额管理办法，按照作业量对每个机台实行定额管理，严禁超限使用，将成本管控与岗位工资挂钩；深入推进机台评比和成本考核制度，建立健全职工教育培训制度，严格按照相关制度对工作进行考核，发挥排头及排尾的正负激励作用。

2 成效分析

分别从设计、施工、管控、效益等环节创新管理思路，形成了“爆破管理信息化、爆破设计智能化、穿孔设备机械化、装药工艺自动化、采场结构参数大型化”的地采矿山全新管理模式，全面提升了地采爆破行业的本质安全。上述措施的实践，取得了如下成效：

分段高度增加使得采掘比由28.63 m/万t降低至19.57 m/万t，累计节约成本1 863万元(表4)。

矿山爆破技术员由10人减少至8人，爆破工由88人减少至63人，按照人工成本约10万元/人计算，2013—2015年分别节约人工成本50，180，270万元，累计节约成本500万元(表5)。

该矿自产乳化基质的平均成本为4290元/t，炸药单耗为4600kg/万t，采用传统铵油爆破方式(外购铵油与粉状乳化炸药按8∶1进行配比)成本为5328元/t，炸药单耗为3800kg/万t，按照2015年回采爆破量260.82万t计算，可节

表4 掘采比优化后的生产成本节约量

表5 矿山爆破人员数量逐年减少量

约生产成本约13万元。

3 结 语

针对杏山铁矿爆破施工劳动强高、矿山开采效率低以及生产成本高的现状，结合现场实践，对安全高效的爆破管理模式进行了构建，实现了爆破管理信息化、爆破设计智能化、穿孔设备机械化、装药工艺自动化、采场结构参数大型化的目的，对于类似矿山优化爆破施工设计、降低生产成本有一定的借鉴意义。

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