广西大新锰矿露天爆破技术优化应用

潘承武，段志伟，欧阳宇珉，韦志兴

(中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新 532315)

0 前 言

广西大新锰矿是海相沉积型锰矿床，年剥采总量约860万t，年采矿量110万t，以露天开采为主。随着采场开采深度的下降，由山坡转向凹陷露天矿，开采台阶已进入氧化界线以下，矿石由氧化锰转为碳酸锰，矿岩性质总体转好。矿石硬度系数f=10～12,碳酸锰矿石比重3.14 t/m3，岩石为泥质灰岩、钙质泥灰岩、硅质岩,硬度系数f=10～12，岩石致密坚硬,节理裂隙发育[1]。岩石比重为2.7 t/m3，矿岩可爆性变差。目前生产穿孔设备使用KQ-150型潜孔钻机和阿特拉斯760型、765型一体化钻机；采装设备有ZAXIS200型、ZAXIS330型日立挖掘机，EC360B型、EC460B型VOLVO挖掘机，50C型柳工装载机；运输设备主要为CQ3253红岩载重20 t工程汽车。矿用炸药为铵油乳化炸药，采取导爆管多段微差起爆。由于生产设备类型的多元化，爆区矿岩性质不同，加之潜孔钻机和一体化钻机穿孔效率与成孔质量有差异，各采装设备对爆破矿岩松动破碎性不一样，结合选矿对矿石大块度小于600 mm的要求。为保证生产质量，降低采矿综合成本，改变传统经验式爆破作业，有针对性地优化爆破技术参数在大新锰矿露天矿各特性爆区的应用，爆破效果得到了极大改善，为后续生产环节创造良好条件，促进各项生产任务指标实现。

1 传统的爆破技术

1)固定的孔网参数，布孔不均匀，穿孔质量差

采场爆区不进行测量绘图，穿孔作业未作设计定位，由操作工凭直觉经验确定孔位，孔网参数均匀程度差。松软风化表土、粘土、节理发育的风化石，孔网参数5 m×5 m；坚硬的原生石与碳酸锰矿脉，孔网参数3 m×3 m；氧化锰矿脉孔网参数 4 m×4 m。同时，由于穿孔作业操作工采用计件薪酬，当遇到卡钻与难钻地时，工人往往会拉大孔网间距或避开不钻，增大爆破技术的难度，造成根底现象与大块率增多。

2)没有超深或超深不合理

设计台阶高度为10m，由于穿孔设备和采装设备多元化，施工能力和适应工况的不同，造成台阶面凹凸不平，易产生根底，不符合设计要求，并对后续的工作造成不利影响。穿孔设备的钻孔能力和钻孔深度不同，导致钻孔没有达到设计超深的要求。其中，KQ-150型潜孔钻机钻孔深度只能到8-9 m，阿特拉斯760型钻机深度可达12 m，阿特拉斯765型钻机深度可达10 m。同时，采装设备多元化，适应的工况不同，例如：装载机适合在7 m高台阶作业，小型或旧式挖掘机挖掘能力较弱容易造成工作面凹凸不平，新型挖掘机挖掘能力强等。

3)炸药单耗选取不佳

大新锰矿的炸药规格为120 mm×400 mm的铵油乳化炸药,每箱6节，一节5 kg。爆破作业时，工人以每节炸药为一个单位，计算炮孔的装药量，一般情况单孔药量都按平均取值。台阶高度10 m，粘土、表土、风化石、氧化锰矿取值6～8节，原生石、碳酸锰矿石取值10～12节。这样确定炮孔炸药量，孔深而孔间距大的炮孔，炸药单耗显然容易出现拒爆现象，反之过大，炮孔上部岩土被炸抛散开，爆堆成漏斗状，既浪费炸药又易产生大块与根底。

4)炮孔装药结构不合理,都集中放于孔底

原生岩石与碳酸锰矿的爆破，炸药集中装于孔底，炮孔上部矿岩没有得到充分破碎，大块度较多。对于非均质岩体，特别是风化岩土内的裸石，如果药包位于松软岩层，爆破效果往往不理想，坚硬的岩体与裸石只被剥离而没有炸裂与破碎， 需要二次钻孔，爆破工作量较大。

5)不处理炮孔积水和废孔问题

随着开采深度下降，凹陷露天矿钻孔一般都有2～3 m的裂隙水，雨季炮孔积水更大，使用水泵抽水不现实，工作量大而且很难抽干。虽然用铵油乳化炸药防水，但是炸药密度轻，很难将炸药装入孔底，导致底部出现根底。同时，由于钻孔存放时间较久，部分孔内壁岩土较松，炮孔被岩土堵塞成废孔不能装药，或孔底岩土充填孔深不足装药上移，也易产生根底。这些情况一般在实施过程中未加处理。

6)炮孔起爆网络单一

大新锰矿前些年，采场工作面还处于氧化界线以上，矿岩大多是风化岩层，钩机采装作业对爆破要求不高，只需松动爆破即可，起爆网络习惯用单一的逐排微差起爆，或排数较少孔数不多时采取同段起爆网络。现在岩性变化，矿岩层可爆性变差，继续采用传统单一起爆网络，爆破效果差，且大块率高。

2 爆破技术的优化应用

1)根据穿孔设备作业适应性，按矿岩岩性不同分类安排作业，以提高穿孔效率。矿山向前发展新增了两台阿特拉斯760型、765型一体化钻机，孔径165 mm，其机型很适应于坚硬的岩石，穿孔能力极强，钻孔效率为KQ-150型潜孔钻机5倍以上，且灵活性很好。但是对风化岩及泥岩来说，与KQ-150型相比，工效提高不多。针对这一情况，阿特拉斯760型、765型一体化钻机多用于原生岩和碳酸锰矿的钻孔作业，KQ-150型潜孔钻只安排进行泥岩、风化石、氧化锰等较软岩层作业。按矿岩坚硬性分类，进行钻机优化分配作业，提高了穿孔效率；同时缩短了爆区作业时间，成孔后炮孔不易受外界损坏，炮孔质量得到相应的保证。

2)依据采装设备的挖掘力强弱，合理安排于不同硬度的矿岩生产，以提高采装工效。多种采装设备共同生产，对穿爆作业要求不一，装载机与旧的钩机挖掘力较弱，在坚硬的岩石工作面采装作业，工效较低又易留根底，爆破要求多为松动及抛掷爆破，炸药单耗相应较大。对于大的新钩机挖掘力较强，对付表土泥岩、风化岩一般不需要穿爆，如果需穿孔爆破，也只进行预裂爆破。为了提高采装效率与降低穿爆成本，装载机与旧的钩机多安排于较软的岩性工作面，大的新钩机偏向安排处理坚硬的岩石工作面。

3)强化穿孔作业管理，确定合理孔网参数，提高爆破炮孔质量。穿孔质量的好坏直接影响到爆破效果，加强穿孔作业管理，是保证爆破成功的前提。穿爆工作由采矿技术人员专管，根据爆区岩性结合采装设备类型，确定合理的孔网参数进行设计，并监督钻工严格按设计施工，确保孔向(自由面)、 孔位、孔深达到要求。采取爆前系统验收制度，对不合格或废孔的，不计产量并要求补钻。爆破炮孔质量得到较大保障。

4)优化爆破参数，降低爆破成本。大新锰矿采场目前矿岩主要是硅质岩、泥质灰岩、碳酸锰等原生岩，岩性比较坚硬，同时还存在部分风化岩，岩性较松软，所使用的采装设备类型多样化。通过生产实践分析，装载机与旧的钩机不能适应于坚硬的矿岩采装，作业效率较低且对岩石破碎程度要求很高，增大了穿爆作业的难度，生产成本太高。新的大型钩机采装作业适应性强，用于松软的风化岩，不需要穿爆，采装工效很高。采用孔内空气间隔装药并加强全流程的跟踪管理是其有效地的解决办法。爆破参数见表1。

表1 优化后的爆破参数

5)孔内空气间隔装药解决非均质岩体爆破问题。非均质岩体爆破一直以来都是大新锰矿难攻的生产问题，采用孔内空气间隔装药并加强全流程的跟踪管理是其有效地的解决办法。穿孔作业时，必须对每个炮孔的形成过程，跟踪收集所穿过岩层的岩性特征资料，按孔进行编号分析，在实施爆破时，有针对性地采取孔内空气间隔装药结构，把药包分散放置于孔内比较坚硬的岩层位置，让爆炸瞬间爆轰波极高的初始压力，集中能量对坚硬的岩体充分破碎。使用空气间隔装药技术，不仅使非均质岩体爆破大块量减少和松软岩层的浮石充分破碎，提高了爆破质量，而且二次爆破工作量明显减少，降低了炸药总体用量。

6)采取加大超深，利用孔底水间隔装药解决炮孔积水问题。原生岩层炮孔积水，孔底总有2～3 m 的积水，因孔内水浮力与压力造成炸药很难放入孔底部，药包位置上移，同时药包装药不实，岩性硬度较大，施爆效果很差，产生根底较多。采取加大超深，利用轴向孔底水间隔装药[2]，爆破效果很好。超深由原来 2.5 m增加到4 m，孔底预留1.5～2 m水间隔高度,水位下降药包位置随之下移，装药密度也得到了提高。利用孔底水间隔原理，在炸药爆炸过程中，在极高的压力作用下，水变为可压缩的，并形成水中冲击波均匀传递到孔壁，而且由于水介质的波阻抗比空气大，应变强度衰减慢，对矿岩作用时间长，有利于岩石的均匀破碎。

7)优化选择起爆网络。起爆网络设计非常重要，炮孔起爆顺序的确定更为关键，其合理性对爆破效果有着直接影响，因此每次爆破都要根据实际情况来选择最优的起爆方式。对松软的风化岩及泥岩，使用逐排孔内微差起爆，由于此类岩石爆破不易产生大块与根底，采装工作对爆破要求不高，装药及网络布设操作较简单，方便工人施工。碳酸锰矿石因对大块率要求高，原生岩较坚硬，采取斜线顺序起爆，提高炮孔的临近系数，以增大孔距、缩小抵抗线的爆破技术，增大爆破漏斗角，开创弧形爆破界面，增强了反射拉伸应力波作用，加强岩石的破碎程度，改善爆破质量，此起爆网络爆堆集中且平缓，块度均匀，破碎较好，不产生根底，便于采装作业。对于露天边坡的爆破，采取位于边坡界线处，采用小孔距、多钻孔、少装药，实行预裂控制爆破，先起爆预裂孔，后按自由面方向顺序逐排孔内微差起爆，减少主爆区爆轰波与爆震对边坡岩层破坏，确保了边坡的完整稳定。

3 结 语

1)大新锰矿露天爆破技术优化实践应用，采场穿爆作业管理得到了提高，穿孔质量与爆破效果有了较大改善。大块率由原来的3%降为1%，特别是入选厂的原矿大块度小于 600 mm的合格率达标，二次爆破作业量明显减少，采场总体炸药单耗控制在0.3 kg/m3以下，降低了穿爆成本。采场台阶工作面平整、干净，凹坑凸台现象日渐减少，为下一步穿爆工作创造了优质条件。

2)实践证明，按矿岩岩性硬度不同，选择适应的穿孔设备作业，提高穿孔效率；通过加强炮孔质量管理，提高爆破质量，降低综合穿孔成本。按采装设备对不同岩土的作业工效，合理优化分配，安排于相适应的工作面，结合采装设备有目的地选取爆破类型，确定合理的爆破参数，提高了采装效率，有效地降低采矿综合成本。