露天台阶硬岩爆破质量评价和优化

罗华军

露天台阶硬岩爆破质量评价和优化

罗华军

(江西铜业股份有限公司 城门山铜矿，江西 九江市 332100)

为了满足城门山铜矿3号石英斑岩矿体等硬岩区域爆破块度的新要求，采用Kuz-Ram数学模型对当前爆破质量现状进行评价，并在此基础上对爆破参数进行优化；经过理论计算和现场实践，采用优化后的爆破参数可将大块率控制在约1.5%，能够满足取消二次爆破后的生产要求。根据使用经验，Kuz-Ram数学模型可以为日常生产爆破参数的合理选择提供指导性的决策依据，可在类似工程中推广使用。

露天台阶；数学模型；爆破参数；大块率

0 前 言

城门山铜矿位于江西省九江市赛城湖南岸，是一座以铜、硫为主，共生钼、铁、锌，伴生金、银等多种金属的大型露天矿山。随着城门山铜矿露天采坑开采深度的不断增大，矿岩地质条件越来越复杂，对采矿场穿孔、爆破、铲装、运输等各个环节的安全、高效生产带来了前所未有的挑战。

爆破环节作为承上启下的关键工序，其质量的好坏直接影响着采矿场的生产效益。自城门山铜矿引入现场混装乳化炸药技术以来，很好地解决了含水深孔爆破的质量问题[1]；而对于3号石英斑岩矿体等硬岩区域，经过不断的试验和优化，采取保持适度、合理的大块率，然后辅以二次爆破的方式不仅能使穿孔、爆破、铲装的综合成本最低，也可以满足矿山的正常生产。但是，随着安全生产监管部门对爆破安全的不断重视，强制禁止使用解大块爆破[1]，于是大块的处理只能采用机械破碎；而采矿场的机械破碎设备有限，导致3号矿体破碎块度的优劣直接影响着正常的供配矿效率。因此，本文采用Kuz-Ram数学模型对3号矿体硬岩区域的爆破质量进行评价和优化分析。

1 Kuz-Ram数学模型

Kuz-Ram数学模型是Kuznetsov模型和Rosin- Rammler模型的结合，前者研究的是爆破平均块度，后者研究的是爆破块度的分布特征。该模型是用筛下累计为50%的筛孔尺寸为平均块度和块度分布的均匀性指标来预测爆破块度。由于该数学模型与岩石性质、炸药性能以及爆破参数密切相关，所以在国内外得到广泛的应用[2-4]。其主要的数学表达式有：

式中，为均匀度指标，它是决定块度分布曲线形状的指数，取值区间一般为0.8~2.2，值越大，则矿岩块度分布范围就越窄，块度越均匀，反之值越小，块度分布范围越分散；为最小抵抗线，m；为炮孔直径，mm；Δ为钻孔精度标准误差，即孔底偏离设计位置的平均距离，m；为炮孔密集系数，m；为不计超深部分的装药高度，m；为台阶高度，m。

式中，为筛上物料的比率，即大块率；为筛孔尺寸，表示筛上最小直径或筛下最大直径，cm；x为特征块度，cm；为均匀度指标。

2 爆破质量现状评价

3号矿体位于南区矿段，主要为石英斑岩，呈豆荚状，倾向353°，倾角38.5°，赋存标高为18～−440 m，平均厚度为40 m。目前采至−70 m水平，穿孔采用150 mm的潜孔钻机，爆破采用乳化炸药现场混装车，利用Kuz-Ram数学模型对3号矿体目前的爆破质量进行评价，具体计算如下：

（1）计算均匀度指标。已知=3.8 m，= 150 mm，Δ=0.3 m，=1.74，=7 m，=12 m，则根据式（1）计算得=1.36。

（4）计算大块率。已知=100 cm，将= 1.36，x=42.06 cm代入式（3），计算得=3.89%。

3 爆破质量优化分析

3.1 理论计算分析

通过现场跟踪统计可知，为了适应机械破碎的能力，应将3号矿体硬岩区域的大块率减少一半，即大块率取1.95%，则可以反推出该区域的合理炸药单耗以及优化后的孔网参数。详细计算过程如下：

（1）计算特征块度x。已知=1.95%，=100 cm，=1.36，则根据式（3）计算得x=36.52 cm。

（3）计算合理炸药单耗。已知=9，=200 kg，=105，则根据式（2）计算得合理炸药单耗= 0.79 kg/m3。

（4）根据炸药单耗公式和炮孔密集系数公式联合计算，可以得到优化后的孔网参数为：孔距=6 m，排距=3.5 m。

3.2 现场实践

在现场爆破实践中，除按照优化后的爆破参数精细施工之外，还采取如下措施：

（1）合理规划开采顺序和爆破区域，使爆破作用方向垂直于结构面走向，以便延缓爆生气体的泄漏，增强径向和切向破裂。

（2）在爆区前留3 m厚的压渣，以防前次爆破时由于后冲产生的块体脱落，以及爆生气体的过早逸出。

（3）采用V型起爆网路，并将排间延期由65 ms缩短到42 ms，以便增强相邻炮孔间岩石的碰撞作用，从而改善爆破块度。

经过大量爆破实践，优化后每次爆破的大块率基本控制在约1.5%，在机械破碎配合下能够满足供配矿的生产要求。

4 结 论

（1）Kuz-Ram数学模型建立了岩石性质、炸药性能、爆破参数和爆破块度之间的定量关系，不仅可以对现有爆破条件下的爆破质量进行评价，还可以指导优化生产爆破参数，从而达到改善爆破质量的目的。

（2）在取消二次爆破解大块的情况下，利用该模型成功优化了城门山铜矿3号矿体的爆破参数，并根据爆破实践提出了现场施工的优化措施，良好的爆破质量为城门山铜矿的正常供配矿提供了保障。

[1] 孙 磊,陈先万,张辉宇,等.乳化炸药现场混装技术在城门山铜矿的应用[J].采矿技术,2014,14(4):79-81.

[2] 郑炳旭,王永庆,李萍丰.建设工程台阶爆破[M].北京:冶金工业出版社,2005.

[3] 张 坤.露天矿矿岩爆破质量预测与分析方法[J].水泥工程, 2007(4): 38-41.

[4] 刘家平,刘定华,石 伟.Kuz-Ram模型在面板坝堆石料爆破开采中的应用[J].湖北水利发电,2006(2):40-43.

[5] 刘殿中.工程爆破实用手册[M].第2版.北京:冶金工业出版社,2004.

(2018-12-06)

罗华军(1977—)，男，江西瑞昌人，采矿工程师，主要从事露天采矿技术及管理，Email：997747119@qq.com。