黄山南铜镍矿中深孔凿岩爆破参数研究

刘伟军 ，康泰福，李再易，周礼

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012； 2.金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012； 3.新疆瑞伦矿业有限责任公司， 新疆 哈密市 839000)

0 引言

新疆瑞伦矿业有限责任公司原隶属于哈密长城实业有限公司，2017年为西部矿业集团收购，现为西部矿业集团二级子公司。矿山原设计生产能力45万t/a，深部455 m水平以下计划技改工程完工后扩产至60万t/a。黄山南铜镍矿原设计以22线为界分一区、二区进行开采。一区开采22线以东455 m水平以上矿体，二区分为两期，一期回采5线～22线455 m水平以上矿体，二期回采5线～22线455 m水平以下矿体。

在西部矿业集团公司收购前，新疆瑞伦矿业有限公司455 m、515 m中段采用自然崩落法作为主体采矿法，技术经济指标均较差，采矿损失贫化率均高达20%～40%，崩落矿石大块多，二次破碎成本高，且回采过程不可控，采场回采周期长，崩落的采空区很容易会造成周边矿体的破坏；2017年，为改善企业生产经营状况，开展了井下生产系统和采矿方法的研究，采用阶段大直径深孔空场嗣后充填法对矿岩中等稳固及以上且上下中段连续的矿体进行开采；采用分段空场嗣后充填法对矿岩中等稳固以上且上下中段不连续的矿体进行开采；采用中深孔分段留矿崩落法对矿岩不稳固的矿体进行开采。

目前，黄山南铜镍矿采用中深孔分段空场嗣后充填法回采的采场，其中深孔孔网参数主要是靠经验取得。经过现场前期试验发现以下问题：由于爆破参数结果偏大，导致了大块率高，二次破碎量大。同时，井下也并未进行爆破漏斗试验，而井下中深孔爆破，技术水平要求高，直接关系到能否高效回采矿石[1-2]。因此，为了能够获得更好的爆破效果，取得合理的凿岩爆破参数范围，必须在井下开展爆破漏斗试验研究[3-4]。

1 工程地质

黄山南铜镍矿以13至15#勘探线为界，分东西部两部分矿岩，东部为蛇纹石化、片理化辉长岩为主，岩石坚硬程度较低、软弱破碎；西部以辉长岩、辉石岩和橄辉岩为主，矿岩坚硬程度较高。整体而言，东西部矿岩物理力学性质变化较大。东部矿岩节理裂隙较为发育；西部矿岩虽较为稳固，但也有节理裂隙及断层构造带。

2 爆破漏斗试验

2.1 单孔爆破漏斗试验

黄山南铜镍矿455中段210-3试验采场西部坚硬矿石单孔爆破漏斗试验共9个孔，炮孔试验结果见表1。

表1 455中段210-3采场单孔爆破漏斗试验数据

利用数学回归分析和爆破漏斗理论对单孔爆破漏斗试验数据进行预处理[4,6]，可得到试验条件 下药包中心埋深与爆破漏斗体积、爆破漏斗半径的多项表达式为：

式中，V为试验条件下的单孔爆破漏斗体积，m3；R为试验条件下的单孔爆破漏斗半径，m；l为试验条件下的药包中心埋深，m。

根据试验结果及回归式，可以分别得到黄山南铜镍矿单孔爆破漏斗试验关系特征图[4,7]：分别见图1至图4。

图1 R—l关系

图2 V—l关系

由图1至图4可知，黄山南铜镍矿455中段210- 3采场最佳药包中心埋深：Lj≈0.47 m；最佳药包中心埋深比：Δj=Lj/Le≈0.52；最佳爆破漏斗体积：Vj≈0.045 m3；最佳爆破漏斗半径：Rj=0.55 m。

图3 T—l关系

图4 V/Q—l关系

从试验结果中可以得出，黄山南铜镍矿西部硬岩的最佳药包中心埋深Lj=0.47 m。

2.2 多孔同段爆破漏斗试验

在455 m分段210-3试验采场矿房凿岩巷道内共布置了7个炮孔进行多孔同段爆破试验。

多孔同段爆破漏斗试验在455 m分段210-3采场凿岩巷道内中进行，单孔系列爆破漏斗试验确定的最佳药包埋深为0.47 m，孔深为0.65 m, 漏斗最佳半径为0.55 m，药包直径Φ32 mm，重量为300 g。炮孔实际间距分别为0.55 m、0.66 m、0.72 m、0.77 m、0.83 m和0.88 m。

对爆破后的爆破漏斗形态、体积进行测量，同时对爆破漏斗情况进行正面拍照处理，爆破漏斗轮廓见图5，试验结果见表2。

图5 多孔同段爆破漏斗轮廓

由表2可知：在试验条件下，最佳孔底距为0.72～0.75 m，此时炸药单耗为0.495 kg/t。

表2 多孔同段爆破试验结果

2.3 斜面台阶爆破试验

在475 m分段211-1采场矿房脉内巷道钻凿2个倾斜炮孔进行斜面台阶爆破试验，斜面台阶的爆破试验结果见表3。

表3 斜面台阶爆破试验结果

从表3可知：在试验条件下，黄山南铜镍矿西部硬岩平均每米炮孔装药量为0.789 kg，最佳抵抗线约为0.70 m。

3 中深孔爆破参数确定

3.1 试验爆破时炮孔排距计算

爆破最小抵抗线也称为中深孔爆破的炮孔排距[8-9]，根据斜面台阶爆破试验：黄山南铜镍矿孔径Φ40 mm的炮孔，采用Φ32 mm的炸药连续装药，装药量为0.798 kg/m，装药密度为0.982 t/m3，孔底起爆的条件下，实际平均爆破抵抗线为0.70 m。

在生产实际中，黄山南铜镍矿上向中深孔采用粉状硝铵炸药，装药密度为0.754 t/m3，Φ65 mm的炮孔每米装药量为2.5～2.8 kg。

通过爆破参数相似规律计算可得到黄山南铜镍矿试验爆破时的炮孔排距，见表4。

表4 大直径深孔爆破试验的炮孔装药量和炮孔排距

3.2 试验爆破时炮孔孔底距计算

根据多孔同段爆破漏斗试验，黄山南铜镍矿在孔径为Φ40 mm，装药量为0.789 kg/m条件下，获得的最佳孔底距为0.72～0.75 m。

通过爆破漏斗相似规律可知，黄山南铜镍矿试验爆破时的炮孔孔底距及孔距，见表5。

表5 中深孔试验爆破时的炮孔孔底距

3.3 排距及孔底距

考虑到炮孔孔径增加，炸药在矿体中的分布相对集中，对爆破效果不利[10-11]，参考国内中深孔同类型矿山爆破的经验，采用宽孔距、小抵抗线爆破时能量分布均匀，爆破效果良好，故本次试验研究推荐的爆破参数见表6。

表6 推荐的采场大直径深孔凿岩爆破参数

4 结论

（1）基于利文斯顿爆破漏斗原理，开展了黄山南铜镍矿爆破漏斗试验研究，通过回归分析和爆破相似理论对试验数据的分析处理，结果证明中深孔凿岩爆破参数是合理可行的，在黄山南铜镍矿取得了较好的实践结果。

（2）由黄山南铜镍矿的爆破漏斗试验研究结果可得到中深孔的爆破参数，具体爆破参数可推荐为：Φ65 mm炮孔的排距为1.20～1.40 m，孔底距为1.80～2.0 m；Φ76 mm炮孔的排距为1.40～1.60 m，孔底距为2.0～2.2 m；炸药单耗q值黄山南铜镍矿西部硬岩中深孔推荐为0.48～0.52 kg/t。