铜绿山矿中深孔爆破参数优化试验研究

周科礼　熊国雄

摘要：铜绿山矿深部开采顶板稳定性变差，采场拉底需跟进锚网支护，为减小作业顶板暴露面积，部分采场底部结构改平底式为堑沟式，上向平行孔改为上向扇形孔。为达到最佳的中深孔爆破效果，在深部采场探矿巷开展了中深孔爆破参数试验研究，以获得适用于现场实际的孔距、排距等爆破参数。基于利文斯顿爆破漏斗理论，先后进行了系列单孔、变孔距同段、斜面台阶爆破漏斗试验。通过试验数据的整理，得到试验条件下的药包最佳埋深0.72 m，孔间距1.6 m，最小抵抗线0.75 m。根据爆破相似律，确定实际中深孔爆破参数为：孔底距2.4 m，排距1.1～1.3 m，将其应用于-545 m中段5516上向扇形中深孔分段嗣后充填采矿法采场开展现场工业试验，取得了良好的爆破效果。

关键词：中深孔爆破；参数优化；爆破漏斗试验；爆破相似律；充填采矿法

中图分类号：TD235文章编号1001-1277（2023）07-0096-05

文献标志码：Adoi：10.11792/hj20230715

引 言

大冶有色金属有限责任公司铜绿山矿（下称“铜绿山矿”）开采技术条件复杂，从全矿整体来看，矿体分支繁多，矿体厚度变化很大。随着采深的不断增加，矿体逐渐变薄，尤其到了-425 m中段，Ⅲ号矿体厚度骤减，平均厚度约为30 m，铜品位逐渐下降，-425 m 中段以下铜品位小于0.9 %，并且矿体节理发育，岩性复杂，属中等稳固至不稳固岩体，开采难度日益加大。针对矿体产状和矿岩稳固性变化，矿山先后采用分段空场嗣后充填采矿法、垂直大直径深孔空场嗣后充填采矿法（VCR法）、上向水平分层充填采矿法、上向进路充填采矿法等采矿方法［1］。在上述采矿方法的应用过程中，凿岩爆破工作是占用时间最长、也是最为重要的一环，它直接影响采矿方法的应用效果［2］。

目前，铜绿山矿已全面进入深部开采，深部开采存在“三高一扰动”的问题，矿岩揭露后稳固性变差，中深孔采矿施工采准工程时，特别是施工底部凿岩巷道时应采取大面积锚杆网支护，同时应尽可能降低巷道顶板的暴露面积，进行底部结构优化，将平底式结构改为堑沟式，炮孔则由上向平行孔改为上向扇形孔。炮孔布置方式及矿岩稳固性的改变，促使中深孔爆破参数试验研究的开展［3］。

1 爆破漏斗试验方案

爆破漏斗试验是目前确定基础性的凿岩爆破参数最直接有效的方式，其目的是在一定的矿岩和炸药性能条件下，确定合理的凿岩爆破参数，包括一定药量和炮孔孔径条件下的最佳埋深比、药包中心的临界埋深和最佳埋深，以及最佳爆破漏斗时的炸药单耗、孔底距和排距等［2，4-5］。

试验的主要内容包括3个方面：系列单孔爆破漏斗试验、变孔距同段爆破漏斗试验和斜面台阶爆破漏斗试验，各方面试验的侧重点不同，但又相互联系。

试验地点的选择，在不影响矿山正常生产的前提下，所选地点的矿岩应与实际爆破矿体的岩性、坚硬程度、可爆性等基本一致，因此试验地點选择正在拉底扩帮的-545 m中段四分段5503采场探矿巷。

炮孔布置首先进行的是系列单孔和斜面台阶爆破孔，系列单孔垂直于帮壁钻凿，设置2组，每组6个孔，分别布置在巷道的两帮，孔深0.5～1.2 m，以0.1 m的梯度递增。为避免相邻炮孔相互影响，依据经验，孔距大于1.8 m［5-6］。斜面台阶爆破孔布置2个，分为2组，钻凿在距离系列单孔2 m以上的两帮，设计孔深1.8 m，与自由面的夹角45°。

变孔距同段爆破孔共布置1组5个，相邻孔距依次为1.4 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m，孔深为之前系列单孔爆破试验得到的最佳药包埋深对应孔深。

凿岩采用矿山常用的YT28型钻机，炮孔直径40 mm，炸药为卷装乳化炸药，直径32 mm，长度200 mm，单药质量150 g。

试验现场凿岩装药情况见图1。

2 爆破漏斗试验及结果分析

2.1 系列单孔爆破漏斗试验

每孔安装1卷炸药，插上雷管、连接导爆索、孔口堵上炮泥之后，12个炮孔同时孔底起爆，形成的单孔爆破漏斗见图2。对形成的爆破漏斗进行测量，得到的数据结果见表1。由表1可知，-545 m中段四分段炮孔的临界埋深值（le）为1.2 m。

基于表1中的数据，作出爆破漏斗体积（V）和药包中心埋深（l）、爆破漏斗半径（R）和药包中心埋深及单位炸药爆破量（F）和药包埋深比Δ（l/le）的散点图，分别见图3～5。采用三次多项式对各图中的散点进行拟合，可得回归方程大体上表示它们之间的非线性相关关系，回归方程如下：

V=0.010 3l3-0.089 2l2+0.112 1l-0.011 3（1）

R=1.578 3l3-3.613 6l2+2.659 3l-0.326 3（2）

F=0.118 7l3-0.886 4l2+1.041 7l-0.156（3）

根据利文斯顿爆破漏斗试验理论和相关经验［5-7］，爆破漏斗体积和单位炸药爆破量最大时对应

着药包中心最佳埋深和最佳埋深比。由图3可知，药包中心最佳埋深（lj）约为0.72 m，对应的最佳爆破漏斗体积（Vj）约为0.027 m3。由图5可知，最佳药包埋深比（Δj）约为0.69。

2.2 变孔距同段爆破漏斗试验

根据系列单孔爆破漏斗试验得到的药包中心最佳埋深值0.72 m，考虑药卷长度200 mm，变孔距同段爆破试验每孔安装1卷炸药，孔底起爆，故设计炮孔深度0.82 m。变孔距同段爆破漏斗试验结果见表2。

依据相邻漏斗之间的叠加情况及所形成的槽沟或脊柱的相关参数，当炮孔间距较小时，相邻炮孔爆破后形成的漏斗叠加效果明显，爆破后沿炮孔中心连线所形成的沟槽的中间宽度和深度均较大；随着炮孔间距的增大，沟槽的宽度和深度也随之减小，直至没有叠加，相邻炮孔爆破后其间形成明显的脊柱［5，8］。

分析上述变孔距同段爆破试验结果可以发现，当其孔间距为1.6 m时，相邻炮孔形成的爆破漏斗间基本无叠加，且刚好形成脊柱，因此认为试验中炮孔间距不宜超过1.6 m。

2.3 斜面台阶爆破漏斗试验

倾斜炮孔内放置7卷φ32 mm的药卷，孔口填塞完成后，孔底起爆，形成的爆破漏斗见图6，相关试验数据见表3。

由斜面台阶爆破试验结果可以得出，铜绿山矿-545 m中段四分段5503采场每米炮孔装药量为0.75 kg，最小抵抗线平均值为0.75 m。

3 爆破参数推荐及工业试验

3.1 中深孔爆破参数推荐

根据爆破相似律［5-7］，中深孔主要爆破参数孔底距和排距可分别从变孔距同段爆破试验和斜面台阶爆破漏斗试验推算确定，斜面台阶爆破漏斗试验φ40 mm炮孔得到的最大孔间距为1.6 m，最小抵抗线平均值为0.75 m，以此推算得到实际φ64 mm中深孔的孔底距不超过2.4 m，最佳排距1.2 m。考虑到试验现场岩体结构对爆破的较大影响和爆破成本控制，推荐中深孔孔底距2.4 m，排距1.1～1.3 m。

3.2 工业试验

-545 m中段5516采场为上向扇形中深孔分段嗣后充填采矿法试验采场，矿体为矽卡岩含铜磁铁矿体，铁黑色，夹褐色，粒状结构、交代结构，浸染状构造；上盘围岩为矽卡岩，灰褐色至棕褐色，粒状变晶结构，块状构造；下盘岩性为矽卡岩，灰褐色至棕褐色，粒状变晶结构，块状构造；该采场上盘围岩稳固，采场岩性极稳固，下盘围岩稳固。5516采场一分段底部标高-534.852 m，5516采场二分段设计底部标高-522.635 m。具体的施工方案为：

1）先对采场进行安全性检查，发现安全隐患或岩性不好的区域，要及时上报，支护方式按Ⅱ级顶板管理方案进行支护。

2）安全检查并处理后，对采场进行中深孔侧崩区凿岩施工，采场顶板距二分段底板约为12.217 m。

3）全部炮孔施工完成后，对炮孔进行验收。

5516采场侧崩区炮孔设计见图7，孔径64 mm，孔网参数为2.4 m×1.2 m（孔底距×排距），每列布置7个孔。采场总孔数为94个，装药量900条，其中条状乳化炸药的药卷直径为45 mm，长度为350 mm，药卷条质量为0.6 kg，合计520 kg，20 kg备用，共计540 kg，爆破矿量1 358 t，单耗0.31 kg/t。爆破后侧崩崩落矿石见图8。由图8可知，爆破效果较好，块度适中，有少量大块。

4 结 论

为优化铜绿山矿上向扇形中深孔爆破参数，在-545 m中段四分段5503采场探矿巷进行了系列单孔、变孔距同段、斜面台阶爆破漏斗试验。根据爆破相似律得到实际中深孔爆破参数，并将其应用于现场工业试验，效果较好。

1）爆破漏斗试验的药包中心最佳埋深0.72 m，最佳埋深比0.69，对应的最佳爆破漏斗体积0.027 m3，最佳孔间距1.6 m，最小抵抗线平均值0.75 m。

2）由爆破相似律理论推得φ64 mm上向扇形中深孔最佳孔底距为2.4 m，最合适的排距为1.1～1.3 m。

3）推荐的爆破参数应用于工业试验，炸药单耗降低到0.31 kg/t，崩落矿石块度适中，有少量大块，达到预期的爆破效果。

［参 考 文 献］

［1］熊国雄.分段空场嗣后充填采矿法在铜绿山矿的应用［J］.现代矿业，2016，32（10）：26-27.

［2］邱胜光，孙明武.基于爆破漏斗试验的大直径深孔爆破参数研究［J］.矿业研究与开发，2020，40（1）：64-69.

［3］熊国雄.光面爆破技术在铜绿山矿回采中的应用［J］.采矿技术，2020，20（1）：162-164.

［4］张松涛，李祥龙，张智宇，等.中深孔落矿爆破漏斗试验研究［J］.黄金，2015，36（12）：38-40.

［5］刘子强，陈功，刘奇，等.柿竹园多金属矿爆破参数优化研究［J］.采矿技术，2020，20（1）：155-158.

［6］吴春平.地下爆破漏斗实验方法研究［J］.中国矿业，2017，26（7）：155-158，172.

［7］吴贤振，余敏，吴强.铜坑矿中深孔凿岩爆破参数优化试验研究［J］.黄金，2011，32（5）：31-33.

［8］杨福波.沙溪铜矿爆破漏斗工业试验研究［J］.采矿技术，2018，18（5）：102-105，109.

Experimental study on optimization of blasting parameters for medium-long holes in Tonglushan Mine

Zhou Keli，Xiong Guoxiong

（Tonglushan Mine，Daye Nonferrous Metals Co.，Ltd.）

Abstract：In the deep mining areas of Tonglushan Mine，the stability of the roof has deteriorated，requiring bolt net support in the undercut of the stope.To reduce the exposed area of the working roof，some bottom structures of the stope have been changed from flat bottoms to trench bottoms，and the upward parallel holes have been changed to upward fan-shaped holes.To achieve the best effect of medium-long hole blasting，experimental research on medium-long hole blasting parameters was carried out in the exploration roadway of the deep mining stopes to obtain blasting para-meters such as hole spacing and row spacing applicable to the field conditions.Based on the Livingston blasting funnel theory，a series of tests were conducted，including single-hole tests，variable hole spacing tests in the same section，and inclined step blasting funnel tests.Through the collation of experimental data，the optimal burial depth of the explosive package under the test conditions was determined to be 0.72 m，the hole spacing was 1.6 m，and the minimum resistance line was 0.75 m.According to the blasting similarity law，the actual medium-long hole blasting parameters were determined to be：hole bottom spacing of 2.4 m，and row spacing of 1.1-1.3 m.These parameters were applied to the industrial trial in the mining face of the upper fan-shaped medium-long hole sublevel subsequent filling mining method at -545 m，and good blasting effects were achieved.

Keywords：medium-long hole blasting;parameter optimization;blasting funnel test;blasting similarity law;filling mining method

收稿日期：2023-03-03； 修回日期：2023-05-17

作者簡介：周科礼（1977—），男，高级工程师，从事采矿工程方面的研究及管理工作；E-mail：1429252390@qq.com