露天矿山台阶爆破参数优化研究

第一作者：杨春亮 第二作者：杜远云

摘 要：在露天矿床开采中，台阶爆破是一个非常重要的工艺环节，往往直接影响到潜孔钻机的选型，孔径的选择，爆破方式的选择，矿山的生产能力，矿山的生产成本等。所以探索适合本矿山的爆破参数，具有致关重要的意义。

关键词：穿孔 爆破孔网参数 高寒 涌水量 岩石硬度 孔内积水 孔径 大块率 成本

1.引言

玉溪飛亚矿业开发管理有限责任公司自2019年承接青海鸿鑫矿业牛苦头矿区露天采剥业务，至今已有2年时间，公司打破高海拔露天夜晚不施工的惯例，全天候24小时组织施工，通过甲乙双方努力，克服岩石硬度大，坑内涌水突增，潜孔钻机和其他铲装运设备都是柴油驱动，高寒地区设备性能下降、故障多、柴油单耗增高、油价上涨，成本居高不下等重重困难，有力保障了青海鸿鑫矿业的正常生产组织，项目取得了较大的成果，涌水问题得到解决，爆破参数和起爆顺序进一步优化，爆破效率大幅提高和大块产出率大幅下降，施工成本得到进一步控制，形成了穿孔、爆破、铲装、供矿、排废、运输、降排水、边坡清理、道路维护、洒水降尘等全流程主业务和辅助生产业务。高寒地区生产组织经验丰富，特别是在穿孔爆破环节由于岩石硬度增加，裂隙发育、涌水较大孔内积水难以排干净等非常不利的因素，开展了多次爆破孔网参数的优化，装药和起爆顺序的优化研究，甚至变更潜孔钻设备，现用孔网参数优势得到充分体现，较大的提高了作业效率和生产组织能力，采剥成本大幅下降，现在已全面推广运用，工艺已经相对成熟，可以在类似矿山中推广运用。这次主要阐述的是露天台阶穿孔爆破在运用过程中和使用电动潜孔钻后爆破参数的优化问题。

2.地质概况

青海牛苦头矿，施工的钻探工程中均揭露了该套地层，地层西侧薄东侧厚，一般在140m左右，最厚为183m，地层总体北倾，产状10-20°∠20-50°。M1磁异常区矿床形成于晚古生代-中生代（晚华力西期-印支期）解裂及造山作用，成矿岩浆岩为印支期中酸性侵入岩（214.2±1.3Ma），围岩为石炭系上统缔敖苏组。构造区内构造不发育，未见成型的断裂和褶皱，在局部见有节理裂隙、褶曲及小揉皱等。区内地层为单斜构造，地层总体北倾，岩层倾角较缓，在20-50°之间。矿石体重3.8t/m³、废石体重2.7t/m³；矿石物理性质矿石类型铅锌矿石抗压强度 112.2-200.5MPa，普氏系数(f)11.2-20.05”。台阶高度12m（并段24m）台阶坡面角65~70°，靠近地表第四系为：45°；最终边坡角： 45~47°（第四系按36°）。

3.存在的问题

3.1高寒环境组织生产成本高

矿山所在地海拔高，9月下旬至次年5月初近8个月时间为极寒季节，生产设备效率大幅降低，进度效益难以体现，同比生产成本增加。为满足生产组织，必须使用凝固点更低的-20#、-30#柴油，柴油单价及油耗高同比成本增加2～3元左右。

3.2涌水量突增带来生产经营困难

施工以来，排水量已经达到6500--7000方/天，日涌水量超出约定值4000立方左右，导致排水费用大幅增加，并且由于施工区域在低洼平台，裂隙水大，造成大孔积水严重，大孔泵水此孔干彼孔水又满，爆力强的颗粒状炸药遇水失效，不得不改成爆力稍弱的乳化炸药，但由于孔内积水难以排干，乳化炸药由于水的浮力难以装到底，导致爆破效果差，大块多，二次解块频繁费用增加，孔底难以爆破形成平整面，对铲装矿（废）石难度又增加。

3.3岩石硬度系数大幅增大，钻孔速度缓慢增加成本的问题

普氏系数(f)11.2-20.05，达坚固、很坚固级别，潜孔钻机钻孔速度慢，加之爆破效果差，不得不缩小排间距和孔间距，导致大量增加大孔，钻孔时间更长，影响生产组织效率。大孔量增加，大孔费用增加。

3.4穿孔设备不匹配、孔径小，孔网参数变小，大块率高。

由于潜孔钻机是承接上一家遗留下来的小孔径钻机，爆破炸药性能不能很好的发挥，导致穿孔爆破环节成本非常高，潜孔钻机是柴油驱动，高寒地区设备性能下降、柴油单耗增高，施工成本居高不下；该设备配套的钻头所能施工的孔径为90-120cm以内，导致孔网参数要变小，而且大块产出率高。

4. 诊断分析

4.1基于以上存在的问题，穿孔孔径小，爆破时炸药密集程度低，未能形成球状药包原理，爆能降低，造成大块产出率高；爆破排间距和孔间距小，导致穿孔量增加，穿孔时间长，影响生产效率，施工成本高；由于孔内水很难排干，导致装药困难，有水孔全部需要乳化炸药，爆能低等问题。通过实例分析总结，有必要对台阶穿孔孔网参数进行调整优化。根据许多金属矿山的生产经验：孔底距a如采用孔径是51-65mm时是1.17-1.95m，最小底抗线w是0.997-2.24m。所以按经验公式推算，直径120-150排距（最小抵抗线）为2.35m-5.17m、平均为3.77m，孔距为2.75m-4.5m、平均为3.63m。

4.2孔径为120cm的采矿孔网参数

4.2.1采矿调整孔网参数前的穿孔爆破孔网参数为：2.5m（最小抵抗性）×3m（孔距）

表1：以3540m台阶 C2020-3-1区域为代表爆破技术参数，炸药相对单耗偏高。

台阶高度H（平均）	12.0m	炮孔个数	116	实际单耗㎏/m3	0.52
钻孔直径mm	120	孔距a	3m	底盘抵抗线W1	3-4m
钻孔倾角α	90°	排距b	2.5m	填塞长度L2	3.5m
主爆孔深L	13.5m	主孔装药长度L1	7-10m	主爆孔超深h	1.0m

4.2.2采矿调整孔网参数后的穿孔爆破孔网参数为：2m（最小抵抗性）×4m（孔距）

表1：以3516台阶C2021-3-2区域为代表爆破技术参数，炸药单耗相对偏低。

台阶高度H（平均）	12m	炮孔个数	89个	实际单耗㎏/m3	0.39
钻孔直径mm	120mm	孔距a	4m	底盘抵抗线W1	3-4m
钻孔倾角α	90°	排距b	2.5m	填塞长度L2	3.5m
主爆孔深L（m)	13.5m	主孔装药长度L1	7-10	主爆孔超深h	1m

4.3孔径为120cm的废石剥离孔网参数

4.3.1废石剥离调整孔网参数前的穿孔爆破孔网参数为：3m（最小抵抗性）×4m（孔距）

表3：3528台阶B2019-8-10块段为代表爆破技术参数，炸药相对单耗偏高。

台阶高度H（平均）	12m	炮孔个数	103	爆破方量m3	18360
钻孔直径mm	120	孔距a	4m	单耗㎏/m3	0.39
钻孔倾角α	90°	排距b	3m	底盘抵抗线W1	3-3.5
主爆孔深L	8-14m	主孔装药长度L1	7-9m	填塞长度L2	2.5-3.5m

4.3.2废石剥离调整穿孔爆破孔网参数后为：3m（最小抵抗性）×6m（孔距）表4：3540台阶B2020-11-6区域为代表爆破技术参数，炸药单耗相对偏低。

台阶高度H（平均）	12.0m	炮孔个数	146	实际单耗㎏/m3	0.29
钻孔直径mm	120	孔距a	6m	底盘抵抗线W1	3-4m
钻孔倾角α	80-90°	排距b	3m	填塞长度L2	3.0-4.0m
主爆孔深L（m)	11.5-14m	主孔装药长度L1	8-10m	主爆孔超深h	0.5m

4.4.2021年由于油价上涨较大，经过测算穿孔爆破环节成本大增，迫使我们要寻求突破，化解油价上涨带来的损失。我们引进了电动潜孔钻，通过试验，取得成功，不再用油，该设备适应岩石硬度系数较大的矿岩穿孔，施工孔径为120-150cm的潜孔，而且钻孔速度快，提高了生产效率，生产成本得到有效控制，只带来电费开支，压降成本非常明显。对于涌水量突增影响生产组织问题，通过和业主一道安装大功率潜水泵接力泵水，平台淹没、部分孔内积水得到一定解决。

4.5孔径为150cm的采矿孔网参数

4.5.1采矿穿孔爆破试验孔网参数为：3.13m（最小抵抗性）×5m（孔距）

表5：以3516台阶C2021-3-2区域为代表爆破技术参数，炸药单耗相对偏低。

台阶高度H（平均）	12m	炮孔个数	89个	实际单耗㎏/m3	0.312
钻孔直径mm	120mm	孔距a	5m	底盘抵抗线W1	3-4m
钻孔倾角α	90°	排距b	3.13m	填塞长度L2	3.5m
主爆孔深L（m)	13.5m	主孔装药长度L1	7-10	主爆孔超深h	1m

4.5.2废石剥离穿孔爆破试验孔网参数为：3.17m（最小抵抗性）×7m（孔距）

表6：以3540台阶B2020-11-6区域为代表爆破技术参数，炸药单耗相对偏低。

台阶高度H（平均）	12.0m	炮孔个数	146	实际单耗㎏/m3	0.285
钻孔直径mm	120	孔距a	7m	底盘抵抗线W1	3-4m
钻孔倾角α	80-90°	排距b	3.17m	填塞长度L2	3.0-4.0m
主爆孔深L（m)	11.5-14m	主孔装药长度L1	8-10m	主爆孔超深h	0.5m

通过对比分析，结合青海牛苦头矿的岩石可爆性，调整前使用的参数小于经验公式计算的参数，且通过不断优化孔网参数和起爆顺序的实践，通过快速排干孔内积水、快速装药、快速起爆，实现爆破效率提高8%，大块产生率由20%降低至10%，采剥成本大幅下降，取得了实质性成功和成果。

4.3查找问题的原因

.

增加穿孔量

3.1使用问题树查找问题的原因

孔径小

爆能降低

大块产出率高

生产效率低

穿孔爆破施工成本高

穿孔投入多

施工周期长

孔网参数小

爆破材料投入大

穿孔利用率低

施工成本高

4.3.2利用九宫图对问题进行排序

1

大

4

影

响

程

度

中

小

难

中

易

实 施 难 度

4 .4孔径为120cm和150cm的采矿孔网参数优化情况

4.4孔径为120cm和150cm的废石剥离孔网参数优化情况

4.5孔径为150cm的穿孔优化后试验孔网参数为：

4.5.1.采矿孔网参数为：3.13m（最小抵抗性）×5m（孔距），呈梅花状布置。

4.5.2剥离孔网参数为：3.17m（最小抵抗性）×6.5-7m（孔距），呈梅花状布置。

5.项目收益

项目 年份	采矿量（万t）	剥离量（万m³）	总爆方量（万m³）	最终穿孔量（万m）	穿孔直接成本量（万元）	穿孔节约量（m）	穿孔节约（万元）	雷管量(发)	雷管单耗（发/m³）	雷管节约量 (发)	雷管节约(万元)
2019-2021年合计	141.9	157.4	194.7	19.5	1169.0	3890	23.3	35121	0.018	2150	3.2
2019年合计	48.6	48.1	60.9	6.2	373.1			11708	0.019
2020年合计	86.1	104.6	127.3	12.6	756.0			22035	0.017
2021年1-3月	7.2	4.7	6.5	0.7	39.9			1378	0.021

5.2 项目收益主要由四块构成。

一是2019年至今通过爆破孔网参数、起爆顺序的优化和穿孔孔径的增大，减少大孔3890米，大幅缩短穿孔施工时间，节约穿孔成本23.3万元，节约雷管3.2万元（因炸药是业主提供，我方只负责雷管费用，此处不再计算，但对业主方成本降低是非常明显的）到2022年合同结束还剩1.75年，将降低23.3×1.75+23.3+3.2×1.75+3.2=72.9万元。

二是优化后减少大块产出率和减少二次破碎所产生的的油耗。通过不断试验研究，目前矿石优化为3×2.5米或3×2米；废石优化为4×3.5米或4×3米，加之通过起爆顺序的优化，以降低爆破后产生的大块，大块由单次占爆破方量的20%降低至10%。减少破碎矿废石8.8万吨，节约油耗:平均每月用油12.37万升,每月节约1.2万升，全年预计节约14万升，按每升油5元计算，全年降本增效70万元.提高铲装效率，提高生产效率，增加产量3万吨，减少人工和台班费11万元，最终将实现每年降本增效80余万元，该项目2020年开始实施，到2022年合同结束共降低成本240万元。

三是引进电动潜孔钻后，按照2020年3台柴油潜孔钻用油量为41万升，合计204.5万元，2021你年计划量和2020年一样，油价上涨了0.81元/升，成本将还要增加25万元至237.7万元左右，但改用电动潜孔钻后将取代用油，只产生电费，电费没有上涨，该项目2021年5月开始实施，合同还剩1.75年，将直接降低成本=237.7×1.75-电费77万元/年=339万元。加之孔径大，施工速度快，提高爆破效率8%，提高了劳动生产率，到合同结束将降本增效231×1.75=404万元多万元，合计743万元。

综上，项目实施以来，节约穿孔和雷管成本72.9万元；引进电动潜孔钻取代了用油，孔径大，施工速度快，提高了劳动生产率，将大幅降低了成本743万元；优化后减少大块产出率和减少二次破碎所产生的的油耗共降低240万元，合计降低生产成本：1056万元。

6.持续改善

露天矿山采剥孔网参数和孔径优化后，已经实施了多个台阶块段，多个块段爆破效果明显好转，将在实践过程中不断持续优化调整并巩固推广运用。

适用条件的限制：一是较小的块段炸药量小、炸药集中度不够、爆能不能充分发挥，爆破效果不太明显；二是在渗水较大的块段，由于孔内水很难排干，只能采用乳化药，爆能降低，大块产出率还是高，不得不缩小孔网参数。

7.结语

针对原工艺爆破质量不高，孔网参数不够优化，爆破效果差，块度大、成本居高不下等问题。实践证明生产效率、块度和成本问题通过采取上述综合措施后得到解决，大块产出率合理并下降，成本得到显著节约，从而解决了铲装效率问题，使该工艺工艺更加完善，更加实用，已经广泛推广运用，总结出较为完善的经验。

参考文献：

[1] 王德胜、龚敏.露天矿山台阶中深孔爆破开采技术[M]．北京：冶金工业出版社，2007.

[2] 周磊.台阶爆破效果评价及爆破参数优化研究[M]．武汉：武汉理工大学，2012.

[3] 刘殿中，杨仕春．工程爆破实用手册[M]．北京：冶金工业出版社．2004．

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