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摘 要：在冶金辅料矿山系统中深孔台阶爆破中，成功地运用了分段装药和逐孔起爆先进工艺技术，大大降低了爆破大块率，提高了爆破效果，有效降低采矿成本。并且达到了降低爆破震动危害、减少飞石影响的良好效果。
关键词：分段装药；逐孔起爆；采矿成本；爆破震动
中图分类号：TD235.39 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0053-02
1 概 述
冶金辅料矿山爆破工序作为矿山开采的最为重要生产环节，在生产爆破中，过去一直采用排间斜线起爆方式，一方面爆破效果不理想，大块、底根较多，爆堆松散度差，造成后续生产工艺成本偏高；另一方面，该起爆方式引起的爆破震动较大，对采场最终边帮、采场南部周边建构筑物的影响较大。爆破工序严重影响着采矿速度、安全和成本。因此，优化爆破工艺技术，提高爆破质量对整个矿山开采有着尤为重要的意义。
2 礦区地质和穿爆情况简介
矿区位于华北地台块的山西台背斜的东北部，区内地势北高南低，最高标高979.9 m，最低标高738.17 m，相对高差241.73 m。矿区地层主要为下元古界滹沱超群东冶群瑶池村组和新生界第四系。矿区矿床为沉积浅变质型矿床。矿体与下盘千枚岩呈明显的整合接触。
矿区矿层基本全部出露地表，矿体呈一缓倾伏向斜产出，矿体走向由南西—北东，倾向南东157 °，倾角12 °～45 °，矿体在矿区范围内出露长660 m，宽度100 ～400 m，平均宽250 m，矿体最小埋深0 m，最大埋深235 m。
受区域构造的影响，矿区构造形成NE—SW方向的大小断层十余个，岩层形成一椭圆状环形内斜式向斜，主要轴向呈NE30 °～40 °，倾向SE，倾角10 °～20 °。矿区内发育着两组节理。
该矿山以前采用台阶高度10 m，矿区未进行分类矿岩可爆性分区和分级，φ150潜孔钻穿孔，孔径φ150 mm，孔深11.5±0.5 m，全部4×6m孔网梅花形布孔，底盘抵抗线3.5 m，多排孔排间微差起爆，柱状连续装药，单位炸药消耗量0.7 kg/m3，炸药单耗2 750 kg/万t，每次爆破用药15～20 t。
存在的主要问题是：矿石块度合格率低，部分爆堆大块率过高，而部分爆堆粉矿率过高；局部甚至大面积根底；爆堆矿石块度不均，下部粉矿多；盲炮多，爆破震动大。
3 中深孔爆破工艺技术优化
根据对影响爆破效果的原因分析，结合矿区的具体条件，主要采取了以下优化措施提高爆破质量。
3.1 矿区矿岩合理分区，不同区域采取不同的孔网参数
矿区穿孔设备和开采台阶已定，调整爆破的孔网参数主要是依据矿区地质对矿岩合理分区，然后在已经确定的矿岩分区内确定炮孔密集系数m。
矿区根据矿区地质特征结合破碎系统要求将采区大致分两个区域，采区南部解理裂隙较发育，矿岩松软，层面多且层间距小，炮孔排面和主结构面走向接近平行，为了避免孔间裂隙过早生成而泄露爆轰气体，炮孔密集系数取2.0～2.1m；采区北部有两个大的断层经过，矿岩硬度大，解理裂隙面倾角达70度，炮孔密集系数m取值较小，根据经验取1.7。
根据破碎系统破碎口给矿口径要求和铲装设备能力，将矿石和岩石大块粒度 进行定义，矿石粒度≤0.8 m3，岩石粒度≤1.2 m3。
根据以上分析，确定合理的爆破孔网参数为：
采区南部：
孔距a=mWd=1.8～2.0×3.5=6.3～7 m；
排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m
采区北部：
孔距a=mWd=1.7×3.5=6 m；
排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m；
对局部裂隙发育、靠近断层带处采用孔距7 m，排距3 m。
3.2 利用逐孔起爆方式起爆
3.2.1 逐孔起爆技术的特点
爆破工作是采矿工作的重要组成部分，爆破效果和爆破震动受爆破器材质量、爆破参数、起爆顺序、岩石性质、节理裂隙等诸多因素的影响。在现场爆破中，许多难以预期的因素，往往使爆破效果和爆破震动不可控。
但是，在同等爆破条件下，根据岩石爆破破碎的动力过程，合理分配各孔的起爆顺序，确保各孔之间的精确毫秒延期，能够充分利用炸药能量改善爆破效果，同时明显降低爆破地震效应，通过为每个炮孔创造更多的自由面，实现爆炸应力波的多次反射，加强相邻炮孔之间的岩石碰撞，进一步改善爆破效果，使破碎块度更加均匀，使大块和底根数量减少。
逐孔起爆技术核心是单孔延时起爆。依靠非电高精度毫秒导爆管雷管，实现爆区内任何一个炮孔爆破时，在空间和时间上都是按照一定的起爆顺序单独起爆，这样可以人为地为每个炮孔准备最充足的自由面。利用逐孔起爆技术，每个炮孔在起爆前，其前方和侧方的炮孔已经爆炸，并为该孔备出了至少3个以上的自由面，因此岩石爆破所需要抛散能量大大降低，同时，合理选择孔间和排间微差时间可以充分利用岩石破碎后的抛散能量，增加相临炮孔间岩石的空中碰撞次数，从而显著改善了爆破块度。
此外，由于多个新生自由面的出现，该孔药柱爆炸后产生的应力波传至新自由面后将同时发生反射，应力波同时抵达药包位置，反向拉伸波在传播过程中首先在自由面接触，然后依次向着药包位置在单孔爆破区内各点处发生叠加，拉应力强度大大提高，降低了岩石破碎时弹性变形能的损失，从而降低了炸药单耗，并极大改善了岩石爆破破碎效果。
3.2.2 孔间与排间逐孔延期时间的选择
在逐孔起爆技术网络设计中，分为地表延期网络和孔内延期网络，孔间延期决定块度，排间延期决定爆堆松散度。其中地表延期合理微差时间的选择是关键。地表延期导爆管雷管（4号雷管），根据爆破动载理论和爆震最小的要求，结合钻孔孔径为150 mm，确定控制排孔与孔之间的延期时间间隔为3～8 ms/m，取25 ms，分传爆列孔与孔之间的延期时间间隔为15～30 ms/m，取65 ms。孔内导爆管雷管（8号加强雷管），延期时间均为400 ms。具体爆破地表网络连接，如图1所示。 通过利用逐孔起爆方式起爆，爆破后，爆堆前伸12～18 m，整体移动性好，爆堆表面隆起1～3 m，满足铲装高度，爆区内部岩石破碎较均匀，松散度较好，爆区内部存在大块的可能性较小；爆区最后排炮孔沉降2～4 m，无后冲和后翻现象；实现了“反向起爆”，松动爆破区内没有产生飞石，为安全生产提供了保障，同时大大降低了根底出现的概率。
3.2.3 爆破震動测试
采场部分最终边帮位于地质情况复杂区段，且高度较大（目前最大高度70 m），对爆破地震反应强烈；采场南部周边建构筑物距爆区的最小距离约46 m，其对爆破震动反应亦很敏感，因此，解决爆破震动过大问题成了当务之急。为了确保安全生产，对比逐孔起爆方式在降震方面的表现，定量评价爆破震动等级，以便采取相应措施，企业委托澳瑞凯公司，进行了5次爆破震动测试，综合测试结果，见表1。
另外，将位于同一区段，地质条件基本一样的两次爆破的详细分析，从爆破震动测试结果可以看出，采用澳瑞凯高精度导爆管雷管和逐孔起爆方式，爆破震动速度可降低35%～40%以上，降震效果明显。
3.3 优化装药结构
采用空气间隔装药技术和分段装药技术相结合。
由于孔口充填部分没有炸药，并且在一定深度范围受上一次爆破影响，容易形成大块。为克服空口大块的产生，同时减少根底，采用了分段装药结构。底部装药55%，充填1～1.5m后再装45%的炸药，最后进行孔口回填。
同时，为了克服底部矿石过于粉碎的问题，在底部装药时采取了空气间隔装药技术，在底部先放入0.5～0.8m的空气柱再装药。
4 效果分析
通过爆破工艺技术优化，大大提高了爆破质量，爆破大块率在原有的基础上减少了25%，粉矿率降低了20%，延米爆破量由原来的48 t/m提高到55 t/m，炸药单耗由原来的2 750 kg/万t减少为2 200 kg/万t。同时由于加强了现场钻孔作业管理和爆破作业管理，基本上消除了边墙和根底的产生，也降低了爆破成本和整个采矿工序成本。
5 结 语
随着爆破技术的不断提高和新型爆破器材的应用，矿山爆破质量大大提高，爆破精确度和安全有了保障。该矿山通过爆区分区管理，调整爆破孔网参数、逐孔起爆、调整装药结构等技术的应用，在减少大块率、降低粉矿率、提高爆破安全方面收到了良好的效果。
参考文献：
[1] 郭进平，聂兴信.新编爆破工程实用技术大全[M].北京：光明日报出版 社，2011.
[2] 刘殿书.中国爆破新技术Ⅱ[M]北京：冶金工业出版社，2008.
关键词：分段装药；逐孔起爆；采矿成本；爆破震动
中图分类号：TD235.39 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0053-02
1 概 述
冶金辅料矿山爆破工序作为矿山开采的最为重要生产环节，在生产爆破中，过去一直采用排间斜线起爆方式，一方面爆破效果不理想，大块、底根较多，爆堆松散度差，造成后续生产工艺成本偏高；另一方面，该起爆方式引起的爆破震动较大，对采场最终边帮、采场南部周边建构筑物的影响较大。爆破工序严重影响着采矿速度、安全和成本。因此，优化爆破工艺技术，提高爆破质量对整个矿山开采有着尤为重要的意义。
2 礦区地质和穿爆情况简介
矿区位于华北地台块的山西台背斜的东北部，区内地势北高南低，最高标高979.9 m，最低标高738.17 m，相对高差241.73 m。矿区地层主要为下元古界滹沱超群东冶群瑶池村组和新生界第四系。矿区矿床为沉积浅变质型矿床。矿体与下盘千枚岩呈明显的整合接触。
矿区矿层基本全部出露地表，矿体呈一缓倾伏向斜产出，矿体走向由南西—北东，倾向南东157 °，倾角12 °～45 °，矿体在矿区范围内出露长660 m，宽度100 ～400 m，平均宽250 m，矿体最小埋深0 m，最大埋深235 m。
受区域构造的影响，矿区构造形成NE—SW方向的大小断层十余个，岩层形成一椭圆状环形内斜式向斜，主要轴向呈NE30 °～40 °，倾向SE，倾角10 °～20 °。矿区内发育着两组节理。
该矿山以前采用台阶高度10 m，矿区未进行分类矿岩可爆性分区和分级，φ150潜孔钻穿孔，孔径φ150 mm，孔深11.5±0.5 m，全部4×6m孔网梅花形布孔，底盘抵抗线3.5 m，多排孔排间微差起爆，柱状连续装药，单位炸药消耗量0.7 kg/m3，炸药单耗2 750 kg/万t，每次爆破用药15～20 t。
存在的主要问题是：矿石块度合格率低，部分爆堆大块率过高，而部分爆堆粉矿率过高；局部甚至大面积根底；爆堆矿石块度不均，下部粉矿多；盲炮多，爆破震动大。
3 中深孔爆破工艺技术优化
根据对影响爆破效果的原因分析，结合矿区的具体条件，主要采取了以下优化措施提高爆破质量。
3.1 矿区矿岩合理分区，不同区域采取不同的孔网参数
矿区穿孔设备和开采台阶已定，调整爆破的孔网参数主要是依据矿区地质对矿岩合理分区，然后在已经确定的矿岩分区内确定炮孔密集系数m。
矿区根据矿区地质特征结合破碎系统要求将采区大致分两个区域，采区南部解理裂隙较发育，矿岩松软，层面多且层间距小，炮孔排面和主结构面走向接近平行，为了避免孔间裂隙过早生成而泄露爆轰气体，炮孔密集系数取2.0～2.1m；采区北部有两个大的断层经过，矿岩硬度大，解理裂隙面倾角达70度，炮孔密集系数m取值较小，根据经验取1.7。
根据破碎系统破碎口给矿口径要求和铲装设备能力，将矿石和岩石大块粒度 进行定义，矿石粒度≤0.8 m3，岩石粒度≤1.2 m3。
根据以上分析，确定合理的爆破孔网参数为：
采区南部：
孔距a=mWd=1.8～2.0×3.5=6.3～7 m；
排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m
采区北部：
孔距a=mWd=1.7×3.5=6 m；
排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m；
对局部裂隙发育、靠近断层带处采用孔距7 m，排距3 m。
3.2 利用逐孔起爆方式起爆
3.2.1 逐孔起爆技术的特点
爆破工作是采矿工作的重要组成部分，爆破效果和爆破震动受爆破器材质量、爆破参数、起爆顺序、岩石性质、节理裂隙等诸多因素的影响。在现场爆破中，许多难以预期的因素，往往使爆破效果和爆破震动不可控。
但是，在同等爆破条件下，根据岩石爆破破碎的动力过程，合理分配各孔的起爆顺序，确保各孔之间的精确毫秒延期，能够充分利用炸药能量改善爆破效果，同时明显降低爆破地震效应，通过为每个炮孔创造更多的自由面，实现爆炸应力波的多次反射，加强相邻炮孔之间的岩石碰撞，进一步改善爆破效果，使破碎块度更加均匀，使大块和底根数量减少。
逐孔起爆技术核心是单孔延时起爆。依靠非电高精度毫秒导爆管雷管，实现爆区内任何一个炮孔爆破时，在空间和时间上都是按照一定的起爆顺序单独起爆，这样可以人为地为每个炮孔准备最充足的自由面。利用逐孔起爆技术，每个炮孔在起爆前，其前方和侧方的炮孔已经爆炸，并为该孔备出了至少3个以上的自由面，因此岩石爆破所需要抛散能量大大降低，同时，合理选择孔间和排间微差时间可以充分利用岩石破碎后的抛散能量，增加相临炮孔间岩石的空中碰撞次数，从而显著改善了爆破块度。
此外，由于多个新生自由面的出现，该孔药柱爆炸后产生的应力波传至新自由面后将同时发生反射，应力波同时抵达药包位置，反向拉伸波在传播过程中首先在自由面接触，然后依次向着药包位置在单孔爆破区内各点处发生叠加，拉应力强度大大提高，降低了岩石破碎时弹性变形能的损失，从而降低了炸药单耗，并极大改善了岩石爆破破碎效果。
3.2.2 孔间与排间逐孔延期时间的选择
在逐孔起爆技术网络设计中，分为地表延期网络和孔内延期网络，孔间延期决定块度，排间延期决定爆堆松散度。其中地表延期合理微差时间的选择是关键。地表延期导爆管雷管（4号雷管），根据爆破动载理论和爆震最小的要求，结合钻孔孔径为150 mm，确定控制排孔与孔之间的延期时间间隔为3～8 ms/m，取25 ms，分传爆列孔与孔之间的延期时间间隔为15～30 ms/m，取65 ms。孔内导爆管雷管（8号加强雷管），延期时间均为400 ms。具体爆破地表网络连接，如图1所示。 通过利用逐孔起爆方式起爆，爆破后，爆堆前伸12～18 m，整体移动性好，爆堆表面隆起1～3 m，满足铲装高度，爆区内部岩石破碎较均匀，松散度较好，爆区内部存在大块的可能性较小；爆区最后排炮孔沉降2～4 m，无后冲和后翻现象；实现了“反向起爆”，松动爆破区内没有产生飞石，为安全生产提供了保障，同时大大降低了根底出现的概率。
3.2.3 爆破震動测试
采场部分最终边帮位于地质情况复杂区段，且高度较大（目前最大高度70 m），对爆破地震反应强烈；采场南部周边建构筑物距爆区的最小距离约46 m，其对爆破震动反应亦很敏感，因此，解决爆破震动过大问题成了当务之急。为了确保安全生产，对比逐孔起爆方式在降震方面的表现，定量评价爆破震动等级，以便采取相应措施，企业委托澳瑞凯公司，进行了5次爆破震动测试，综合测试结果，见表1。
另外，将位于同一区段，地质条件基本一样的两次爆破的详细分析，从爆破震动测试结果可以看出，采用澳瑞凯高精度导爆管雷管和逐孔起爆方式，爆破震动速度可降低35%～40%以上，降震效果明显。
3.3 优化装药结构
采用空气间隔装药技术和分段装药技术相结合。
由于孔口充填部分没有炸药，并且在一定深度范围受上一次爆破影响，容易形成大块。为克服空口大块的产生，同时减少根底，采用了分段装药结构。底部装药55%，充填1～1.5m后再装45%的炸药，最后进行孔口回填。
同时，为了克服底部矿石过于粉碎的问题，在底部装药时采取了空气间隔装药技术，在底部先放入0.5～0.8m的空气柱再装药。
4 效果分析
通过爆破工艺技术优化，大大提高了爆破质量，爆破大块率在原有的基础上减少了25%，粉矿率降低了20%，延米爆破量由原来的48 t/m提高到55 t/m，炸药单耗由原来的2 750 kg/万t减少为2 200 kg/万t。同时由于加强了现场钻孔作业管理和爆破作业管理，基本上消除了边墙和根底的产生，也降低了爆破成本和整个采矿工序成本。
5 结 语
随着爆破技术的不断提高和新型爆破器材的应用，矿山爆破质量大大提高，爆破精确度和安全有了保障。该矿山通过爆区分区管理，调整爆破孔网参数、逐孔起爆、调整装药结构等技术的应用，在减少大块率、降低粉矿率、提高爆破安全方面收到了良好的效果。
参考文献：
[1] 郭进平，聂兴信.新编爆破工程实用技术大全[M].北京：光明日报出版 社，2011.
[2] 刘殿书.中国爆破新技术Ⅱ[M]北京：冶金工业出版社，2008.