北京首云铁矿露天爆破矿岩质量的控制研究.pdf

S u p p l ． N o v e m b e r 姗 金 属 矿山 M E T A LM 1 N E 增刊 2 0 0 9 年1 1 月 北京首云铁矿露天爆破矿岩质量的控制研究 卢跃刚 陈 彬 首云矿业股份有限公司 摘要首云铁矿是一采用露天开采的矿山，长期以来，大爆破的质量一直较难控制，大块与根底率较高，严 重影响了铲运效率。后经过调研分析找出产生原因，并采用一系列关键控制措施，使大块和根底率显著降低，铲装 效率明显得到改善。 关键词露天大爆破大决率根底 O nC o n t r o lo fO r eR o c kQ u a l i t yo fO p e n p i tB l a s t i n gi nB e i j i n gS h o u y u nI r o nM i l l e L uY u e g a r t gC h e nB i n s h o u y u nm i n i n gs t o c kc o m p a n y A b s t r a c tS h o u y u ni r o nm i n ei sao p e n p i tm i n ea n dt h eb l a s t i n gq u a l i t yi sd i f f i c u l tt oc o n t r o lb e c a u s eo fh u a ka n d h i I g hb e d r o c kr a t ew h i c he f f e c tt h es c o o pa n dc a r r ye f f i c i e n c y ．T o o ksa e r i e sc o n t r o lm e a s L L r e sw h i c hr e d u c e dt h eh u n ka n d b e d r o c kr a t e ，i m p r o v e dt h es c o o pa n dc a r r ye f f i c i e n c y ． K e y w o r d sO p e n p i tb l a s t i n g ，H u n kr a t e ，B e d r o c k 首云铁矿是北京地区最大的金属矿山，建于 1 9 7 2 年，一直采用露天开采，采用汽车平硐溜 井开拓。在采场西侧设溜井，爆破后的矿石经W K 一4 电铲装入4 2t 的载重汽车运输至卸矿平台，经 主溜井下放至1 4 0m 水平，再经振动放矿装入4r l l 3 侧卸式矿车，用1 4t 电机车牵引，运往选矿厂粗破 站。剥离废石经汽车运至建材石料厂。目前，露天 采场采用水平分层缓帮开采，3 个阶段周对开采，现 作业台阶为8m 、2 0I l l ，一4m ，现年产铁矿石1 0 0 万 t 。但在露天开采过程中，大爆破的质量一直较难控 制，时常发生根底和大块，严重时形成挡墙；特别是 进入深部开采以来，钻孔内普遍含水，一般水深7 一 l O ，雨季涌水量更大，有时为满孔水，装入炮孔的炸 药悬浮在泥浆中而不能沉底，同时由于炮孔内的水 浸透了堵塞的岩渣等物料，冲孔现象严重，使爆破效 果更差。为此，对矿山存在的爆破质量问题进行了 深入研究，通过对大爆破工艺和工程环境的调查分 析，提出和采取了一系列应对措施，使爆破效果明显 得到改善。 1 工程地质环境和矿岩可爆特征 首云铁矿沙厂矿区出露地层主要为太古界密云 群沙厂组片麻岩系及第四系冲积、坡积物。主要构 造为褶皱，自东向西有铁头山向斜、铁西背斜和Ⅳ矿 4 3 8 带向斜，在平面上组成了“w ”型四个矿带。断裂构 造比较发育，其中规模最大的为矿体南端小庙沟断 层。岩浆岩也较发育。矿体赋存于太古界密云群沙 厂组角闪斜长片麻岩和黑云辉石斜长片麻岩中，构 成一定规模的矿体有3 0 余条。其中主矿体铁山头 分为2 层矿，第l 层矿北端从1 3 勘探线开始，向南 延至小庙沟断层破碎带，全长11 2 0m 。总体向南倾 伏，倾伏角2 1 4 1 9 ，平均2 8 。。矿体空间形态受向 斜控制，从平面上看矿体呈～不完整的倒“V ”型，轴 部矿体厚大，9 勘探线附近可达5 0m ，向两翼顶部逐 渐变薄。该矿体矿石类型简单，主要为磁铁石英岩 型，T F e 含量一般为2 9 ％一3 3 ％，平均为3 1 ．9 4 ％。 矿体厚大部分品位较高，矿体变薄品位较低。第2 层矿，在1 5 勘探线地表出露，向南延至小庙沟断层 破碎带，全长12 6 0m 。该层矿总体向南倾伏，倾伏 角变化较大，为7 ～5 7 0 ，平均3 3 。。矿体形态受向斜 构造控制，在平面上呈倒“V ”字型，剖面上呈“U ”字 型。7 勘探线以北褶皱形态较完整，矿体轴部厚度 远远大于两翼，最大厚度出现在l O 勘探线，达1 1 5 m o 卢跃刚 1 9 r 7 l 一 ，首钢密云铁矿生产技术部，高级工程师，0 1 5 1 1 北 京密云县。 卢跃刚等北京首云铁矿露天爆破矿岩质量的控制研究 2 0 0 9 年1 1 月 矿区内矿体与围岩界线一般比较清楚，只有局 部矿石品位较低，且呈片麻岩出现，可见过渡现象。 矿体多呈似层状、透镜状及扁豆状产出。矿石以磁 铁矿为主，其次为赤铁矿、假象赤铁矿、褐铁矿；呈中 一粗粒他形、半自形粒状体集合，粒度较粗，一般0 ．1 4 ．5r a m ，最大粒径可达2 8m m 。 从矿岩物理力学性质看，岩石多属坚硬、半硬岩 类，矿石多属半坚硬类型，矿岩抗压强度较高，稳固 性较好，但构造特别是小断裂较发育。围岩爆破性 能较好，矿石由于强度较高，韧性较强，爆破性能稍 差。 2 爆破存在问题分析 2 ．1 大块产生原因 生产实践中发现，大块主要产出部位一般是① 地质构造复杂的地带如断层、节理、层理、裂隙等处； ②炮孔堵塞部位；③第一排孔的上部临空面；③孔网 面积偏大的中间位置；⑤底盘抵抗线过大的台阶根 部；⑥两个爆区的衔接区域，是产生挡墙的高发区； ⑦爆区前沿不规整区的前突部位；⑧岩矿接触区域。 其形成主要原因有 1 节理裂隙。节理的发育程度是影响矿岩爆 破质量的主要原因之一，矿岩中节理裂隙一般为原 生裂隙和爆破再生裂隙，在该露天矿中最常见的是 一组组不连续的节理面，其不连续性会引起爆破荷 载的不平衡，导致不规则的破碎和破裂。与装药柱 相交的节理面能在爆轰气体能量的作用下张开，并 因此引起炮孔内压力的急剧下降；岩石内节理面处 阴抗比的增加，导致应变波的大幅度衰减；有时节理 面的作用类似于自由面，特别是张开的节理面反射 的应力波与入射的应力波相互作用，更增加了这一 区域的破碎作用，所以爆破效果虽然依赖于炸药的 几何结构和岩石性质，但起作用的则是岩体构造的 不连续性，其作用往往超过岩体的其它物理性质的 影响。另露天矿在实施爆破开采过程中，由于受上 部台阶的超钻作用，前部台阶爆破后冲及临近爆破 振动的影响，邻近的矿岩中的原生裂隙和节理会进 一步扩张和加密，特别是上部台阶情况更明显。当 爆破面与岩层的走向斜交或垂直时，裂隙对爆破大 块的影响更为明显。 2 地质构造面。在同一爆区内软硬岩分界面 部分相当于自由面，由于其对应力波的卸荷作用，加 上岩石软硬程度的变化，使其碰撞破碎作用减弱，导 致大块产出率增高。 3 孔网参数偏大及孔网偏差程度。孔网参数 偏大的部位，由于受药柱破坏作用小，爆破后大块产 出增多；由于穿孑L 、掌子面地质条件、前沿眉线的不 规整，使个别炮孔负担的孔网面积过大，药柱重心上 升，填塞长度过短，导致爆后大块产出过高。 4 炮孑L 和装药质量。同一爆区炮孔间深差异 过大，造成个别炮孔药柱重心偏低，在其上部爆后易 产生大块，炮孔填塞长度偏大及未填塞的废孔。炮 孔填塞过长使其上部炮孔临空面和填塞部位受药柱 破坏减弱而造成大块产出增加；而钻孔中产生的废 孔，如爆破时未填充，常常成为爆破气体的逸出通 道，减弱了爆生气体对矿岩的作用，从而导致大块的 产出。 5 水介质的影响。由于炮孔涌水的影响，在 装药过程中当孔内泥浆水的密度与炸药密度相近或 炸药密度过小时，引起炸药在填塞前未沉至孔底或 漂浮于孔内等原因导致爆破质量下降。 2 ．2 根底产生原因 ’ 根据生产实践，根底主要表现为棱柱体、棱锥 体、球冠体。经分析产生的主要原因为 1 前排抵抗线过大。由于上一次爆破后冲和 岩层倾角的影响，容易造成台阶坡面角过小，造成前 沿过大。特别是爆破后出现后翻，致使下个爆区布 孔时找不准上荐炮最后一排孔的位置，可能导致前 沿过大，相邻爆区的接口区域，由于其临空面和弱面 过多，炮孔加密的前提下可适当减小其前排抵抗线， 但实际生产中，由于受钻机作业条件的限制或者对 现场两荐炮接触面判别上的出入，客观上却增大了 其前排抵抗线。当底盘抵抗线过大时，台阶坡底线 离爆破中块区较远，坡底线与中块区的边缘区之间 的大块区的矿岩裂隙较少，这样就形成了根底。另 外实施压渣爆破时，过量爆堆的夹制作用会加剧这 种情况的发生。 2 孔网参数不合理。由于穿孔、地质条件和 相邻已爆爆区后冲和侧冲等的影响，使个别孔间距 或排间距偏大。当孔问距偏大时，炮孔的间距远远 大于最小抵抗线，此时两个炮孔裂隙区较远，爆破产 生的裂隙不能贯通，在台阶的底部无裂隙形成，爆硬 驱后形成底根；当排间距偏大时，爆破效果与前排抵 抗线过大的情形类似，也易产生根底。 3 炮孑L 超深偏小。个别炮孔由于超深偏小， 炸药重心上移，造成台阶底部水平形不成连续的裂 隙，爆破后往往易出现底根。造成炮孑L 超深偏小的 4 3 9 增刊 金属矿山2 0 0 9 年1 1 月 原因，一是台阶平整度较差，地面平渣厚度过大，未 明确将地平高程向钻机司机交底；二是采场涌水较 多，在钻孔过程中由于炮孔坍塌导致未能按设计施 工。 4 断层破碎带影响。当断层穿过爆区时，由 于断层破碎带中充填有很多风化物和碎石，而在码 孔时未充分考虑断层的影响，爆药产生的爆轰气体 沿着弱面方向逸出，爆炸能量得不到充分利用，相邻 炮孔间的裂隙难以充分发育，爆后产生底根。 5 起爆方式不合理。为减少爆破震动的影 响，对一次起爆药量做出限制，这样同排孔中至少有 两个段别，不同段别的相邻孑L 间由于非同时起爆，在 其问经常出现根底。另在爆破过程中，为改善爆破 效果，往往采用多排爆破和微差起爆，但当一次起爆 排数过多时，后排爆孑L 起爆时所受的夹制作用就增 加，爆破也很难达到预期效果，在后排就容易出现连 续性的底根。 3 爆破质量控制应对措施 在对大块和根底产生原因分析的基础上，结合 我矿的实际情况，采取了以下措施 3 ．1 严格采场穿爆管理程序 以前对爆区的矿岩物理力学性质、地质构造等 原始数据的准确掌握和科学、定量的描述不够，孔网 参数和炮孔深度的确定仅依据个人经验，没有科学 的论证，另由于爆区测图滞后，爆破设计和施工没有 精确的测量资料，特别是爆区周边孔的孔位、高程、 位置坐标等重要数据不能用于相邻爆区或下一阶段 的爆破设计中，当在实施压渣爆破区布孔时，难以掌 握压渣区的实际边界和老爆区实际边界孔的实际位 置，从而造成压渣部位边界孑L 孑L 位布置不合理，特别 是相邻爆区出现后翻或侧翻时，测量人员又不能将 后排孔放样至实地，完全依靠工程技术人员的经验 来判定，此时这种问题更为严重严格按程序规定要 求进行作业。为此在爆破设计与与施工中，推行系 统管理理念，明确部门、岗位间的职责、内容和工作 程序，加强测量、穿孔、爆破设计与施工、铲装及辅助 作业工序的协调与沟通，要求测量人员在待爆区每 隔2 0m 设立一个高程标识点，当爆破作业出现后翻 和侧翻时，要将边界孔的实际位置放至实地，撒白灰 作为标志，新炮孔设计与施工应根据实际高程确定 每个炮孔的孔深，保证所有炮孔的孔底均在同一高 程，其偏差不大于- t - O ．5m ，对于施工中未能满足设 计要求的炮孔要予以记录，并进行标识，炮孔验收时 4 4 0 发现不满足设计要求的炮孔及时进行处理，对于不 能进行处理的要进行标识。爆破时对超深孔要进行 回填，回填要保证孔深为1 4 ．5 0 ．5m ，对于孔深不 够。而又无法处理的炮孔，在其两侧及后排的相邻炮 孔增加药量，同时适当的降低该孑L 的起爆中心。爆 破前对爆区的边界孔的位置做出标识，即在爆区影 响区外码放石堆。在铲装过程中加强电铲的铲装作 业和推土机、碎石机的辅助作业，要求5 01 1 1 高差波 动为0 ．5m 。 3 ．2 孔网参数合理优化 针对现场的不同情况对孑L 网参数进行了优化调 整，对炮孔的布置形式，由原来的矩形布置改为三角 形布置。在对矿山生产爆破实践分析的基础上，根 据矿岩的物理力学性质的差异，分矿石区域与岩区 域设计采用不同的孔网参数，矿石部位选用6m 6 I n 或6m 7m 孔网布置参数，在岩石部位孔网参数 选用7mx 8m 或7m 9r l r i ；在矿岩混爆区布孑L 时， 适当减d , t L 网参数，此时取小值，同时与岩石相邻的 矿石孔要适当超深。应用宽孔距爆破技术。增大炮 孔的密集系数，适当减小抵抗线。当断层穿过爆区 时，在断层的上下盘布孔时，适当减少排间距和孔间 距，比正常的孔网参数均减少1 m ，同时断层的下盘 孔要适当超深，在确保钻机安全的条件下，适当减少 前排抵抗线，为后排爆破提供有效的补偿空间。当 掌子面不规则时，对拐点外凸区应重点关注，对正常 布孔不能满足要求的区域，应适当增加加密孔，但爆 破时应严格控制加密孔的药量。同一爆区内同排炮 孔因受限于最大起爆药量，而要分段爆破时，同排不 同段别相邻炮孔间距适当减小，矿石区间距为5 m ， 岩石区为7 m ．。在接爆区布孔时应先确定老爆区的 边界孔的实际位置，当现场无法确定时，测量人员应 将边界孔的位置进行实地放线．并予以标识。在此 基础上按正常原则布孔。在节理、裂隙发育区，自由 面尽可能与其斜交布置，角度小于4 5 。。 3 ．3 关键爆破工艺的控制 由于采用垂直深孔爆破，爆破时底部阻力比较 大，要求有适当的超深，另外炮孔中涌水比较大，实 际施工中排水又很困难，有时由于时间要求，炸药不 能达到炮孔底部，所以在采场涌水量大的区实施爆 破作业时，炮孔超深为0 ．5 一1 ．01 1 1 ； 在装药结构结构方面为充分利用炸药爆破能 量，适当降低起爆中心位置，在药柱的1 ／5 处放第一 下转第4 4 3 页 王建军深部铜矿非电起爆系统应用实践 2 0 0 9 年1 1 月 谛* 足3 5 0 m 安全距离妥求． 在以下或以上水平起爆 图3 掘进非电起爆平面布置 掘进工程连线方式为导爆管激发器一铜芯导 线一激火器一干线导爆管一导爆管雷管一导爆索一 毫秒导爆管一炸药。 4 施工组织及应用效果 4 ．1 施工组织 为确保非电起爆系统顺利推广，首先对爆破工 进行技能应用培训，对传统火雷管起爆与非电起爆 差别，安全注意事项进行了详细剖析，确保了每个爆 破工都能熟悉掌握；在现场实践中，成立爆破技术小 组，从装药质量，网络连接，安全距离要求对各生产 车间分别进行现场指导，及时解决起爆器材实践应 用中出现的问题，同时对中深孔、掘进、二次破碎爆 破安全距离予以验证；在推广应用过程，根据塑料导 爆管非电起爆系统即时起爆的特性，矿山调度部门 协调统一爆破时间，确保安全生产。因起爆方式的 改变，会同才相关部门对矿山内部爆破工安全操 作规程进行了及时修订，以适合安全生产的需要。 4 ．2 爆破效果 通过塑料导爆管非电起爆系统在矿山的推广应 用，中深孔爆破采用非电起爆系统，同时应用孔底起 爆技术，有效降低了大块率。掘进作业中充分发挥 了塑料导爆管非电起爆准确、可控程度高的特性，同 之前火雷管相比炮孔利用率从8 0 ％提高到8 5 ％，光 面爆破作业中半孔率达到1 0 0 ％，超挖量由1 6 ．2 ％ 减少到1 1 ．5 ％。塑料导爆管非电起爆系统在矿山的 应用实践取得了良好的效果。 5 结语 深部铜矿在塑料导爆管非电起爆系统的推广实 践中，成功实现了由火雷管向非电起爆系统过渡的 过程，尤其是在安全衔接、掘进作业中获得非电起爆 系统应用实践的成功经验，也为同类矿山在非电起 爆应用实践上提供了参考依据，并具有一定的指导 借鉴作用。 参考文献 [ 1 ] G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 爆破安全规程 [ M ] ．北京中国标准出版社， 2 0 0 3 ． 【2 ]新编爆破工程实用技术大全编委会．新编爆破工程实用技 术大会[ M ] ．北京光明日报出版社。2 0 0 2 收稿日期2 0 0 9 4 3 9 - 0 8 ●■- } 斗- ●一} ■一●- - 卜- - ■●- 0 一 一 一■ - ●■ - ●一 - - - - ■一 - } - ■■一●一卜- - ■- ●- 。 - - ●} 。_ 。- ‘- ●一 上接第4 4 0 页 个起爆弹，第二个位置不变，当空内有水时，炸药不 易沉底，应采用分段间隔延时装药技术，滞后填塞， 确保炸药达到孑L 底。 在起爆方式上，依据现场的地质条件及矿岩特 性，采用V 形、斜线等起爆方式和排间微差爆破技 术，具体的施工程序是 1 根据采剥计划，确定待爆块段及爆破规模； 2 在实际踏勘的基础上，针对爆区矿岩特性、 地质构造、涌水量大小、平面形状、自由面条件 清 渣或压渣 ，对爆破的难易程序做出判定，确定孑L 网 参数，指导钻机司机现场布孔； 3 根据爆孔验收的结果进行爆破设计； 4 依据爆破设计及现场情况实施爆破施工； 5 及时处理根底。 根底产出直接影响着露天矿的铲装和运输效 率，它的处理难度及其对生产的影响要大于大块。 一旦出现根底应及时处理。 4 结论 通过多年的研究和生产实践，逐渐形成了一套 适用于首云铁矿的孔网参数和爆破工艺技术，其爆 破质量明显得到改善，大块、根底的产出率显著降 低，根底产出率降低到1 ％以下，后冲控制在2m 左 右，侧冲1 ．5m 左右，延米爆破量提高1 8 ％，爆破效 率提高4 0 ％，铲装运输效率也得到较大的提高。 参考文献 [ 1 ]黄泽斌．德兴铜矿露天爆破隔离塞的研制与应用[ J ] ．金属矿 山，2 0 0 8 1 ． [ 2 ] 涂春根．提高露天矿爆破质量的生产实践[ J ] ．金属矿山， 2 0 0 3 4 3 0 - 3 6 ． [ 3 ]高毓山．提高露天矿爆破质量的方法，[ J ] ．中国矿业，2 0 0 3 1 2 8 - 3 1 ． 收稿日期2 0 0 9 - 0 9 - 0 8 4 4 3