聚能光面爆破在九仗沟金矿的应用

李施庆，黎 林，曲伟勋，宋恩祥，张亚鹏，于曙华

聚能光面爆破在九仗沟金矿的应用

李施庆1，黎 林2，曲伟勋1，宋恩祥1，张亚鹏1，于曙华1

(1.嵩县山金矿业有限公司，河南 嵩县 471400；2.中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院，北京 100083)

针对九仗沟金矿破碎带内采场爆破后松石多、炸药利用率低等问题，改善原有爆破方式，开展聚能光面爆破技术研究。根据光面爆破的特点与机理，确定光面爆破参数，采用聚能管对采场顶板进行定向控制爆破，并进行现场工业性试验。结果表明，爆破后采场顶板及两帮较为平整，炮孔孔壁清晰可见，且降低了采矿损失率和贫化率，提高了经济效益，满足了矿山安全、高效开采的需求。

光面爆破;聚能管;爆破参数;九仗沟金矿

0 引 言

光面爆破技术在岩巷掘进中有广泛的应用，但岩层节理裂隙较发育时，光面爆破对围岩损伤较大，爆破后顶板破碎、松石较多，不能形成光滑平整的开挖面，从而不利于采场围岩的长期稳定[1]。因此，需对传统的光面爆破进行研究和改进，利用聚能管改变开采断面顶孔装药结构，控制爆破方向，从而获得较好的爆破效果[2]，具有很大的必 要性。

在光面爆破改善方面，国内许多学者做出了具有重要意义的研究。郭东明[3]等针对凡口矿难采矿体运用聚能管对采场顶板进行控制爆破，试验取得较好的效果。许鹏[4]等对光面爆破和聚能管装药控制爆破技术进行了对比研究，结果表明：采用聚能管装药比普通光面爆破更加有利于轮廓线上岩石的破碎。牟延波[5]等针对乌兰矿采场爆破过程中存在大块率高等问题，不断优化中深孔爆破参数，得出适合该矿山的最优爆破参数。

针对嵩县山金九仗沟金矿180 m水平中段1686七分层采场爆破后松石碎石多、炸药利用率低等问题，基于光面爆破的机理，优化原爆破参数；开展工业试验，运用聚能管对采场顶板进行定向爆破，以爆破效果和经济效益分析方案的可行性。

1 工程概况

嵩县山金矿业有限公司九仗沟矿区内的矿体为构造蚀变岩型金矿床，其主要赋存于M1构造蚀变破碎带中，并严格受到构造破碎带控制，矿区内主要有Ⅰ号和Ⅱ号矿体，矿体呈脉状产出，围岩主要为流纹岩和英安岩[6]。矿区内矿岩均较为坚硬，= 9~12，但局部矿体顶板较为破碎，构造节理裂隙发育。本次试验现场为180 m水平中段1686七分层采场，该采场设计矿房宽度为6 m（原为4 m），高3.5 m。该采场上盘发育有断层泥，局部受构造应力作用呈粒状，泥状，岩石破碎，完整性差，遇水易垮落。上盘围岩为蚀变碎裂岩构造带，蚀变碎裂岩具有硅化，高岭土化，轻微黄铁矿化等蚀变。矿体岩性为构造角砾岩，角砾状结构，块状构造，矿化以硅化、黄铁矿化为主。矿体下盘为石英斑岩，见有硅化、黄铁矿化、钾变等蚀变，局部矿化较强。在现场施工中，工人按照经验对装药量、炮孔布置等参数进行处理，没有一套完整可靠的爆破参数，炸药利用率低，成本高。爆破对破碎顶板扰动较大，降低了其稳定性，爆破后顶板碎石松石多，安全性差，限制了采场跨度的增大，效率低。且爆破后顶板面参差不齐，在回采上分层时容易出现漏矿，降低了回采率。因此，需要结合现场实际，对爆破方式和参数进行研究。

2 方案设计

2.1 聚能管控制爆破机理

采用聚能管控制爆破技术，实现顶部周边定向断裂控制。聚能管爆破实质是利用切缝来控制爆炸

能量的分布，沿切缝方向产生能量集中，而相应减少其他方向的爆炸作用，以达到控制目标岩体开裂方向的目的。现场经验证明，切缝的宽度一般选择3~5 mm，聚能管长度一般取炮孔长度的60%~70%效果较好，其装药结构如图1所示。

图1 聚能管结构

与传统的光面爆破不同，炮孔多了一层切缝外壳，并且聚能切缝管有一定的厚度和强度，对爆炸时产生高能密度有一定的抑制作用，使得能量更好地向无约束的地方作用，有利于定向断裂控制爆破效果。炮孔附近岩体在压力突变处的断裂破坏是炮孔孔壁开裂的关键所在。一般可能发生两种不同的破坏模式：一是因环向拉应力导致的拉断破坏，二是因孔壁压力差形成的径向剪应力而造成的剪断破坏[7]，如图2所示。

图2 聚能切缝管爆破原理

2.2 楔形掏槽

根据嵩县山金九仗沟金矿生产进度要求，采场顶部采用光面聚能爆破。为使顶部爆破效果更好，中部采用楔形掏槽，从而形成顶部光爆的自由面。根据九仗沟金矿矿岩的条件，对于较为坚硬难爆的岩石，可采用楔形掏槽，如图3所示。

图3 楔形掏槽

2.3 爆破方案

采场内使用聚能光面爆破技术开采矿体顶部，通过光面聚能爆破控制采场顶部的边界及开采高度，然后利用主爆孔楔形掏槽爆破中下部的矿石，具体方案如图4所示。

图4 光面爆破顶孔布置

聚能管管径与炮孔直径两者必须相互适应，炮孔直径必须保证较易放入聚能药卷。根据理论研究和现场试验，试验中选用直径为32 mm的硝铵炸药，聚能管内径为35 mm，外径为38 mm，炮孔直径为48 mm，如图5所示。将炮头放入聚能管内，管事前已经切缝加工，然后添加相应药量，保证炸药靠聚能管一端放置，炸药相互接触紧密，以保证炸药爆轰的稳定传播。由于炮孔较长，应保证聚能管药卷的放置方向和位置，其聚能方向应严格保证与相邻炮孔的连线方向一致。

图5 聚能管

根据毫秒爆破作用理论、聚能爆破方案设计、岩石物理力学参数及试验采场的施工条件等因素，设计聚能光面爆破的方案，调整后具体参数见表1。顶部光面爆破孔堵塞长度为0.2 m，中部掏槽孔堵塞长度为0.1 m。凿岩采用YT28气腿式凿岩机，水平孔落矿。爆破使用2#岩石膨化硝铵炸药，采用不耦合装药，引爆采用电起爆器，非电导爆管雷管微差起爆。

3 效果分析

3.1 爆破效果

在180 m水平中段1686七分层采场进行了数次现场试验，聚能光面爆破均达到了预期的水平。由于聚能管切缝的聚能效应，使得爆炸能量尽量朝着切缝方向，相对地提高了炸药的能量利用效率。同时，聚能管的切缝管壁在爆破过程中由于自身具有一定的强度，从而在爆炸过程中能够起到减小爆震对顶部围岩的破坏作用，减少了顶板围岩的浮石量。中部楔形掏槽创造了较大体积的槽腔，有效地为顶部的光面爆破创造了良好的自由面条件，炮孔的利用率达到了90%以上，使用普通爆破方式和聚能光面爆破效果如图6和图7所示。

表1 炮孔爆破参数

图6 原爆破效果

图7 光面爆破效果

爆破后采场顶板和两帮平整光滑，顶部光面爆破清晰可见，采场边界控制情况良好，未出现顶板和两帮的垮落，爆破效果良好。

3.2 经济效益

该方案有效地解决了前期爆破后存在的顶板破碎、松石多等问题，能够很好地适用破碎带内采场，提高了工效，缩短了进尺的工期。使用聚能光面爆破提高了炸药利用率，使得采矿损失率、贫化率降低，带来了可观的效益，具体数值见表2。

表2 采场损失率贫化率对比

4 结 论

（1）嵩县山金九仗沟金矿爆破炸药单耗大，加大了采矿成本。爆破后松石、碎石多，爆破效果不佳，严重威胁支护人员的安全。因此，优化爆破参数，采用聚能光面爆破方式。

（2）现场应用效果表明，聚能光面爆破后，采场顶板和两帮光滑平整，爆破效果良好，有利支护工作进行，降低了采矿损失率和贫化率，提高了经济效益。

（3）该善了九丈沟金矿原爆破方式的不足，对于类似矿山具有一定的参考意义。

[1] 吴兰冬,陈灿寿,柏春伟,等.深埋硬岩中光面爆破设计优化及经验公式[J].爆破,2016,33(02):62-66.

[2] 郭东明,杨仁树,周晓欢,等.综采工作面采用聚能管预裂爆破提块研究[J].中国矿业,2006(03):38-40.

[3] 郭东明,华福才,李恩璞,等.采场采用聚能管爆破控顶应用研究[J].工程爆破,2006(03):33-35.

[4] 许 鹏,杨立云,李建平,等.中硬岩石巷道聚能管控制爆破与光面爆破的对比试验研究[J].中国矿业,2012,21(10):99-101.

[5] 牟延波,崔 松.乌兰铅锌多金属矿扇形中深孔爆破参数优化研究[J].有色金属(矿山部分),2018,70(03):59-60.

[6] 宋恩祥.盘区机械化上向水平分层进路充填采矿法在嵩县山金矿业的应用[J].有色金属工程,2015(5):55-57.

[7] 闫 军.倾斜节理发育条件下凝灰岩地层隧道拱顶聚能控制爆破施工技术研究[D].长沙:中南大学,2012.

(2019-01-11)

李施庆(1979—)，男，山东莱州人，工程师，主要从事采矿管理相关工作，Email：2980389205@qq.com；黎 林(1994—)，男，山东莱州人，硕士研究生，主要从事采矿工程研究，Email：2980389205@qq.com。