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??? 摘要：
??? 建國礦業工程有限公司礦區中深孔臺階爆破存在著大塊率和根底產出率偏高等問題。為此,公司爆破小組針對生產中出現的該問題進行了原因分析,對爆破理論進行深入的理解，以此對布孔參數做更進一步的優化；采用適當延遲時間逐孔起爆、改變原有裝藥模式并在整個采石作業流程中采取「嚴格施工、科學管理」等措施,并由最終的數據統計綜合研究中證明本研究所采取的措施有效。
??? 關鍵詞：中深孔爆破；中繼藥；大塊率；根底產出率
??? 1．前言
??? 現階段爆破理論受限于現場各種變數諸如巖石及地質參數、炸藥/雷管特性、布孔設計參數等，故礦山從業人員大多使用經驗公式判斷，很多經驗僅僅適用于某一種個別礦山條件，難以分析歸類找出內在原因，而對其它礦山爆破作業缺乏指導意義。故針對某個礦山爆破參數的確定，需要根據其巖層特性，地質條件等多方因素并不斷實驗總結才能得到比較合理的數值，特別是在礦場建立之初，盲目抄襲他人參數而不因地制宜加以改進，會導致綜合成本增加，影響礦山正常生產作業效率。
本次優化爆破實驗是在公司某礦山進行，該礦山設計年產1100萬噸石灰石的水泥礦山，供應4條干法水泥生產線。由于采礦進度及巖層的變化，原有布孔方式已經不適用當前條件，造成根底增多，大塊率上升，破碎錘的使用率增加，在采臺整平上面所耗用的成本劇增，在此情況下公司爆破小組對目前爆破模式進行了優化并取得了良好的預期效果。
??? 2.存在問題
??? 目前公司大塊標準規定為任意相互垂直的兩向最大尺寸不超過800mm，這是由破碎機進料口允許的最大礦塊尺寸(1000mm)做出的限定標準。本公司A與B礦區在開采過程中不可避免遇到大塊和根底等問題；大塊和根底的存在不僅嚴重影響鏟裝機械效率，加速設備磨損，同時需二次破碎，影響工作面的其它作業，威脅人員和設備的安全；爆破開挖完上層后，在鉆爆下層時，碰到了臺面不平整的問題，有的地方因上層爆破殘留根底而形成高突出的硬埂，鉆機擱置不平，也影響鉆孔準確度，裝運效率以及增加機械的磨損,在雨季由于炮孔含水可能影響爆破效果，以及人員操作過程不夠規范仔細，導致根底(toe problem)頻繁產出，同時背裂嚴重影響增加了布孔的難度，采臺的正常推進。
??? 3.爆破理論根基
??? 3.1巖石破碎機理
??? 通過對傳統爆破理論中巖石破壞機理的仔細研究與多年來從事爆破工作的理解，對破巖機理大致分為三個階段。
??? 第一階段：壓應力波以大約3000—6000 m/s的速度在巖體中傳播，導致巖體發生壓縮性破壞并形成壓碎圈；
??? 第二階段：壓應力波所造成的爆破波(detonation wave)傳向各個方向與速度等于聲波速度的巖石材料。當壓應力波傳向自由巖壁，便返回拉伸應力波，導致受拉應力的巖石產生破碎，如果能源的沖擊波是足夠大的，并且孔距﹑排距﹑孔深﹑抵抗線﹑超鉆深度﹑孔徑等參數與巖石的地質狀況滿足一定的關系，便會達到理想的爆破效果；
??? 第三階段高壓氣體的引爆穿透裂縫便會擴大第二階段的體積，當能量有剩余時便產生拋擲作用，產生理想的爆堆(muck pile)；
??? 3.2背裂原因
??? 針對背裂的原因，在王甲見之《工程巖石爆破理論假說》，其舉例預裂爆破來說明背裂是由于反射回來的拉脈沖過大，將預裂面拉壞，而不是因為抵抗線的原因，因為文章里面巖層較厚的預裂面平整完好，而較薄的卻有一定程度的損壞。如果是氣體的作用，那么按照力的作用是相互的，高壓氣體在推出更厚巖石時，對預裂面作用力更大，預裂面應該更容易破碎才對。文章由此得出在氣體作用之前，預裂面已經形成。本公司曾在實際爆破作業中，對爆破背裂嚴重地方，無法正常布孔，而必須加大抵抗線的做法，造成結果是爆堆拋擲效果不佳，但是背裂卻極嚴重。
??? 預裂爆破由于藥量小，采取不耦合的方式裝藥，它并不要求將前面巖石推開，只要求能形成一條貫通的裂縫就可以，故即使完全爆轟高壓氣體的相互作用也很小，不足以對預裂面形成較大破壞。而巖層厚度較小的地方高壓氣體的對預裂面的作用力就更小的多，它之所以形成破壞是因為抵抗線小，反射拉脈沖大，故預裂面是由于拉脈沖作用形成的。
??? 本公司的爆破是拋擲爆破，藥量大，要求爆堆有一定推移距離以利于鏟裝，故發射沖擊波要是未能將巖石得以比較充分的破碎，巨大的作用力將會使得背裂非常嚴重的，若過度破碎，不但也會造成背裂，還會產生大量的飛石。所以在露天采礦中，要求臺階面平整、臺階美觀是比較困難的。
通過分析，我們可以針對背裂得出這樣的結論：背裂產生原因有二：一，抵抗線小，反射拉脈沖太大，將采臺預留面拉裂；二，抵抗線過大，氣體反作用力將預留面破壞。
??? 4.主要措施
??? 根據上述存在的問題該公司爆破小組積極采取應對措施，規范并優化爆破作業流程，降低大塊率和根底產出率；歸納起來有3點措施：1.合理設計、2.科學管理、3.嚴格施工。
??? 4.1 合理設計
??? 4.1.1選擇合理的爆破參數
??? 針對A與B不同的礦山實際情況，在分析巖性和巖層地質結構的基礎上，設計出了如下表1所示的優化爆破參數。
表1 爆破優化參數
??? 4.1.2選擇合理的毫秒延期時間
??? 公司采用山東威海ORICA生產的系列毫秒延期雷管，提高了起爆精度，達到逐孔起爆的目的。ORICA非電起爆網路采用“孔內同段,地表分段”的方法,孔內非電雷管均為400 ms,地表非電雷管段別選取視地質情況和設計要求而定,當爆破設計以拋擲為主要目的時,控制排孔與孔之間的延期時間取大值,以破碎為主要目的時取小值；依據ORICA炸藥公司提供的研究結果:「對于孔距間的炮孔延遲時間，必須按照每米2-5ms的延時來設計，對于排距間的炮孔延遲時間，必須按照每米8-15ms的延時來設計」，目前本公司采用ORICA之17ms、25ms、42ms三種延期時間的地表非電雷管。根據長期的實驗得到的表面延期時間經驗值如下圖1所示。
圖1 表面延期時間經驗值
??? 4.1.3選擇合適的裝藥結構
??? 礦場選用條狀乳化炸藥作為起爆藥包，銨油炸藥為主要炸藥類型，根據大量的實驗將原有裝藥模式進行了改進，有效降低了大塊率和根底產出。尤其是底部添加乳化作為起爆藥，減少了根底的產生；藥柱中間增加乳化能很大提高藥柱整體的爆炸威力，特別是有助于使中上部炸藥爆轟，破碎巖石。具體優化裝藥結構模式對照如圖2。
原設計模式優化模式
圖2 優化裝藥結構圖(鉆孔角度為75o)
??? 4.2 科學管理
??? 公司從08年開始推行標準化作業流程（Standard operating procedure，SOP），通過與公司優秀的管理干部與現場操作員工長期的溝通與總結，制定出來適合公司目前各個礦場的采運標準化作業流程，包括「爆破設計、爆破作業管制、爆炸物品領用運搬、裝藥爆破、鉆孔、鏟裝、二次破碎、卡車、灑水車灑水、油車加油」等10余項囊括石灰石露天礦山生產的主要采運作業流程SOP。
??? 在創建數字化礦山這個層面公司作出了不懈的努力，通過建立采礦生產管理與分析系統、WorkFlow ERP系統對各生產環節嚴格管控，通過矩陣式管理使得制定的標準化作業流程得到落實，保證了爆破優化設計在礦場嚴格的實施。對優化取得的成果，目前從直觀的大石率與根底現象，到鏟裝效率與采運綜合成本分析進行嚴格的管控。
??? 公司對大石率的管控通過現場進行二次破碎的破碎錘操作手對不符合規定的大塊進行技術統計，爆破實驗的場次通過現有的大石率分析軟體（SPLIT ENGINEERING）對爆堆進行數字化分析與校正，圖3為該軟體分析在A礦山某實驗優化場次得出的大石率分析結果。
圖3 單場爆破大石率分析結果圖
圖3 單場大石率軟件分析圖
??? 由此圖可以看出，優化后的爆破大石率有明顯的降低，15英寸以下占到98.49%，大塊率在1-2%，達到預期效果。根底產出率的統計采用體積法計算，其計算模式為下式。
圖4
??? Vi — 根底體積，由二次爆破統計資料提供；
??? n — 出現的根底次數。
??? 4.3嚴格施工
??? 根據爆破設計的要求，以及公司長期以來在礦山施工過程中追求精益求精的精神，爆破小組與現場管理人員對整個作業流程嚴格按照采石作業SOP執行，確保在安全生產的前提下，優化的效果在生產過程中得到充分體現，具體表現在下面七個方面：
??? 1.精確測量采臺高度：運用全站儀對采臺高度精確測量，掌握各采臺的高度以及同一采臺不同點位的高差，幫助設計最合理的鉆孔深度；
??? 2.精確布孔：根據設計的布孔模式，精確布孔，在不規整的采臺適當添加炮孔保證爆破質量，兩側炮孔對鉆孔方向和角度做微調減低
??? 3.量測炮孔：每鉆完一孔測量實際孔深，不足的補足深度、超深的回填，并做好炮孔防水工作；在裝藥作業之前再次量測各炮孔深度、是否有積水、積水深度；
??? 4.洗孔：在雨季炮孔常有地表滲透所產生的積水，為防止根底的出現，對有積水的炮孔嚴格采用鉆機壓縮空氣吹孔將積水排出，對積水過剩洗孔不能徹底解決積水的炮孔則在底部增加防水性能良好的乳化炸藥；
??? 5.裝藥模式：針對設計裝藥模式改變的部分，嚴格使用量測竹竿進行中部添加中繼乳化炸藥這種混合裝藥模式，并且通過竹竿的量測精確中繼藥包的放置高度與裝藥長度；
??? 6.填塞：嚴格控制填塞長度，并且較以前模式縮減了填塞長度，增加了炮孔利用率，在操作過程中嚴把質量關，避免夾扁、擠壓和張拉導爆管，使用孔邊鉆屑或細石料填塞；
??? 7.起爆網絡：由于采用ORICA系列雷管，提高了起爆精度，真正達到逐孔起爆的目的，在選擇起爆點上，根據各爆破場次的階段面地形合理設定起爆點，采用“V”型起爆網絡。
??? 5．鏟裝效率與采運成本分析
??? 5.1 鏟裝效益分析
??? 對于“單斗—卡車—帶式輸送機”這種露天礦山半連續式生產工藝，爆破效果的另一個重要的衡量指標就是主要鏟裝設備的鏟裝效率。單對破碎錘的考慮并不能充分的說明爆破效果是否給成本帶來效益，因為爆破根底，爆堆形狀，石塊級配這些因素都不能在破碎錘產能中體現出來，必須結合鏟裝效益才能看到優化帶來的實際成效，下面是通過統計得出優化后兩個月的鏟裝效益對比：
表2 2009年度主力重機鏟裝效率分析表
??? 可以看到pc1250的效率幾乎沒變，這主要是因為初期鏟裝主要以988F為主，平臺大都是以pc800做，所以效率的提高體現在800型挖機和988F輪式鏟裝機上，鏟裝效率平均可提高10%~13%，而表中很明顯看到設備操作效益的上升。
??? 5.2 綜合成本分析
??? 所有優化的好壞，衡量標準只有一個，統歸于最后成本下降的多少，所以毫不例外，綜合成本是我們最后統計與評判的依據。優化主要影響因素就是炸藥用量，鉆機油耗，工時提高帶來的人工成本的付出，但同時效率提高帶來了產量，重機油耗的下降，機械零件使用周期的延長。通過統計，優化后不計維修成本改善的采運綜合成本每噸下降了0.022元。
??? 6.結語
??? 經由爆破后根底的觀察，建議必須重視采臺階段高的測量，并確認鉆孔深度及超鉆深度是否恰當，以減少二次鉆炸與破碎，并使采臺能夠更趨平整；同時必須要求員工提高裝藥程序中的細膩度與工作觀念的正確性，以發揮爆破的預期效果，避免增加后續的二次鉆炸與破碎作業量，提高鏟裝效率并降低采石綜合成本。
??? 本次優化由理論指導實踐，本文在理論上對爆破理論有一定的認識和深入，并全面比較露天深孔臺階爆破效果優化提供了多方向的參考，對如何改善爆破效果和運用有關的數據分析驗證，建立一套完整可行的系統化方法。
??? 參考文獻：
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臺灣和平礦場豎井與綠化
??? 作者：羅鵬、陳小俊、李政達、蘇耿世、張仁杰
??? 來源：建國礦業工程有限公司