井下铁矿开采中深孔爆破技术分析

摘 要： 中深孔爆破技术在井下铁矿开采中可以根据不同规模的矿山地貌，同时可以通过与其它凿岩打孔设备、开凿技术等先进手段相结合，最终使用多段微差爆破方式实施开采。这种爆破技术不仅减少矿山开采的事故发生、提升了开采的安全性，同时也缩短了开采周期、提升了生产效率、改善了作业条件，显著提升了综合效益。文章从中深孔爆破技术概述入手，重点论述了井下开采中深孔爆破参数以及巷道掘进爆破、光面爆破技术。

关键词： 铁矿；开采；中深孔；爆破

钢铁工业作为国民经济的支柱产业，随着国民经济的迅速发展，国内对于钢铁的需求量日益增加。在2010年以前我国的铁矿主要以露天开采为主，但是随着开采的进行，众多的露天铁矿出现危机，为此井下开采成为今后铁矿石开采的主要趋势。由于中深孔爆破技术效率高、周期短、爆破飞石少、可行性高，为此在井下铁矿石开采中被不断采用。但是井下开采受限于开采环境，为此需要设定一系列的爆破参数以及选择科学的爆破方案。

1 中深孔爆破技术概述

中深孔爆破技术首先应用于土石方工程的爆破中，然后在地下采矿工程中应用并得到了很好的经济效益，尤其是随着深孔钻孔设备以及技术的改善，中深孔爆破技术的效果得到很大提升，由此带来的经济效益也越来越受到人们重视。

中深孔爆破技术可以综合考虑不同工程中的具体要求，从而改善爆破质量及经济指标，最终降低工程成本。良好的爆破质量要求爆破岩块破碎质量好、大小达标、无底根、爆堆松散度合适。爆破中要合理地控制最小抵抗线，从而降低爆破的危害、向后拉裂、侧裂以及降低噪声、振动、飞石等。爆破技术指标的改善主要指在减少炸药使用量的前提下提升爆破产量，在改善碎石的条件下控制装载、钻孔、以及二次破碎等后续工序，从而降低综合成本。为此施工中要合理选择爆破参数，并对施工工艺进行优化，从而取得良好的成效。

2 井下开采中深孔爆破参数

2.1 炮孔深度及直径

工程中所使用的中深孔钻机的直径一般为80-200mm，而具体的直径D还取决于使用的钻机类型及岩石特性。一旦选择了钻机型号，其孔径即为定值，常用的中深孔孔径有150mm、100mm、80mm、45mm等。然而对于井下铁矿开采一般使用较小的炮孔直径，即80mm-100mm。

2.2 最小抵抗线

最小抵抗线W是进行中深孔爆破中的重要参数，过大或者过小均会影响爆破效果。如果炮孔前排的抵抗线过小，达到同样的爆破效果就需要更多的炸药，从而加大了钻孔作业时间、产生大量飞石，最终减慢了工程进度；如果抵抗线过大就会由于炮区难以推出而出现严重的后冲以及拉裂现象，从而产生大量的底根以及大体积石块，也致使爆破进度减慢。一般最小抵抗线的取值与炸药的威力、岩石的硬度以及炮孔角度、直径等因素有关，但是以上因素难以量化计算，仅能凭借爆破经验来获得良好的爆破效果。

2.3 炮孔间距及排距

炮孔间距a指的是中深孔爆破中同排相邻两个炮孔的距离，其经验公式为a=mW，其中m为抛空的密集系数，其值一般大于1，在较大的孔径爆破中可以取到3甚至更大。炮孔的排距b指相邻两排炮孔之间的距离，其确定方法类似于最小抵抗线原理。

2.4 炸药单耗

炸药单耗Q是爆破单位体积岩石所需要的药量系数，这一系数受到众多因素的影响。例如在起爆方法、堵塞以及装药条件不变的条件下，单耗主要依据最小抵抗线值、岩石的均匀度以及硬度、自由面多少等来确定。实际中Q值的确定要靠长期的实践以及大量的试验进行，不能盲目地依赖于增加单耗来改善爆破效果。对于铁矿石的单耗来讲，其Q值一般为0.4-0.6g/m3。

2.5 装药方式

传统的装药方式为人工操作，较之机械装药效率低、质量差，尤其是在井下有水的钻孔装药容易出现不连贯的现象，从而最终降低爆破效果。当下，我国的南芬铁矿、德兴铁矿、大冶铁矿等已经实施了机械化装药，较之人工装药效果提升了很多。

2.6 炮孔堵塞

炮孔的堵塞长度与炸药的利用率以及爆破效果有直接的关系，适当的堵塞长度可以有效地减小冲击波的能量损失。实施爆破中如果堵塞长度过长就会导致爆破部位的上部出现大块岩石，防止则会出现冲炮现象而降低下部岩石的破碎质量。

2.7 微差起爆

在中深孔爆破中通过设置各排炮孔之间的起爆时间差（毫秒间隔），可以有效地降低爆破产生的振动，从而降低危害。同时微差起爆可以使前后的冲击波相互叠加而提升碎石质量，即降低了炸药的单耗，同时也节约了爆破成本。

3 巷道掘进爆破

巷道掘进爆破是在确保作业区不受威胁的前提下将规定的岩石断面爆破掉，以形成作业及运输用巷道。这种爆破技术使用的炸药量较小，同时爆破区域也较小，但是只有一个爆破自由面。在实行爆破过程中要合理布置不同功能的炮眼，确定爆破的参数、起爆顺序以及施工方法。实行巷道掘进爆破的炮眼根据作用不同可以分为崩落眼、掏槽眼、周边眼以及底眼。

由于这种爆破方式仅有一个自由面，为此需要在掘进工作面的适当位置布置炮孔，通过提前起爆形成掏槽口。常用的掏槽方式有直眼掏槽与斜眼掏槽两种。直眼掏槽适用于岩石硬度中上度的小断面巷道掘进，由于炮孔没有角度使得施工便于控制。爆破后的抛渣距离较小、爆堆集中，从而便于运输。此外各个钻机可以互不干扰地同时工作，提升了工作效率；斜眼掏槽作为最常见的方式，其特点可以根据周围岩石的性质以及作业面大小选择不同方式：锥形掏槽、单向掏槽、扇形掏槽、楔形掏槽等。这种方法可以更少的掏槽孔以及炸药量就可以取得良好的效果，为此在铁矿井下得到广泛应用。

4 光面爆破

这一爆破技术的优势在于保证了开挖作业面的平整光滑，确保了周围岩石的稳定性。光面爆破在巷道掘进中一般最后起爆，可以最大限度地促使巷道成形。爆破中在巷道四周的岩石上布置平行的小间距炮孔，并将它们一同引爆，从而得到巷道轮廓。

为了获得更好的爆破效果需要注意以下问题：在连续装药过程中控制装药量；使用的炸药爆炸速度要低，炮孔的数目不能过密；这些炮孔必须与其它的炮孔一同引爆才可以获得最佳效果。实践表明这种爆破技术具有明显的优势：首先是得到的巷道具有很好的平整度，有利于工程进度及工程质量提升；其次避免了工作面的险石以及危石，保障了施工的安全性；有效地降低了岩石壁上的应力集中，降低了地震效应。

5 结语

近年来国内外的很多学者都对中深孔爆破技术进行了深入的研究，不管是相关理论还是模拟实验、工程实践均有了长足的进展。同时，随着爆炸力学、岩体力学、弹性力学以及断裂力学等新学科的引入，爆破技术将获得更加迅猛的发展。爆破技术中存在着很多的经验公式以及不可量化考虑的因素，随着相关科研工作的开展，我们有理由相信必将实现对于爆破的精确控制。

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