我国硬岩矿山凿岩爆破工艺与装备进展

我国硬岩矿山凿岩爆破工艺与装备进展

发布者：admin 发布时间：2012.3.16 点击：1044

我国硬岩矿山凿岩爆破工艺与装备进展

长沙矿山研究院周爱民

[提要]本文结合我国金属矿山露天开采、地下采矿和井巷掘进的技术现状，全面介绍了爆破工艺、凿岩装备及其器具的进展，分析了应用现状以及与国外先进水平之间的差距，并对我国金属矿山凿岩爆破工艺与装备技术的发展进行了展望。

1前言

我国建有县级以上国有金属矿山900多座,纳入统计的各种类型和规模的金属矿山达16000多座。国内爆破工艺与技术已挤身国际先进水平，特别是去年由长沙矿山研究院设计，在柿竹圆多金属矿成功地实施了308t炸药量的地下钻孔爆破世界第一爆，使我国金属矿山的爆破工艺与技术更上了一个新的台阶。近年来在金属矿凿岩装备方面也取得了一定的进展，自主研制和生产能力都有了较大提高。但就我国金属采矿工艺对装备技术需求而言，还远不能满足其要求。总体上国内凿岩设备机型少，矿山所采用的凿岩设备相对落后。大多数露天矿山使用的仍是国内七十年代研制的常规气压潜孔钻机或牙轮钻机，只有少数国家重点大型矿山使用国外进口钻机。老式机械钻机工作效率低，能耗大，机械结构复杂，操作控制不方便，更缺少能实时调整凿岩参数的自动控制系统，与当前国外主流的高气压液压操控的潜孔钻机相比存在显著差距，不论是性能还是效率上都不能满足矿山日益增长的要求。地下矿山凿岩设备也相对落后，95％以上的浅孔凿岩和掘进作业仍采用半机械化的气腿子；中深孔凿岩仍以上世纪七十年代由长沙矿山研究院研制的YGZ90钻机为主，少数矿山采用了高气压中深孔钻机，液压采矿台车几乎为空白；只有深孔凿岩广泛采用了进口设备和引进消化的先进钻机。

2露天矿穿孔爆破

露天矿开采规模远大于地下矿，开采成本低，在有条件的矿山往往首选露天开采。目前国内冶金矿山的露天矿采矿量达到90%，其中大型露天矿有16座；有色矿山露开采的矿山数量虽不多，仅10余座，但露采矿山的矿石产量仍占有色金属矿山产量的一半以上，最高年份超过55%。露天金属矿的穿孔爆破主要是台阶松动爆破与边坡预裂爆破。由于牙轮钻机在国内金属矿山的迅速推广应用，改变

了我国露天矿穿孔装备的落后局面。重点露天矿山穿孔设备是潜孔钻与牙轮钻共存,但牙轮钻比例较高，占88%,钻孔直径250、310 mm为主,中型矿山以潜孔钻为主,钻孔直径以200 mm为主。

2.1露天爆破工艺与技术

大型矿山爆破规模普遍较大，一次爆破量达几十万吨。大区微差爆破是硬岩露天开采所采用的主要新技术，并广泛采用顺序爆破和孔内分段微差爆破技术，根据岩性的不同，采用计算机辅助设计系统选择合理的爆破参数以及合适的炸药品种。在装药结构上采用组合装药方式，水耦合、深孔底部空腔、气隙装药、多段装药等技术。降震技术发展较快，近期的研究包括干扰减震法、控制单响最大药量、提高地震法频率和调整爆破方向等震源降震技术。从传播途径上采取隔震措施阻断，设置预裂隔震带、建筑周围布沟、最终边坡小孔预裂爆破等；埋设吸能元件和阻尼元件。通过采用间隔装药降低爆破震动，在生产爆破中,每孔均放隔离塞,实现了空气间隔或水压爆破(当孔内有水时)。露天深孔水压爆破是孔内水充满于炸药与充填物之间,由于水的不可压缩性,几乎无损失地传递炸药爆炸压力,达到破碎岩石的目的,并可降低单孔装药10%～20%。

2.2露天开采穿孔装备

国内金属矿露天开采穿孔装备包括牙轮钻、潜孔钻和叩头钻，叩头钻已逐步淘汰。其发展特点是牙轮钻机的迅速推广应用,改变了露天矿穿孔装备的落后局面。一些露天金属矿山先后引进了美国Ｂ-Ｅ公司、Ｇ-Ｄ公司的牙轮钻机。其中主要是Ｂ-Ｅ公司生产的Φ250 mm的45Ｒ、Φ310 mm的60Ｒ以及先进的Φ310 mm的47Ｒ牙轮钻机,使矿山穿孔钻进速度大大提高,在坚硬岩层的台时效率达到9～15 m,在中硬岩层达到15～25 m,在软岩层中达30 m。台年效率约为5～6万m,高时可达8～10万m。目前露天金属矿山使用的国产牙轮钻机有长沙矿山研究院与衡阳有色冶金机械总厂合作研制生产的ＹＺ-55型、ＹＺ-35型及ＹＺ-12型牙轮钻机,分别用于大、中、小型露天矿钻孔作业。ＹＺ-55型钻机孔径为280～380 mm,一次钻孔深度为16.5～18.5 m。ＹＺ-35型钻机孔径为170～270 mm,钻孔深度为17～18.5 m。ＹＺ-12型钻机孔径为70～95 mm,钻孔深度为7.5～12.5 m。其中ＹＺ-35型和ＹＺ-55型牙轮钻机的结构与工作参数大体相当于美国Ｂ-Ｅ公司的45Ｒ型和60ＲⅢ型牙轮钻机水平,是国内研制最为成功的两种牙轮钻机。国产牙轮钻机还有洛阳矿山机械厂、吉林重型机器厂、江西采矿机械厂生产的ＫＹ系列,其规格分别为ＫＹ-150、ＫＹ-200、ＫＹ-250、ＫＹ-250Ａ、ＫＹ-310等,钻凿

孔径从150 mm到310 mm,穿孔深度为15～20 m不等。

自九十年代以来，由长沙矿山研究院研制的CZT-1型牙轮钻机钻进参数自动调节装置可根据被钻凿的矿岩的变化，对钻机轴压、转速、钻进速度、回转扭矩、垂直振动、水平振动、排渣风压和注水量等钻进参数进行自动调节和限制，以达到较佳的钻进状态。在YZ-55型牙轮钻机上试验表明，可提高钻机的钻孔速度21.9%，延长钻头寿命14.9%，同时还可大大减轻司机的劳动强度。潜孔钻机方面包括宣化风动工具厂与美国Ingersoll-land公司合作制造的CM-351分体式中气压潜孔钻机，以及与瑞典Atlas-copco公司合作生产的CBH-10中气压一体化露天潜孔钻机等,工作气压提高到了1.6Mpa。由长沙矿山研究院自主研制的CS-165E露天潜孔钻机，不但将工作气压提高到了1.6～1.8Mpa，而且通过采用双动力驱动，实现远距离行走；采用多自由度钻臂结构，提高了钻机对场地的适应能力，不需配套辅助钻机；采用高度集成的液压技术，系统简洁，功能可靠；采用PLC程控技术和Canbus总线技术，可实现全自动作业、故障自诊断、误动作保护和通过公用数据移动通讯网对设备进行远程监控管理等功能；采用新型的盘式钻杆库，保证了钻机的钻孔深度。高气压大型潜孔钻机，极大的提高我国露天矿山凿岩装备的技术水平，促进我国采矿行业技术进步，使我国采矿行业设备水平和技术水平跻身国际先进行列，有力地推动了我国采矿业的发展。但在总体水平上，我国露天矿山使用的凿岩设备与国外相比还相对落后，多数矿山还使用国内七十年代研制的机械式常规气压潜孔钻机或牙轮钻机，只有少数国家重点大型矿山使用国外进口的高气压潜孔钻机。

3地下开采凿岩爆破

不同的地下采矿方法，需要采用不同的凿岩爆破方式。由于地下矿山需要根据复杂多变的开采条件采用不同的采矿方法，因而凿岩爆破方式也比露天开采要复杂多变。根据炮孔类型归纳起来主要有：浅孔爆破、中深孔爆破和深孔爆破。但具体的爆破工艺的组合方式较多，凿岩设备的选取也较多。

3.1地下爆破工艺与技术

针对分层落矿、分段落矿和阶段落矿工艺，相应地采用浅孔爆破、中深孔爆破和深孔爆破等爆破工艺和技术。分层采矿法采用浅孔爆破工艺为主，尤其是在普通分层充填法和留矿法采场，几乎都采用浅孔爆破工艺，分层高度大都为2m。随着分层充填采矿技术的发展，高分层充填法采场采用了上向和水平平行中深孔爆破工艺及技术，分层高度达到4.5m。分段采矿法均采用中深孔爆破工艺和技术，