露天采矿生产中深孔爆破技术的研究与应用

1. 引言

露天采矿是我国矿物资源开发的主要方式，约占全国矿物开采总量的 80% 以上。深孔爆破作为露天采矿生产的关键环节，其技术水平直接决定了矿山的综合效益。随着矿山开采深度不断增加、地质条件日趋复杂、环保要求日益严格，传统的深孔爆破技术面临着新的挑战。因此，深入研究深孔爆破技术的优化方法和应用策略，对于提高矿山生产效率、保障作业安全、降低环境影响具有重要的理论价值和实践意义。

2. 深孔爆破技术基本原理

2.1 爆破机理

深孔爆破是利用炸药在孔内爆炸产生的冲击波和爆炸气体对岩石进行破碎的技术。当炸药爆炸时，在极短时间内产生高温高压气体，形成强烈的冲击波向四周传播。冲击波首先使孔壁附近的岩石产生压缩破坏，随后爆炸气体继续作用，使岩石产生拉伸破坏和剪切破坏，最终实现岩石的有效破碎。

2.2 破岩过程

深孔爆破的破岩过程可分为四个阶段：压缩破碎阶段、径向裂隙发展阶段、反射拉伸破坏阶段和爆生气体扩展阶段。在压缩破碎阶段，孔壁附近岩石受到强烈压缩而破碎；径向裂隙发展阶段，冲击波在岩石中传播形成径向裂隙；反射拉伸破坏阶段，冲击波在自由面反射形成拉伸波，造成岩石拉伸破坏；爆生气体扩展阶段，高压气体沿裂隙扩展，进一步破坏岩石并抛掷爆堆。

2.3 影响因素

影响深孔爆破效果的因素众多，主要包括：岩石性质（密度、强度、结构面发育程度等）、炸药性能（爆速、密度、威力等）、爆破参数（孔径、孔深、装药量、装药结构等）、起爆方式（延期时间、起爆网络等）以及地形地质条件等。这些因素相互作用，共同决定爆破效果。

3. 深孔爆破参数设计

3.1 孔网参数设计

孔网参数是深孔爆破设计的核心，包括孔距、排距、孔深等。孔距是同排相邻两孔的距离，通常根据岩石性质和炸药性能确定，一般为 3-6 米；排距是相邻两排孔的距离，通常为孔距的0.8-1.2 倍；孔深应根据台阶高度、超深和装药需要确定，一般为台阶高度的1.1-1.3 倍。

合理的孔网参数设计应考虑以下原则：确保相邻药包间的有效作用，避免出现爆破盲区；控制单孔装药量，避免产生过大块度；考虑开挖边界和边坡稳定性要求；兼顾爆破效果和经济效益。

3.2 装药参数设计

装药参数包括单孔装药量、装药长度、堵塞长度等。单孔装药量根据岩石性质、孔网参数和所需爆破效果确定，可采用经验公式或数值模拟方法计算。装药长度一般为孔深的60%-80%，具体应根据岩石分层情况和爆破要求调整。堵塞长度通常为孔深的 20%-30%，主要作用是防止炸药气体过早泄露，提高爆破效率。

装药结构设计应遵循以下原则：根据岩石硬度分层装药，硬岩层增大装药密度；采用空气间隔或惰性材料间隔，改善装药结构；底部加强装药，确保根底爆破效果；合理选择炸药品种，发挥不同炸药的优势。

3.3 起爆网络设计

起爆网络设计包括起爆方式选择、延期时间确定和起爆顺序安排。目前常用的起爆方式有非电起爆、电子雷管起爆和数码电子雷管起爆等。延期时间应根据岩石性质、孔网参数和爆破要求确定，一般排间延期时间为25-100 毫秒，孔间延期时间为15-50 毫秒。

起爆顺序设计应考虑：创造良好的临空面条件；减少爆破振动和噪声；控制爆堆形状和抛掷距离；避免相邻药包的干扰作用。常用的起爆顺序有V 形起爆、梯形起爆和波浪形起爆等。

4. 关键技术研究

4.1 精准爆破技术

精准爆破技术是通过精确控制爆破参数，实现预期爆破效果的技术。主要包括：精确测量孔位坐标和孔深，确保钻孔质量；根据岩石分层情况进行分段装药，提高装药精度；采用高精度延期雷管，实现精确起爆时序；运用数值模拟技术，优化爆破参数设计。

精准爆破技术的应用可以显著改善爆破效果，减少大块率，降低爆破振动，提高边坡稳定性。在某铁矿的应用实践中，采用精准爆破技术后，大块率从 15% 降低到 8%，爆破振动强度降低30% 以上。

4.2 减振降噪技术

随着环保要求日益严格，控制爆破振动和噪声成为重要技术课题。减振降噪技术主要包括：优化起爆时序，采用毫秒延期爆破，减少同时起爆药量；改进装药结构，采用分段装药和空气间隔装药；选用低噪声炸药，减少爆炸噪声；设置防护设施，如防护墙、防护网等。

某石灰石矿山通过采用数码电子雷管精确控制延期时间，配合优化的装药结构，成功将爆破振动速度控制在 2.0cm/s 以下，噪声水平降低15dB 以上，满足了环保要求。

4.3 智能化爆破技术

智能化爆破技术集成了现代信息技术、自动化技术和人工智能技术，实现爆破过程的智能化管理。主要包括：钻孔参数自动测量和记录；装药过程自动化控制；起爆网络智能设计和校验；爆破效果实时监测和评价；爆破参数智能优化和调整。

智能化爆破技术能够提高爆破精度，减少人工操作误差，保障作业安全。目前，一些大型矿山已开始试点应用智能化爆破系统，取得了良好效果。

5. 应用实践案例

5.1 某大型铜矿深孔爆破优化

该铜矿年产矿石 2000 万吨，采用 12.5 米台阶高度开采。原爆破方案存在大块率高、边坡超挖严重等问题。经过技术优化，采用以下措施：

参数优化：将孔距从5 米调整为4.5 米，排距从6 米调整为5.5 米，改善了爆破均匀性。装药结构改进：采用分段装药，底部装药密度增加 20%，中部采用空气间隔装药，改善了爆破效果。

起爆网络优化：采用数码电子雷管，精确控制延期时间，排间延期 40 毫秒，孔间延期25 毫秒。

效果评价：优化后大块率从 12% 降低到 6%，边坡超挖量减少 40% ，爆破成本降低 15% ，取得显著效益。

5.2 某石灰石矿山环保爆破实践

该石灰石矿山位于城市近郊，环保要求严格。通过实施环保爆破技术，有效控制了爆破对周边环境的影响：

减振措施：采用高精度数码电子雷管，控制单响药量不超过100 公斤，延期时间精确到

1 毫秒。

降噪措施：选用低噪声乳化炸药，采用深孔微差爆破，设置移动式声屏障

粉尘控制：爆破前对作业面洒水增湿，爆破后立即进行雾炮降尘。

监测评估：建立爆破振动和噪声实时监测系统，确保各项指标符合标准要求。

实施环保爆破技术后，该矿山爆破振动控制在 1.5cm/s 以下，噪声控制在 85dB 以下，粉尘排放大幅减少，得到了周边居民的认可。

5.3 某露天煤矿软岩爆破技术

该露天煤矿地质条件复杂，岩石强度差异大，传统爆破方法效果不佳。针对软岩特点，开发了专门的爆破技术：

钻孔工艺：采用跟管钻进工艺，防止孔壁坍塌，确保钻孔质量。

装药技术：选用低密度炸药，减少对软岩的过度破坏，采用连续装药结构。

起爆方式：采用逐孔起爆，延期时间50-80 毫秒，避免相邻孔的相互干扰

质量控制：建立钻孔质量检查制度，严格控制钻孔偏斜和深度误差。

通过技术改进，该矿山软岩爆破效果明显改善，根底残留减少 60% ，铲装效率提高25%。

6. 技术发展趋势

6.1 数字化发展

数字化是深孔爆破技术发展的重要方向。通过建立数字化爆破管理系统，实现爆破全过程的数字化管理。主要包括：三维地质建模和爆破设计；钻孔轨迹实时跟踪和质量控制；装药过程数字化记录和管理；爆破效果数字化评价和反馈。数字化技术能够提高爆破设计精度，优化爆破参数，提升爆破效果。

6.2 智能化升级

人工智能技术在深孔爆破中的应用前景广阔。通过机器学习算法分析历史爆破数据，建立爆破参数与效果的智能关联模型，实现爆破参数的智能优化。同时，发展爆破机器人技术，实现危险环境下的无人化作业。智能化技术将大幅提升爆破技术水平和作业安全性。

6.3 绿色环保技术

随着环保要求不断提高，绿色环保技术成为发展重点。主要包括：开发环保型炸药，减少有害气体排放；研究低振动、低噪声爆破技术；发展粉尘控制和治理技术；建立爆破环境影响评价体系。绿色环保技术将推动矿山爆破向可持续发展方向转变。

6.4 精细化管理

精细化管理是提高爆破技术水平的重要途径。通过建立精细化的爆破标准和流程，实现爆破作业的标准化、规范化。主要包括：制定详细的技术标准和作业规程；建立完善的质量控制体系；实施精细化的成本管理；开展持续的技术改进和优化。

7. 存在问题与对策

7.1 主要问题

当前深孔爆破技术应用中存在以下主要问题：技术标准不够完善，缺乏针对性的技术规范；人员技术水平参差不齐，培训体系有待加强；新技术推广应用缓慢，创新动力不足；环保压力日益增大，传统技术需要升级改造；安全管理有待加强，事故风险依然存在。

7.2 对策建议

针对存在的问题，提出以下对策建议：

善技术标准：制定和完善深孔爆破技术标准，建立行业技术规范体系

加强人才培养：建立健全培训体系，提高从业人员技术水平和安全意识。

促进技术创新：加大科研投入，鼓励技术创新，推广应用新技术新工艺

强化环保管理：建立环保监管体系，推广应用环保型爆破技术。

提升安全水平：完善安全管理制度，加强风险管控，确保作业安全。

8. 结论与展望

深孔爆破技术是露天采矿的核心技术，其技术水平直接影响矿山的生产效率和经济效益。通过对深孔爆破技术的系统研究和应用实践，可以得出以下结论：

合理的爆破参数设计是提高爆破效果的关键，需要综合考虑地质条件、设备能力和生产要求。

技术创新是推动深孔爆破技术发展的重要动力，精准爆破、减振降噪、智能化等技术展现出良好的应用前景。

环保要求日益严格，绿色环保技术将成为深孔爆破技术发展的重要方向。

数字化、智能化、精细化是深孔爆破技术的发展趋势，将推动矿山爆破向高效、安全、环保方向发展。

展望未来，深孔爆破技术将朝着更加智能化、精准化、环保化的方向发展。随着新技术、新材料、新工艺的不断涌现，深孔爆破技术必将为露天采矿行业的高质量发展提供强有力的技术支撑。

参考文献：

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作者简介：何继红（1982.3-），男，汉族大专，工程师，主要从事工作方向：爆破