露天矿山开采中深孔爆破技术的应用研究

1. 引言

露天矿山开采是保障全球资源供应的关键，对经济发展至关重要。随着矿产资源需求增长，其高效经济的特点使其成为主要开采方式。深孔爆破技术在其中发挥着不可替代的作用，与传统方法相比，具有爆破量大、飞石少、作业条件好等优势，并能通过参数优化有效控制破碎效果，提升整体效率与安全性。本文旨在通过案例与数据分析，探讨该技术的应用、挑战及优化策略，以期为提升开采效率、保障安全并减轻环境影响提供理论支持与技术参考。

2. 深孔爆破技术基础理论

2.1 爆破原理

深孔爆破的力学原理基于炸药爆炸时释放的能量对岩石的作用。炸药引爆后，产生高温高压气体，迅速膨胀冲击岩石介质，形成压缩波，导致岩石内部应力集中。随着压缩波传播，产生拉伸应力，引发裂纹扩展和岩石破碎。爆炸气体膨胀还推动岩块向外抛掷，形成爆破漏斗状破坏区域。这一过程涉及应力波传播、能量传递和岩石动态响应，受炸药特性、岩石性质及爆破参数等多种因素影响。

2.2 炸药特性

在深孔爆破中，炸药性能参数至关重要，包括爆速、威力、敏感度和稳定性。爆速是冲击波传播速度，以米/秒为单位，高爆速可增强能量释放，提高爆破效率。威力反映爆炸能量大小，影响岩石破碎程度[1]。敏感度决定起爆难易，稳定性关乎储存运输安全。不同炸药特性各异，需根据爆破需求选择，如坚硬岩石用高威力、高爆速炸药，软质岩石或特殊环境则选低敏感度或环保炸药，以降低风险和环境影响。

2.3 爆破参数理论

深孔爆破的关键参数有孔径、孔深、抵抗线、孔距、排距及填塞长度，这些参数相互影响，决定爆破效果。孔径由钻机类型和技术条件决定，也受岩石性质和台阶高度影响。孔深根据台阶高度和超深值确定，超深旨在克服底盘抵抗线影响，确保底部岩石破碎。抵抗线是炮孔中心至自由面的最短距离，影响爆破能量分布和岩石破碎均匀性。合理的孔距和排距设计能优化炸药能量利用效率，提高爆破质量。填塞长度亦至关重要，适当填塞可减少爆炸气体过早逸出，增强爆破效果。这些参数的理论计算多基于经验公式和现场试验数据，结合工程条件优化调整，以实现最佳爆破效果和经济效益。

3. 深孔爆破技术在露天矿山开采中的应用案例

3.1 案例一：某大型铜矿——以西藏玉龙铜矿为例

该矿山位于西藏昌都市江达县，地处青藏高原东南缘，地质构造复杂，地形切割强烈。玉龙铜矿为我国重要铜矿资源基地，矿体主要赋存于玉龙斑岩铜矿带，受区域断裂控制，矿化集中于斑岩体与围岩接触带。矿体总体走向北西 30^∘～50^∘ ，倾向北东，倾角变化大，局部陡立或缓倾，连续性中等。矿石以斑岩型硫化矿为主，含少量氧化矿，铜品位 0.3%~1.5%，平均约 0.8% 。矿体上覆第四系坡积层和强风化岩层，厚约 10~18 米。基于矿体规模大、埋藏浅的特点，矿山采用中深孔爆破进行台阶式开采。

3.2 深孔爆破技术应用

在玉龙铜矿的实践中，采用了“V 型斜线多排中深孔逐孔起爆”方案。爆破参数根据矿岩的普氏系数（f=8~12）和节理发育程度进行设计：钻孔孔径选用 90mm，孔深 8m~16m，台阶高度 12m，孔距4.5m~5.5m，抵抗线调整为 3.5m～4.5m 。起爆网络采用高精度数码电子雷管，实现逐孔起爆，延时间隔设定为 15ms~25ms，有效控制爆破振动传播。为提高矿岩破碎度，在矿体硬岩区域采用了耦合装药结构，炸药单耗控制在 0.35kg/m³～0.45kg/m³ 。施工中使用阿特拉斯Cop1238 型潜孔钻机进行钻孔，配合无人驾驶矿卡进行爆堆清理，实现钻孔-装药-起爆-清运的全流程机械化作业。

3.3 应用效果分析

破碎质量提升：大块率由12%降至 8%，二次破碎量减 20% ，电铲效率提升 15% 。成本优化：孔网与装药结构优化后，炸药单耗降0.05kg/m³，年省爆破成本约 300 万元。振动控制：爆破振动峰值由1.2cm/s 降至 0.8cm/s 以下，满足国标要求，社区投诉降 50%。生态影响降低：边坡更稳、坡面整齐，扬尘落石风险下降，利于后续复绿。案例表明，深孔爆破技术适用于该类露天矿，具备推广价值。

4. 深孔爆破技术应用面临的挑战

4.1 爆破安全风险

深孔爆破技术在露天矿山开采中虽有优势，但安全风险不可忽视。飞石和爆破振动是主要隐患。飞石因炸药能量不均或岩石结构薄弱产生，高速运动威胁周边人设备。爆破振动可致地质不稳，引发滑坡坍塌，尤其在居民区附近更敏感。这些风险危及生命，引发社会矛盾，需科学设计管理控制[2]。

4.2 环境影响

深孔爆破对周边生态影响多方面，尤其空气、水和土壤。爆破释放氮氧化物和硫化物等有害气体，危害健康，粉尘扩散加剧污染。振动破坏地下水系统，影响水资源。岩石碎屑和化学物质改变土壤结构，影响植被和生态平衡。需采取措施减轻环境负面影响。

4.3 成本控制问题

深孔爆破成本包括材料、设备及二次成本。炸药价格波动影响成本，高质量炸药增加负担。钻孔设备购置维护费高，尤其大规模开采。爆破参数设计或施工不当致矿石破碎不均，增加二次破碎成本。需在保证效果下优化成本。

5. 应对深孔爆破技术应用挑战的策略

5.1 安全技术措施

为降低深孔爆破的安全风险，优化爆破设计是关键。通过精确计算爆破参数，如孔径、孔深和抵抗线，可减少飞石和振动危害。逐孔起爆技术能改善效果，降低环境影响。安全监测不可或缺，布置振动监测设备，实时监控强度，及时调整方案。居民区附近爆破应设警戒线并提前通知，避免伤亡和损失。

5.2 环境保护策略

减轻环境负面影响至关重要。采用环保炸药，降低毒性和气体排放。控制爆破规模，合理规划炸药用量和范围，避免生态破坏。例如，某铜矿优化设计，降低振动和飞石影响，缓解与村民关系。制定科学环保措施，利于绿色矿山建设。

5.3 成本控制方法

合理选择爆破参数是控制成本的关键。根据矿石性质、炸药性能和矿山规模确定孔径、孔距和排距。例如，岩石炸药消耗量大时，减小孔排距可降本。先进钻孔设备提升效率和精度。如自动化钻机缩短时间，提高精度。降低成本，避免额外费用，增进经济效益[3]。

6. 结论

深孔爆破技术在露天矿山开采中展现了显著优势，其高效性和安全性使其成为现代矿山开采的重要手段。通过合理设计爆破参数，该技术能有效提高矿石破碎度，提升开采效率，并降低安全事故发生率。然而，该技术也存在不足，如飞石和振动对周边环境和设备的威胁，以及对生态环境的影响。此外，爆破成本控制尤其是因效果不佳导致的二次成本增加，仍是矿山企业面临的挑战。因此，如何发挥其优势并克服局限性，是未来研究和实践的重要课题。

参考文献：

[1]谢焕舜.爆破技术在采矿工程中的应用探索[J].世界有色金属，2020，45（24）：48-49.

[2]梁斌强.露天采矿中深孔爆破技术的应用[J].工程建设（维泽科技），2020，3（4）：79-81.

[3]张紫阳；李强；王亚军.中深孔采矿法在大型露天及地下矿山生产中的应用[J].采矿技术，2022，22（1）：1-2.