露天矿山台阶爆破优化设计以提高矿石块度均匀性

引言

矿石块度均匀性是衡量露天矿山台阶爆破质量的核心指标，其优劣直接关联矿山生产链的整体效率 —— 块度过大需额外二次破碎，增加能耗与成本；过粉碎则导致资源浪费，降低选矿回收率。当前部分矿山仍沿用传统经验化爆破设计，难以适配复杂地质条件变化，块度波动问题突出，制约生产效益提升。基于此，聚焦台阶爆破优化设计，通过科学调整关键参数与创新工艺，破解块度不均难题，不仅能填补传统设计的技术短板，更能为矿山降本增效、保障作业安全提供切实可行的解决方案，为后续深入分析优化路径与实践应用奠定基础。

一、露天矿山台阶爆破矿石块度不均的问题分析与影响因素探究

露天矿山台阶爆破作业中，矿石块度不均是制约生产效率的典型技术难题，其具体表现为爆破后矿石块度呈现 “ 两极分化” 特征 —— 部分区域出现尺寸超过 1.5m 的大块矿石，需投入额外人力与设备进行二次破碎，不仅增加每吨矿石的破碎能耗（通常可使单位能耗提升 15%-25% ），还易导致破碎系统堵料停机；同时另一部分区域则产生大量粒径小于50mm 的粉矿，在运输过程中易发生扬尘污染，且粉矿率过高会降低选矿环节的金属回收率（一般粉矿率每增加 5% ，回收率可下降 2%-3% ）。这种块度分布失衡的问题，直接打破了矿山生产链的连续性，造成运输设备荷载波动、选矿工艺参数频繁调整，最终推高矿山整体运营成本。

地质条件是影响块度均匀性的基础，矿岩物理力学性质差异导致爆破能量传递不均，坚硬完整岩体易产生大块，裂隙发育区域则易过粉碎。孔网参数设计不合理，如孔排距比偏离 1.2–1.5 的合理范围，会导致破碎不均，形成残留体；炸药单耗与岩性不匹配，过低则破碎不充分，过高则造成过粉碎。起爆顺序和延期时间不当，会干扰爆破能量有序释放，加剧块度离散。多因素耦合作用显著影响块度均匀性。

二、基于矿石块度均匀性提升的台阶爆破参数与工艺优化方案设计

针对露天矿山台阶爆破块度不均问题，需从参数精准设计与工艺创新两方面构建优化方案，核心围绕孔网参数、炸药参数及起爆工艺三大关键环节展开，确保爆破能量与矿岩特性高度适配，实现块度分布可控。

孔网参数优化以 “ 能量均匀传递” 为核心目标，采用矿岩完整性系数（Kv）与抗压强度（Rc）联动计算模型确定最优孔排距比。对于 Kv＞0.7、 Rc>80MPa 的完整坚硬矿岩，将孔排距比控制在 1.4-1.5，通过缩小排距（通常设为孔距的 0.67-0.71 倍）增强相邻炮孔爆破作用的叠加效应，避免 “ 残留体” 形成；对于 Kv<0.5. 、 Rc<40MPa 的裂隙发育矿岩，孔排距比调整为 1.2-1.3，适当扩大孔距以减少能量过度集中导致的过粉碎。同时引入最小抵抗线动态修正公式（ ，其中 K 为地质修正系数， q 为炸药单耗），根据现场矿岩条件实时调整抵抗线数值，确保爆破能量在台阶横断面上均匀分布。

炸药参数优化聚焦单耗匹配与装药结构改进。基于矿岩破碎功理论，通过室内试验测定不同岩性的破碎比功（A），结合现场爆破效率要求，采用 q=A^×n （η 为能量利用系数，取值 0.65-0.8）计算最优炸药单耗，避免传统经验取值导致的单耗偏差。针对台阶上下部岩性差异，采用 “ 上部弱装药 + 下部强装药” 的分段装药结构，上部装药长度控制在孔深的40%-50% ，选用爆速 3000-3500m/s 的乳化炸药；下部装药选用爆速4000⋅4500m/s 的岩石炸药，装药长度占孔深的 50%-60% ，通过差异化装药平衡台阶上下部爆破能量，减少块度分层现象。

起爆工艺优化以 “ 逐孔顺序起爆 + 精准延期” 为核心，采用毫秒延期雷管实现炮孔间延期时间的精准控制。根据孔距与矿岩波速（v）确定合理延期时间（ t=1.2^× L/v，L 为孔距），一般将孔间延期时间设为 50-100ms ，排间延期时间设为 200-300ms ，确保前一孔爆破形成的自由面充分扩展后，后一孔再起爆，避免爆破应力波叠加干扰。同时引入起爆网络可靠性设计，采用 “ 双回路导爆管 + 高精度雷管” 组合系统，降低起爆延误或拒爆风险，保障爆破能量按预设顺序有序释放，最终实现矿石块度标准差控制在100mm 以内，大块率稳定低于 5% 的目标。

三、露天矿山台阶爆破优化设计的现场试验与块度均匀性效果验证

为验证优化方案在实际生产条件下的有效性，在某大型露天铁矿东区台阶开展现场对比试验。选取地质条件相近的两个爆区作为试验组与对照组，对照组采用原有经验化爆破参数，试验组实施优化后的孔网布置、分段装药及逐孔起爆工艺。试验组孔距由原 6.0m 调整为 5.5m ，排距由 6.0m 优化为 4.0m ，孔排距比控制在1.38，炸药单耗依据岩性分区动态设定，范围为 0.32～0.41kg/t 。装药结构采用上部乳化炸药（装药长度占孔深 45% ）与下部岩石炸药（装药长度 55% ）组合模式，实现能量沿孔深方向的合理分布。起爆顺序采用V 型逐孔起爆，孔间延期时间按矿岩纵波速度 4.2km/s 计算确定为65ms，排间延期 250ms ，确保应力波传播与自由面扩展的协调性。爆破后采用数码摄影块度分析系统（DLIA）对爆堆进行图像采集与粒径识别，统计结果显示，试验组矿石块度平均粒径为 320mm ，标准差由对照组的 148mm 降至 119mm ，降幅达 19.6% ；大块率（ Φ>1.5m ）由 8.7% 降至4.3% ，未出现需二次破碎的超大块；粉矿率（ <50mm ）降低2.1 个百分点。同时，爆破振动监测数据显示，优化方案最大质点振动速度下降 18% ，对邻近边坡稳定性影响显著减小，验证了优化设计在提升块度均匀性与控制爆破危害方面的综合优势。

结语

露天矿山台阶爆破优化设计对提升矿石块度均匀性具有关键作用。研究通过剖析块度不均的核心问题与影响因素，针对性提出参数调整与工艺创新方案，经现场试验验证，有效降低了矿石块度标准差与大块率，同时保障了边坡稳定性。该优化设计不仅解决了传统爆破的技术短板，还为矿山减少能耗、降低成本、提升生产效率提供了实践路径。未来可进一步结合智能化技术，构建动态自适应爆破优化系统，持续推动露天矿山爆破作业向更高效、更精准、更安全的方向发展，为矿业绿色可持续运营提供更强力的技术支撑。

参考文献

[1]陈晓峰,郑凯.台阶爆破参数优化对矿石块度均匀性的影响研究[J].爆破,2022,39(4):55-62.

[2]刘晨光,周立新.露天矿山爆破优化设计与块度控制的工程实践[J].矿业工程,2023,21(2):87-94.