(葛洲坝易普力新疆爆破工程有限公司富蕴分公司，新疆阿勒泰，836100)
摘要：针对节理裂隙发育对巴特巴克布拉克露天铁矿爆破成本的影响，从爆破作用机理出发，分析了节理裂隙发育对爆破成本的影响，提出相关改进措施，以便有效地控制爆破成本。
关键词：节理裂隙；爆破成本；露天铁矿
l 工程概况
巴特巴克布拉克露天铁矿位于新疆北部边陲阿勒泰地区，采用汽车运输开拓方式，设计年产100万吨，现年爆破总量近350万立方米。矿体主要赋存于酸性火山岩、火山碎屑岩夹细碧岩及正常碎屑岩中，围岩主要为角闪斜长变粒岩和浅粒岩(黑云斜长变粒岩)。由于造山运动及风化作用影响，节理裂隙较发育。在节理裂隙发育地带进行爆破时，容易产生根底、大块率过高(不符合铲装要求的大块)、伞岩、单耗较高等问题，增加二次处理费用，导致爆破成本居高不下，并且影响后续铲装效率。
2 巴特巴克布拉克露天铁矿现状
2．1节理裂隙发育分布情况
主要出露古生界地层，下古生界主要分布在北部的喀纳斯-可可托海加里东褶皱带内，有中上奥陶统和中上志留统；上古生界主要分布在南部的克兰华力西褶皱带内，以泥盆系为主，有少量石炭系。古生界地层均遭受不同程度的变质，以中、浅变质为主，在岩体和断层附近变质程度相对较高，为各种片岩、片麻岩和混合岩。向斜位于两个花岗岩岩株之间，西起沃尔腾萨依，东至什根特河，长10km，宽约2km，呈北西-南东向展布。向斜为较紧闭倒转褶皱，北东翼地层层序正常，南西翼倒转。向斜两端均扬起，轴面向南西陡倾，倾角在80°以上。
矿区内岩浆岩较发行，以侵入岩为主，分布广泛，约占总面积的40％造成矿岩物理力学性质变化较大。矿区构造以褶皱为主，主要为巴拉巴克布拉克向斜构造，局部次级小褶曲发育，断裂构造不发育。矿区为紧闭的褶皱构造，挤压应力强烈，线理及石香肠构造发育，矿体变形强烈。
2．2采场爆破现状
巴特巴克布拉克露人铁矿的穿孔设备为CM-351型潜孔钻机，穿凿孔径是138mm。常采用三角形和方形布孔方式，采取排间微差和V形起爆方式。孔网参数一般根据矿岩特性进行选取：爆区的单孔负担面积为20～28m2，爆破技术人员对采场内节理裂隙的分布情况和走向、倾向等不熟悉，在布孔和起爆方式的选择时，对节理裂隙影响爆破质量的因素考虑不周全，导致节理裂隙发育部位的爆破质量比较差，产生根底和大量大块。
由于巴特巴克布拉克露天铁矿挖运设备普遍偏小，对大块率较高的节理裂隙发育区处理很困难，每年因处理根底及大块而增加二次爆破处理费用多达几十万元，对后续挖装和爆破成本产生一定程度的影响。
3 节理裂隙发育对爆破成本的影响
3．1 岩体爆破作用机理及根底大块产生原因
岩体爆破时，由于炸药爆炸产生的应力波在传播过程中与节理裂隙相遇，在扩大原有裂隙的同时产生了新的裂隙，从而形成裂隙网，使岩石发生破碎。因此，在节理裂隙发育的岩体中进行爆破时，具有优势破裂方向的节理裂隙面，对岩石的破碎将起导向作用。
岩石破碎块度影响较大的节理裂隙面称为主结构面。当主结构面与炮孔爆破抛掷方向平行且处于同一平面时，爆生气体将沿节理裂隙的走向严重逸散，降低了炸药能量的利用率，致使爆破时岩体破碎不充分、位移比较小，岩块间相互撞击能量较小，产生较多的大块甚至挡墙(见图1)。
当结构面与炮孔爆破抛掷方向相交时，爆破产生高温高压气体泄漏较慢，同时可产生径向和切向破裂，有利于改善爆破质量，降低大块率(见图2)。
炸药爆炸对岩体的破碎作用譬要有两个方面：
(1)克服岩石颗粒之间的内聚力，使岩石内部结构破坏，产生新的断裂面。
(2)使岩石原生和次生裂隙扩张而破坏。因此，岩石的坚固性和岩体的裂隙发育程度是影响岩体可爆性最主要的因素。岩体的裂隙不但包括岩石生成时和生成后的地质作用所形成的原生裂隙，而且包括以往爆破等作用而产生的次生裂隙，这些裂隙可能导致爆生气体的泄漏，降低爆炸能的作用，从而影响爆破质量。当岩体本身包括许多被原生和次生裂隙所切割，尺寸超过矿山规定的不合格大块的结构时，只有直接靠近药包的少部分能够得到充分的破碎，而距药包一定距离的大部分岩体并没有得到充分破碎，反而受爆破振动或爆生气体的推力作用，脱离岩体而形成大块。另外，由于爆炸能沿着节理裂隙的释放，使台阶下部的岩体无法充分破碎而产生根底(见图3)。
3．2节理裂隙发育致使成品炸药使用量大增
目前，巴特巴克布拉克露天铁矿处于开采初期，大部分部位，由于覆盖着表土风化层，地表岩层风化严重，存在大量的节理裂隙，使用混装乳化炸药漏药严重，影响爆破效果，增加二次处理难度。为此，成品炸药的使用量大增(成品炸药每吨成本约为混装炸药的3倍)，每年因此多支出约上百万元。
3．3劳动强度大，提高人工成本
巴特巴克布拉克露天铁矿，节理裂隙发育区域，为了保证爆破质量以及混装乳化炸药漏药造成浪费，主要采用成品炸药，而成品炸药使用量急剧增加，爆破采用成品炸药无法机械化施工，降低施工效率。根据现场不完全统计，效率约降低50％以上，每年因此多支付几十万元以上。
3．4增加爆破安全事故风险
在台阶爆破中，裂隙发行带在穿孔时易形成空腔。空腔如果在前排，技术人员又不清楚，同时采用混装乳化炸药，则会在空腔处形成局部集中装药，造成爆炸能过于集中，而与钻孔连通的张开裂隙还容易造成爆炸能集中释放，从而产生意外飞石(见图4)，危及采场人身及设备安全。交叉裂隙容易使预裂爆破面凹凸不平，造成后冲或产生根底，影响边坡质量。
4降低爆破成本措施及建议
4．1优化孔网参数。降低爆破单耗
巴特巴克布拉克露天铁矿，由于覆盖着表土风化层，存在大量的节理裂隙，历来，这些部位的爆破孔网参数都取得比较大。有两种情况可能产生根底：一是炮孔的装药高度超过软硬岩交界面或节弹裂隙面， 在炸药爆炸瞬间，炸药能量率先向软硬岩交界处或节理裂隙的弱面释放，无法克服台阶底部夹制作用而产生根底；二是虽然装药高度没有超过软硬岩交界面处或节理裂隙面，但参数选取过大，超过了穿孔设备孔径所能克服的矿岩有效破碎范围，从而在两孔之间形成锥形根底。
巴特巴克布拉克露天采场具有作业空间狭小、有效工作线长度短、采矿强度高等特点，这就导致了在爆区设计师爆区形状各异，主抛掷方向有沿倾向、走向等各种形式，传统起爆网路一般是三角形布孔，逐排顺序起爆。
当岩层主结构面平行于台阶临空面时，原则上孔距a应大，排距b及抵抗线应小。根据经验，该情况下炮孔密集系数不应小于1．5，一般在2～2．6取值，根据矿岩性质差异，孔距不低于5～7m，排距不超过4～5．5m为宜。
当主结构面垂直于台阶临空面时，原则上孔距a应小，排距b及抵抗线W应大。根据经验，该情况下炮孔密集系数不应超过2，一般在1．5～1．8取值，根据矿岩性质差异，孔距不大于5～7m，排距不低于4～5．5比较合理。
每次对炮区孔网参数进行详细记录，爆破后对爆破效果进行分析总结，定期分析总结不同矿岩合理的单耗，在确保爆破质量的前提下，不断优化爆破参数，降低爆破单耗，减少爆破费用。
4．2 采取分层装药，控制成品炸药使用量
巴特巴克布拉克工程地质复杂，岩石硬度分布不均，岩石抗风化能力不一。可按岩石的节理裂缝分布情况、可爆性和炸药能量利用率进行可爆性分区。在具体施工中，可根据岩石的硬度、密度、脆韧性3个指标，结合岩体结构、风化程度进行爆破分区。不同分区设定合理单耗，减少不必要浪费，单耗过高会造成不必要的安全隐患。
原始地貌节理裂隙发育的部位，通常会出现较为严重的混装乳化炸药漏药问题，从而加大成品炸药的使用量，为减少成品炸药使用量，需整体改进爆破设计，采用分层装药，尽量使用混装炸药，控制成品炸药使用量。
4．3改进装药方式，提高装药自动化水平
现场混装乳化炸药由混装车运输原材料或半成品到现场(半成品无雷管感度)，混装车制备过程加入敏化剂，输药管将敏化后的半成品炸药输送到爆破孔内，5～10min后敏化完全，在孔内成为炸药(雷管感度还是较低，单个雷管无法起爆)，实现了机械化进行装药，效率高，劳动强度低，可以满足大规模爆破的要求。现场混装乳化炸药可以实现炮孔全耦合装药，提高了炮孔利用率，大大降低了大块率，极大地改善了爆破效果，保证了后续的挖装运输工作顺利开展。
在节理裂隙发育区将混装乳化炸药加工成直径比孔径稍小的长条形药包，用不渗水编织袋加工好，并封口，装入孔中，防止混装乳化炸药渗漏入裂隙(见图5)。如此可以从根本上降低成品炸药使用量，降低爆破成本。
4．4减小大块率。降低爆破成本
减少大块率的产生，是为了减少二次破碎的成本，有利于提高后续挖装效率，从而提高矿山的经济效益。降低大块率在一个可控范围之内，大块率过低，单耗增加，大块率过高，二次处理费用增加，统计分析每次爆破单耗及大块率情况，确定一个合理大块率范围及单耗。
确定合理大块率范围时，适当考虑增大挖运设备规格，增大大块率的临界直径，降低单耗，增加矿山整体经济效益。
4．5引用爆破高新技术，改善爆破质量
孔间微差爆破技术兼有孔间微差和排间微差两种微差破岩机理，该技术充分利用了微差爆破的优点。孔间和排间均存在补充破碎作用、残余应力作用和产生辅助自由面等。因此，先爆破孔不断地为相邻炮孔提供新的自由面，在多个自由面条件下，相互夹制作用相对减小，从而使炸药爆炸能量得到充分利用。
孔内孔间微差爆破技术除具有孔间微差爆破技术的所有优点外，还可保证炸药药柱合理分配，减小台阶上部大块，同时不管是上部先爆还是下部先爆，都会给后爆部分提供有效的补偿空间，减少大块，降低二次爆破处理费用。
4．6有效预防和控制事故，降低爆破成本
有效预防和控制事故，促进矿山安全生产形势稳定好转起着至关重要的作用。露天矿山爆破事故，主要是爆破飞石、空气冲击波等事故。控制合理单耗，对于二次处理(如孤石解炮、角陡孔、整平孔)做到装药精准合理，既达到爆破质量要求，也要力求安全。
5结论
裂隙岩体爆破技术对岩体的破坏作用主要是沿结构裂隙面及由其切割而成的结构体的某些方向发生、发展而形成的。在爆区设计过程中受现场客观条件限制，不能满足裂隙岩体爆破技术的相关要求时，盲日设计和施工将导致爆破质量得不到有效保证。所以，作为爆破技术人员，在爆区设计过程中，应充分了解设计部位的节理裂隙分布情况，尽可能地按裂隙岩体爆破技术要求进行布孔设计。
参考文献
[1]姜文成，滕建军．浅谈露天开采爆破成本控制[J]．黄金，2005，26(3)．
[2]于亚伦．工程爆破理论与技术[M]．北京：冶金工业出版社，2004．
[3]郭进平，聂兴信．新编爆破工程实用技术大全[M]．北京：光明日报出版社，2002．
[4]刘殿中．工程爆破实用手册[M]．北京：冶金工业出版社，1999．
[5]张国伟，韩勇，苟瑞君．爆破作用原理．北京：国防工业出版社，2006．
[6]张志呈，等．裂隙岩体爆破技术[M]．四川：四川科学技术出版社，1999．
[7]陈树林．节理裂隙对爆破质量的影响及对策[J]．矿业快报，2006．
摘自《中国爆破新进展》
