摘要

　　把采场爆破与地下破碎两个重要的采矿作业环节合二为一，从而消除专门的地下破碎站环节，实现地下爆破破碎大统一，是几代矿业人的梦想。本文介绍采场爆破设计和落矿块度优化相结合的爆破破碎大统一最新技术;通过使用创新的爆破设计模型，综合考虑矿岩特性、爆炸模型和压力波反射等因素，使爆破落矿的矿石块度可以满足装载运输的要求，降低甚至消除对地下破碎环节的依赖;同时还降低矿石损失贫化率，控制采场围岩破碎;是提高矿山安全生产效率、实现矿业绿色低碳发展的战略性创新技术。

　　一、简 介

　　采场爆破是地下矿山生产的特别关键的环节，落矿块度直接影响二次破碎、出矿放矿、矿石装载和运输等地下矿山的重要生产环节，爆破质量对于矿石损失贫化、能源消耗等技术经济指标控制以及采场巷道及围岩管理、地下矿山安全和环境保护等具有重大意义。采场爆破破碎对提高矿山生产效率、降低生产成本起到至关重要的作用。

　　图 神盾软件界面

　　本文介绍加拿大爱锐(iRing)公司的采场爆破设计和落矿块度优化技术神盾软件。这套技术软件使用了创新的爆破设计模型，综合考虑矿岩特性、药包爆炸模型和压力波反射等因素，使爆破落矿的矿石块度分布可以满足装载运输的要求，甚至消除对地下破碎站的依赖，从而把爆破与破碎两个生产环节合二为一，实现爆破破碎大统一;爆破质量的提高，可以帮助降低矿石损失贫化率，控制采场围岩破碎，在提高生产效率和安全方面发挥显著作用。神盾技术软件是国际最先进的地下矿山爆破分析优化解决方案，已经在世界各地矿山得到成功应用。

　　大家知道，合理的地下开采爆破设计，应当考虑爆炸能量分布与复杂矿体中扇形炮孔设计之间的相互影响。矿山技术人员使用神盾软件，可以方便快速地了解扇形炮孔设计中炸药性能、矿岩参数和环形爆破应力之间的相互作用关系，从而得出优化的炮孔设计方案。

　　神盾正是通过综合考虑炸药爆炸能量和矿岩应力分布，达到最佳落矿块度分布;其终极目标是消除地下爆破站环节。

　　二、技术目标

　　地下爆破设计优化分析技术——神盾软件的功能如下：

　　l 爆破设计自动化

　　根据用户输入参数，自动运行设计流程，可提供符合现场施工标准的爆破设计。

　　l 多场景比选

　　快速生成多个不同的爆破设计方案，用于评估爆破成本、矿石贫化率和爆破效果(块度等)的差异，进而选取最优的设计方案。

　　l 爆破分析和改进

　　神盾分析模块提供多种爆破效果模拟分析工具，以改善爆破效果，降低生产成本。

　　l 兼容性强

　　可直接使用通用地质评估软件以及采矿设计软件的成果数据。

　　神盾应用优势如下：

　　l 根据用户定义的钻孔和爆破参数，在几秒钟内自动完成整个采场的爆破设计。卓越的操作灵活性，使用户可以轻松调整整个采场、几个或单个炮孔布置和装药量，以满足用户实际需求。

　　l 根据用户定义的钻孔和爆破参数，在几秒钟内自动完成整个采场的爆破设计。卓越的操作灵活性，使用户可以轻松调整整个采场、几个或单个炮孔布置和装药量，以满足用户实际需求。

　　l 支持切割槽、天井的设计排序，合并到爆破设计中。

　　l 支持切割槽、天井的设计排序，合并到爆破设计中。

　　l 支持 IREDES 协议将爆破设计成果数据直接传输到兼容的钻机中用于凿岩作业。

　　l 支持 IREDES 协议将爆破设计成果数据直接传输到兼容的钻机中用于凿岩作业。

　　三、应用案例

　　下面以加拿大黄金公司旗下埃莱奥诺雷金矿金矿以及智利一家矿山为例，介绍神盾技术应用优势。

　　埃莱奥诺雷金矿采用神盾技术前后的实际爆破效果对比见下图：

　　这张采场现场照片，显示没使用神盾技术之前，下向中深孔爆破后的顶部爆破巷道破碎情况。由于炮孔布置过密，巷道的支护破碎情况明显，下部爆破范围远远超出矿体边界。

　　埃莱奥诺雷金矿在爱锐公司技术咨询专家的协助下，使用神盾技术软件对采场进行广泛的成本分析和性能分析， 大大地减少了对地下破碎机的依赖，降低地下破碎站的运营成本，为实现消除地下破碎站的终极目标打下良好的基础。

　　这张采场现场照片，显示使用神盾技术软件进行设计之后的爆破效果：窄矿脉几乎完全没有损失——损失率小，围岩废石混入很少——贫化率小，对上部巷道支护几乎没有造成破碎——围岩破碎小。

　　埃莱奥诺雷金矿采场生产参数指标如下：

　　l 采场地质矿量：15699吨

　　l 传统方案贫化率：9%，预计采出总量：17269 吨

　　l 神盾技术方案实际采出矿量：15668吨

　　l 实际矿量与采出矿量之比相差 ≈ 0.2%

　　采场三维激光扫描数据可视效果对比

　　神盾将炸药爆破能量分为两部分，并进行量化：

　　l 爆炸冲击破碎;

　　l 爆炸气体膨胀导致矿石进一步破碎以便于装载。

　　由于炸药爆炸产生的冲击波在遇到自由面会被反弹回来，对矿体造成拉伸破碎导致进一步破裂。通过对已知的矿岩条件和炸药性能，矿山工程师可以精心选择炮孔距离和抵抗线距离，使得落矿块度可以得到最大程度的优化。我们可以针对不同矿岩条件、不同炸药的创建炮孔设计参数对应表，保证在不同的情况下一次就能得到理想矿石块度分布效果。

　　加拿大埃莱奥诺雷金矿的当务之急，是防止爆破对矿体上下盘围岩造成破碎，并且把矿石贫化率控制在10%以内。如果没有地下破碎站，那就要求矿石块度必须控制在400毫米以下，这是棒条给料机的进料允许尺寸。工程师根据具体的矿岩条件、炸药类型，得出最佳抵抗线和炮孔间距。根据采场的两次爆炸作业结果，发现落矿块度非常合适，完全满足扒矿和装矿的要求，极大地降低了地下破碎成本，并且矿石贫化率控制在10%以下。

　　智利矿山使用神盾技术软件，在二十分钟内就能快速得到针对铵油炸药的炮孔设计方案，并估算出合适的矿石块度分布，以及矿石损失贫化率。

　　矿业公司使用神盾块度分析模块，大大降低了爆破设计和优化成本，提高设计速度。还可以比较不同炸药产品的在具体矿山的使用成本和使用效果。目前这个软件在世界各地的不同矿山得到成功应用。

　　爱锐(iRing)公司副总裁Troy Williams于2019年参加了在杭州召开的全国矿山爆破技术交流会，向广大中国同行介绍了神盾爆破设计和分析软件的功能以及在世界其他国家的地下矿山的使用情况。

　　爱锐(iRing)公司副总裁 Troy Williams在2019年全国矿山爆破技术交流会(杭州)作关于地下矿山爆破设计优化分析技术报告。

　　作者简介

　　孟丹，天河道云(北京)科技有限公司首席科学家兼副总经理，中国矿业信息化协同创新北京市工程研究中心专家，加拿大北方先进矿业技术中心执行主任兼首席咨询顾问。