近年来，受中国经济转型、增速下滑的影响，我国铁矿资源需求增速逐步趋缓［1-2］，而国际铁矿石产量不断扩大，全球铁矿石的供应仍处于增长阶段，从而导致铁矿石价格迅速下跌，一度跌至50美元/t以下。由于我国铁矿石生产成本较高，铁矿石价格的急剧下跌给我国铁矿开采企业带来了极大的打击。
有效降低采矿成本，提高竞争力已成为我国铁矿开采企业的当务之急。爆破作业作为露天铁矿开采的重要工序，对采矿成本具有较大的影响，提高爆破效果是降低露天铁矿采矿成本的有效途径。
1爆破与采矿成本的关系
我国露天铁矿开采成本中与爆破参数相关的工序主要包括穿孔、爆破、铲装、运输、破碎。根据相关资料分析，各工序成本所占的比例为:穿孔及爆破约占20%、铲装约占15%、运输约占30%，破碎约占25%、其他约占10%［3］。
露天爆破作业一般采用松动爆破，利用炸药爆炸产生的能量将矿岩松动和破碎，并将矿岩向台阶坡面方向抛掷，形成一定形状的爆堆，为后续的铲装工序提供条件。爆破作为露天开采的重要工序，爆破效果的好坏直接影响后续铲装、运输、粗破碎等工序的效率和成本。矿岩爆破破碎块度均匀、无根底，能提高铲装、运输设备的生产效率，同时又能够避免二次破碎大块、处理根底的费用，降低成本。
露天铁矿采矿成本与爆破质量的好坏存在相关性，而爆破质量可以通过爆破大块率反映。爆破大块率过大，破碎、铲装、运输成本高，采矿总成本也相应较高;而随着大块率减小，破碎、铲装、运输成本以及总成本会降低;大块率继续减小，虽然破碎、铲装、运输成本会降低，但由于爆破成本的显著增加会导致总成本的增加。因此，露天铁矿开采中存在合理的爆破参数，使采矿开采成本最低。
中钢集团马鞍山矿山研究院提出的爆破优化，是指在保证穿孔、爆破、装运及粗破碎等工序总成本最小的前提下，在满足矿山某些特殊要求的条件下，寻找最优爆破参数。如果片面地追求爆破成本最低，可能会导致铲装成本、破碎成本甚至选矿成本的增加。因此，降低露天铁矿开采成本不仅要降低爆破成本，还应考虑其它各项工序成本，通过获得良好的爆破质量，使各工序成本之和最低。
2爆破质量影响因素
影响露天矿爆破质量的因素主要包括爆区地质构造、矿岩力学特性、炸药性能、爆破技术以及工艺参数、爆破施工管理等方面。
(1)爆区地质构造。矿岩中结构面会对爆炸能量的分布产生影响，从而影响矿岩破碎块度。矿岩内节理裂隙发育，炸药爆炸能量会先使节理裂隙断裂，爆炸能量过早通过节理裂隙逸出，易产生大块和根底。
(2)矿岩力学特性。矿岩的抗拉、抗压强度特性直接影响爆破效果。矿岩抗拉、抗压强度越大，矿岩破碎所需的能量也就越大，同时爆破大块也就越多，也易出现根底。此外爆破时，硬岩、软岩分界面容易形成大块。
(3)炸药性能。炸药的爆速、猛度、作功能力、殉爆距离、密度以及抗水性能性能直接影响爆破效果。炸药的爆速、爆热、密度等影响爆炸冲击波及应力波的峰值压力、作用时间等，进而影响炸药爆炸能量利用率［4］。
(4)爆破工艺以及技术参数。爆破参数主要包括前排底盘抵抗线、孔距、排距、单耗、装药结构、起爆顺序等。孔网参数(孔距、排距等)过大而炮孔直径较小，将导致炸药单耗过小，容易产生大块和根底;连续装药结构装药重心低，爆破时在台阶上部容易产生大块;露天台阶爆破中自由面越多爆破质量越高，起爆顺序能够通过影响爆破自由面的数目影响爆破质量。
(5)爆破施工质量。钻孔、装药、炮孔填塞等施工质量的好坏也会影响爆破质量。钻孔精度不足，如钻孔位置、倾角不合理，孔深不够等容易导致大块、根底的产生;炮孔填塞质量差则容易造成“冲炮”，导致炸药爆炸能量利用率低，大块率高等问题。
3和尚桥铁矿改善爆破质量的技术措施
和尚桥铁矿为凹陷开采，年采剥总量1500万t，采用潜孔钻机穿孔，孔径200mm。目前已开采至－60m水平。矿体主要为磁铁矿，矿石普氏系数为10～15，裂隙较发育，围岩主要为闪长玢岩，普氏系数8～10，裂隙较发育。矿山浅部矿体及围岩较破碎，深部矿体和围岩坚硬，且节理裂隙较发育。采用袋装乳化炸药和奥瑞凯高精度雷管爆破。为改善该矿深部含水矿体和围岩的爆破效果，进行了以下爆破技术试验。
3．1小抵抗线爆破技术
通过中钢集团马鞍山矿山研究院在马钢南山铁矿进行的水泥砂浆模型正向爆破漏斗试验(砂浆模型为80cm×80cm×80cm，试验药量1g)发现，随着炸药埋深由浅到深，直到最佳药深5．5cm时，破碎度K50(指筛下粒级重量达到50%时筛网的尺寸，cm)也随着爆破体积增加逐渐增大，并在最佳药深时达到最大值4．9。爆破体积最大时，K50也是最大，这说明爆破体积虽然最大，但其破碎效果差，大块率高。通过现场爆破漏斗试验，确定矿山合理的破碎抵抗线应为最大体积时抵抗线的0．6～0．8倍。
通过现场试验，最终确定该矿排距5．5m，孔距8．0m，排距约为前排抵抗线的0．7～0．75倍，与现场爆破漏斗试验结果一致。该技术应用后，大幅改善了矿山的爆破效果，降低了大块率，增加了铲装效率。
3．2水力增压爆破技术
矿山台阶高度12m，一般填塞长度6m，台阶上半部炮孔没有装填炸药，炸药全部集中到下半部台阶，造成台阶下半部分尽管爆堆较紧密，但粉矿率较高，而台阶上半部大块较多的现象。水力增压爆破技术，在炮孔炸药上部设置一定高度的水柱传递并增加传入岩体炸药爆轰能量，水柱和上部填塞岩屑之间设置约3kg药量的超前压塞药包［5］。爆破时，超前压塞药包提前25ms起爆，将填塞岩屑预压实以增加填塞强度，然后主药柱开始起爆，这时炸药能量通过上部水柱传递给台阶上部岩石，达到提高爆炸能量利用率、改善台阶上部块度组成分布的效果。爆破结构示意见图1。
现场试验确定水力增压爆破水柱高度1．5～2．0m，填塞高度5．5～6．5m(含水柱高)，上部填塞岩屑2．5～4．5m。炮孔内含水时，可充分利用炮孔内的水，在预留水柱高度设置定位挡板(定位挡板上设置超前压塞药包)，并用定位绳在孔口固定。该技术在现场应用表明:①延米爆破量提高了10．86%，爆破破碎块度均匀;②通过加强填塞药包，提高了填塞强度，有效保证了填塞效果，未出现冲孔现象;③水力增压爆破比常规爆破的大块率降低45%，大幅提高了炸药能量利用率。
3．3短微差逐孔起爆技术
该技术利用先爆孔给邻孔产生新的自由面及发育的短裂隙，降低台阶底部的夹制作用，避免根底的产生，能较好地控制爆堆形状，使爆破质量得以改善，同时，由于减小了最大段药量(即单孔药量)，可有效降低爆破振动危害［6］。根据中钢集团马鞍山矿山研究院在马钢南山铁矿对顺序爆破振动和微差时间的关系对比测试，并结合波形分析，得出合理微差时间为20～30ms。矿山生产爆破器材雷管采用奥瑞凯25，42ms延期高精度导爆管雷管，相邻两孔微差时间为25～17ms。短微差逐孔起爆技术应用后，改善了爆破效果，大幅降低了爆破振动对边坡及周围居民的影响。
3．4含水炮孔炸药稳定传爆改进措施
炮孔内含水，加之矿体及围岩较为风化，在装药过程中易出现装药不连续，导致根底。为此，在孔内设置一根导爆索，其中1发雷管与导爆索连接，解决了水孔装药不连续、出现残药的问题。
4结论
针对和尚桥铁矿现状，提出了采用小抵抗线爆破技术、水力增压爆破技术、短微差逐孔起爆技术和含水炮孔炸药稳定传爆改进措施等。通过现场实践，大幅降低了大块率和根底，改善爆破效果，提高了铲装和粗破碎效率，大幅降低了爆破振动，降低了矿山生产成本，取得了较好的经济效益和社会效益。
参考文献
［1］张艳飞，陈其慎，王高尚．中国钢铁产业合理产能分析［J］．中国矿业，2014，23(6):54-58．
［2］张艳飞．中国钢铁产业区域布局调整研究［D］．北京:中国地质科学院，2014．
［3］万德林．露天矿爆破效果对铲装效率及生产成本的影响［J］．世界采矿快报，2000，16(9):317-319．
［4］赖应得．论炸药和岩石的能量匹配［J］．工程爆破，1995(2):22-26．
［5］刘为洲，袁英杰，张西良，等．水力增压爆破试验［J］．工程爆破，2014(2):10-13．
［6］刘为洲．南山矿凹山采场减震爆破试验研究［J］．金属矿山，2004(6):22-23．
文章作者：袁英杰；马钢( 集团) 控股有限公司南山矿业公司；
文章来源：《现代矿业》；2016.7；
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