考虑不同钻孔孔径的爆破成本预测模型_徐淼.pdf

考虑不同钻孔孔径的爆破成本预测模型徐淼，耿威，于忠滢(鞍钢矿业爆破有限公司，辽宁 鞍山 114046)摘要:针对矿山企业运营成本控制问题，开展露天矿台阶爆破成本预测模型研究。以辽宁某露天矿 3 个采区为研究对象，矿山采区岩层单轴抗压强度在 10180 MPa 时，对矿山每月爆破成本中各部分占比进行计算分析，计算矿山使用 6 种不同孔径(100、120、140、160、250、310 mm)的爆破成本，建立预测模型并应用于实际生产。结果表明，炸药成本与钻孔成本占爆破成本的 81%;孔径大小与单位爆破成本呈负相关;预测成本与实际成本误差为 9.3%，满足实际应用条件。爆破成本预测模型对提高矿山经济效益、降低矿山企业运营成本有借鉴意义。关键词:采矿工程;台阶爆破;爆破成本;单轴抗压强度;预测模型中图分类号:TD235文献标志码:A文章编号:16743970(2023)01001205收稿日期:20220809作者简介:徐淼(1990)，女，安徽淮北人，工程师，主要从事采矿工程工作。Email:loufumi87z 163com。引用格式:徐淼，耿威，于忠滢考虑不同钻孔孔径的爆破成本预测模型 J 煤矿爆破，2023，41(1):1216XU Miao，GENG Wei，YU Zhongying Blasting cost prediction model of different blasting hole sizeJ Coal MineBlasting，2023，41(1):1216Blasting cost prediction model of different blasting hole sizeXU Miao，GENG Wei，YU Zhongying(Angang Mining Blasting Co，Ltd，Anshan 114046，China)Abstract:In view of the difficulty in controlling the operation cost of mining enterprises，the research on the predictionmodel of bench blasting cost in openpit mine is carried out Taking three mining areas of an openpit mine in Liaoningprovince as the research object，the uniaxial compressive strength of rock strata in the blasting area is in the range of 10180 MPa，through calculating and analyzing the proportion of each part of the monthly blasting cost，the blasting cost of sixdifferent diameter holes(100 mm，120 mm，140 mm，160 mm，250 mm，310 mm)is calculated，and the prediction model isestablished and applied to actual production The results show that explosive and drilling cost accounts for 81%of theblasting cost，the bore hole diameter is negatively correlated with unit blasting cost，the error between the predicted costand the actual cost is 93%，and the prediction model meets the practical application conditions The prediction model canbe used for reference to improve the mine economic benefit and reduce the operating cost of mining enterprisesKey words:Mining engineering;bench blasting;blasting cost;uniaxial compressive strength;prediction model0引言矿山企业的核心问题是如何提高经济效益，成本预测是保持矿山企业正常运转的一个重要方面12。成本的控制大多是从减少浪费的角度出发，而成本的预测大多是从生产流程的角度出发34。露天矿开采主要生产工艺流程有钻爆、铲装、运输以及岩石的装卸与破碎。爆破是开采成本中的核心环节，且爆破成本约占整个开采成本的 20%56，因此，对爆破成本进行预测分析是必要的。21Vol.41 No.1Mar.2023Coal Mine Blasting第 41 卷第 1 期2023 年 3 月国内外学者对矿山企业效益研究已取得一定成果，莫金汕等7 通过合理的装药结构，达到控制爆破成本的目的。刘海波8 从成本管理体系、动态成本过程控制探讨爆破成本控制问题，对项目成本控制工作具有一定的借鉴意义。李超亮9 利用线性回归分析，建立露天矿综合成本模型，为矿山成本优化提供了指导作用。孙金龙等和姬长生等1011 应用灰关联分析法，找出影响矿山生产成本的主要因素，为提高矿山经济效益提供参考依据。李军12 通过数量经济学模型提供了分析矿山生产项目中的固定成本和可变成本的理论方法，对矿山降低采选生产成本具有理论指导意义。胡勇辉等13 提出利用 BP 神经网络对采矿成本预测与控制模型的方法，对爆破参数进行准确优化，为爆破开采参数优化设计提供了新思路。黄晓芸等14 综合考虑最低寿命周期成本和开采难度的影响，建立了基于最低寿命周期成本的露天矿开采量动态规划模型，反映了露天矿开采量在开采难度和寿命周期成本影响下的变化规律。目前，矿山企业提高经济效益大部分是从优化露天矿生产工艺或是优化爆破参数入手，实现成本控制，而关于露天矿实际成本数据的研究相对较少。针对上述不足，对露天矿台阶爆破成本预测模型展开研究，通过实际的成本数据确定台阶爆破成本中炸药成本与钻孔成本所占比值，并开展不同孔径对实际爆破成本影响的研究，建立相应预测模型。1数据收集目前，国内部分矿山面临着采场生产成本过高的问题，尤其是在疫情冲击下，市场形势不容乐观。对矿山企业而言，降低运营成本至关重要，爆破成本在采矿成本中占比较大，因此，对爆破成本数据进行分析有助于企业成本控制。1.1爆破成本数据收集露天矿爆破作业成本中包括钻孔成本、炸药成本、人工成本，以及爆破材料的运输费、储存费和管理费等，其中，钻孔成本与炸药成本占比较大，因此，主要考虑钻孔成本与炸药成本。爆破总成本表示为:C=(C1+C2)a(1)式中:C1为炸药成本，元;C2为钻孔成本，元;C 为当次爆破总成本，元;a 为常数。将爆破成本转化为单位爆破成本，则:PC=(PASA+PDSD)a(2)式中:PA为每千克炸药成本，元/kg;PD为每米钻孔成本，元/m;SA为铵油炸药单耗，kg/m3;SD为每立方米钻孔深度，m/m3;PC为每立方米爆破成本，元/m3。收集辽宁某露天矿生产月报，整理得出矿山的每月炸药消耗量、总钻孔长度、爆破方量、炸药成本、钻孔成本以及爆破总成本(图 1)，进而得到单位爆破成本以及 a 的值(图 2)。图 1爆破成本与爆破方量图 2单位爆破成本与 a 值每月单位爆破成本在 2.97 3.49 元浮动，造成浮动的可能原因为:采区岩层不同的单轴抗压强度导致钻孔成本与装药量不同;爆破效果差时，往往需要进行二次爆破导致爆破成本升高;矿山冬季形成的冻土与冻土融化后炮孔排水。通过图 2 确定钻孔成本及炸药成本占比为81%，a 值为 1.24，则式(1)、式(2)表示为:C1+C2=0.81C(3)31第 41 卷第 1 期2023 年 3 月Coal Mine BlastingVol.41 No.1Mar.2023PC=1.24(PASC+PDSD)(4)1.2不同孔径下爆破参数当量计算爆破时不同孔径会影响爆破参数的选定，钻孔成本与炸药成本也受到影响，因此，需要分析计算爆破参数与不同孔径的比值与当量，以便进行后续计算。在露天矿爆破设计中，爆破参数里的抵抗线、孔间距、堵塞长度、超深对单位钻孔长度以及炸药单耗的选定有着直接影响15，因此，选用这 4 个爆破参数进行当量计算。从爆破数据库中收集单轴抗压强度在 1070 MPa 及 70120 MPa，炮孔直径与爆破参数之间的比值1617，具体数据见表 1。表 1爆破参数与孔径的几何参数比值几何参数比值单轴抗压强度为 1070 MPa单轴抗压强度为 70120 MPa最小最大平均最小最大平均抵抗线 孔径/(m mm)0.0330.0430.0380.030.0420.036孔间距 孔径/(m mm)0.0490.0500.0490.0410.0490.045堵塞长度 孔径/(m mm)0.0340.0360.0350.0320.0340.033超深 孔径/(m mm)0.0090.0110.010.0110.0130.012经走访调查本地几个矿山企业，使用的孔径共有6 种:100、120、140、160、250、310 mm。选取 140 mm 孔径为例进行当量计算，见表2，当量为与特定数值相当的量，其余孔径计算方法相同。表 2不同单轴抗压强度、孔径为 140 mm 时的爆破参数单轴抗压强度/MPa爆破参数类型UCS=1070 时几何参数比值孔径为 140 mm 当量1070抵抗线/m抵抗线/孔径=0.0385.32孔间距/m孔间距/孔径=0.0496.86堵塞长度/m堵塞长度/孔径=0.0354.90超深/m超深/孔径=0.0101.4070120抵抗线/m抵抗线/孔径=0.0365.04孔间距/m孔间距/孔径=0.0456.30堵塞长度/m堵塞长度/孔径=0.0334.62超深/m超深/孔径=0.0121.68由表可得，孔径为 140 mm，单轴抗压强度为1070 MPa时，抵抗线、孔间距、堵塞长度、超深的当量分别为 5.32、6.86、4.90、1.40，且抵抗线、孔间距、堵塞长度当量随着单轴抗压强度增加而减少，超深随着单轴抗压强度增加而增加。2数学模型2.1不同孔径下的单位爆破成本计算基于爆破数据库，计算不同孔径下抵抗线、孔间距、堵塞长度、炸药单耗的当量，通过这 4 个爆破参数计算出不同孔径下的炸药单耗与单位钻孔长度，根据式(3)、式(4)即可估算出该孔径下的单位爆破成本与爆破总成本(图 3、图 4)。图3单轴抗压强度为1070 MPa 时不同孔径下爆破成本41Vol.41 No.1Mar.2023Coal Mine Blasting第 41 卷第 1 期2023 年 3 月图4单轴抗压强度为70120 MPa 时不同孔径下爆破成本在单轴抗压强度为 1070 MPa 时，6 种不同钻孔孔径的炸药单耗随着孔径的增大呈线性下降，单位钻孔深度与单位爆破成本随着孔径的增大呈指数下降，且三者与单轴抗压强度呈正相关。2.2建立爆破成本数学模型对数据拟合致收敛，得到钻孔孔径与炸药单耗及单位钻孔长度之间的数学模型，如图5、图6 所示。图 51070 MPa 时炸药单耗、单位钻孔长度与孔径关系单轴抗压强度为 10 70 MPa，孔径与炸药单耗、单位钻孔长度之间的函数关系为:y=0.811 5x+0.500 6(2=0.999 1)(5)y=6.866x1.845 3(2=0.998 7)(6)2是度量拟合优度的相关系数，2值越接近1，数据与拟合函数之间的拟合优度越高，上述函数2均大于