張松濤，李祥龍，黃永輝

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明　650093；2. 昆明理工大學(xué) 電力工程學(xué)院，云南 昆明　650093)

?

逐孔起爆和間隔裝藥技術(shù)在某礦山的應(yīng)用

張松濤1，李祥龍1，黃永輝2

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明650093；2. 昆明理工大學(xué) 電力工程學(xué)院，云南 昆明650093)

摘要：結(jié)合某石灰石礦的生產(chǎn)實(shí)踐，闡述了逐孔起爆和空氣間隔裝藥技術(shù)的作用原理和爆破參數(shù)的選擇。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：該礦采用中部空氣間隔裝藥技術(shù)后，可以顯著降低炸藥單耗，合理控制礦石粒度25~55 mm的比例，顯著提高了電鏟裝車效率，為其他相似礦山開(kāi)采提供參考。

關(guān)鍵詞：臺(tái)階深孔爆破；空氣間隔裝藥；炸藥單耗；大塊率

1礦山爆破概述

目前，我國(guó)礦山企業(yè)降低生產(chǎn)成本的重要途徑之一就是減少爆破作業(yè)的炸藥消耗。為了節(jié)省爆破成本，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了3種空氣間隔裝藥技術(shù)[1-3]，分別為徑向不耦合裝藥技術(shù)、中部空氣間隔裝藥技術(shù)和孔底空氣間隔裝藥技術(shù)。大量的礦山生產(chǎn)實(shí)踐表明，空氣間隔裝藥技術(shù)可以極大地改善爆破效果及巖渣堆積形態(tài)。

某石灰石礦屬于中型山坡露天開(kāi)采礦山，現(xiàn)年生產(chǎn)礦石200萬(wàn)t，采場(chǎng)臺(tái)階高度12 m，臺(tái)階坡面角70(°)，采用KQ-150型潛孔鉆機(jī)穿孔，孔徑為150 mm，傾角90(°)，采用4 m3電鏟鏟裝。礦段賦存于船山組地層，沿走向長(zhǎng)1 400 m，傾角25(°)~45(°)。礦石主要為微粒結(jié)構(gòu)，塊狀和條帶狀構(gòu)造,巖石普氏系數(shù)f=4~6。礦區(qū)外圍200~300 m有部分民房、高壓輸電線路等建筑物，環(huán)境條件較為復(fù)雜。礦山自投產(chǎn)以來(lái)，在裝藥上采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，這樣使得中下部裝藥量偏多，藥柱重心偏下，造成以下幾個(gè)問(wèn)題：

1) 底部粉碎嚴(yán)重，粉礦(0~70 mm)產(chǎn)量上升；

2) 孔口部位大塊較多，二次爆破量大；

3) 壓渣爆破時(shí)，爆堆高，表面大塊高懸，危及電鏟作業(yè)安全，電鏟移動(dòng)大塊時(shí)間長(zhǎng)，裝車效率下降；

4) 單位炸藥消耗量大，爆破成本高。

過(guò)去典型的深孔臺(tái)階爆破采用連續(xù)耦合裝藥技術(shù)，爆破后底部存在嚴(yán)重的大塊，而炮孔周圍巖石又過(guò)于粉碎，因此必須調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)，采用空氣間隔裝藥技術(shù)，既降低了爆炸應(yīng)力波的峰值壓力，又延長(zhǎng)了應(yīng)力的作用時(shí)間，從而保證了良好的爆破效果[4]。

2間隔裝藥技術(shù)應(yīng)用

2.1空氣間隔裝藥爆破機(jī)理

炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波在炮孔堵頭和炮孔底部發(fā)生反射形成應(yīng)力波，加上爆生氣體形成的應(yīng)力波共同作用于巖石。當(dāng)兩種應(yīng)力波疊加超過(guò)巖石的動(dòng)抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石的微裂隙將得到進(jìn)一步的擴(kuò)展。此后雖然爆生氣體壓力下降，但巖石受應(yīng)力波的反復(fù)作用時(shí)間延長(zhǎng)了2~5倍，極大地提高了巖石的破碎質(zhì)量。

2.2空氣間隔裝藥參數(shù)的確定

1) 臺(tái)階高度(H)

臺(tái)階高度是露天礦開(kāi)采重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，直接影響穿孔效率和鏟裝效率，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全因素，并結(jié)合礦山的實(shí)際生產(chǎn)情況，臺(tái)階高度確定為12 m。

2) 炮孔直徑和布置方式

礦山現(xiàn)有穿孔設(shè)備是KQ-150型潛孔鉆機(jī)，孔徑d=150 mm，垂直布孔。

3) 底盤(pán)抵抗線(W)

底盤(pán)抵抗線是影響露天礦深孔臺(tái)階爆破效果的一個(gè)重要參數(shù)，指炮孔底部中心至臺(tái)階坡底線的水平距離。底盤(pán)抵抗線過(guò)大會(huì)出現(xiàn)根底，過(guò)小會(huì)產(chǎn)生飛石造成安全事故?？砂唇?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

W=(25~45)d

式中d——炮孔直徑，150 mm。

根據(jù)鉆機(jī)安全作業(yè)條件校對(duì)：

W≥hcotα+B

式中B——從鉆孔中心至坡頂線的安全距離，取2.5 m。

經(jīng)上述公式計(jì)算和校對(duì)，取W=6.8 m。

4) 超深(h)

超深可以降低裝藥中心的位置，從而有利于克服底盤(pán)抵抗線的阻力。國(guó)內(nèi)礦山的超深值一般取孔徑的8~12倍，按耦合裝藥考慮，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取1.5 m，孔深L=13.5 m。

5) 孔距(a)和排距(b)

孔距是指同一排鉆孔中相鄰兩鉆孔的中心距?？拙嗪团啪喟聪率接?jì)算:

a=m×W

b=a×sin60

式中m——炮孔密集系數(shù)，取值通常大于1.0。

根據(jù)上面的公式計(jì)算得孔距a為7.5 m，排距b為6.5 m。

6) 填塞長(zhǎng)度(l)

工程實(shí)踐中一般取l=(16~32)d，l≥0.75W，取l=5.1 m。

7) 單孔裝藥量

采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)，每孔裝藥量為：

Q1=(L-L1)q=168 kg

式中L——孔深，13.5 m；

q——每米炮孔的裝藥量，實(shí)際取20 kg/m；

L1——連續(xù)裝藥時(shí)的填塞長(zhǎng)度，5.1 m。

采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)，每孔裝藥量為：

Q1=(L-L1-L2)q=148 kg

式中q——每米炮孔的裝藥量，實(shí)際取20 kg/m；

L1——間隔裝藥時(shí)的填塞長(zhǎng)度，4.6 m；

L2——間隔長(zhǎng)度，參考有關(guān)資料并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)確定，中部間隔長(zhǎng)度為1.5 m。

顯而易見(jiàn)，采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，每孔可減少裝藥量20 kg。

8) 間隔裝藥位置的確定

中部間隔通常設(shè)在裝藥高度的1/2~2/3處(自裝藥底端算起)。炮孔中間空氣間隔裝藥如圖1所示。

3逐孔起爆技術(shù)的應(yīng)用

3.1逐孔起爆技術(shù)的特點(diǎn)

逐孔起爆技術(shù)指的是處于相同爆區(qū)里的各排孔

1 填塞巖渣； 2 起爆藥包； 3 乳化炸藥； 4 空氣間隔器

按設(shè)計(jì)延期時(shí)間從起爆點(diǎn)依次爆破，而爆區(qū)內(nèi)的各排炮孔按另一設(shè)計(jì)延期時(shí)間由前排向后排依次傳爆。因此，爆區(qū)里相鄰各孔的起爆時(shí)間不同，其技術(shù)特點(diǎn)是：前爆孔為后爆孔增創(chuàng)一個(gè)自由面；爆炸應(yīng)力波經(jīng)自由面反射后加強(qiáng)了巖石的破碎；相鄰炮孔爆破后巖石再次碰撞，擠壓，形成二次破碎；同段爆破炸藥消耗減少，有效地降低了爆破振動(dòng)。

3.2微差間隔時(shí)間的確定

確定合理的毫秒延期間隔時(shí)間是實(shí)現(xiàn)毫秒爆破的關(guān)鍵。根據(jù)長(zhǎng)沙礦山研究院提出的經(jīng)驗(yàn)公式[5]：

△t=(20~40)W/f

式中f——巖石普氏系數(shù)，f=4~6；

W——底盤(pán)抵抗線，清除上一次爆破的爆堆后進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，W取實(shí)際抵抗線，W=6.8 m。

逐孔起爆技術(shù)的接力式網(wǎng)路中，主控排內(nèi)各相鄰孔間的延期時(shí)間為25 ms，主控列內(nèi)各相鄰孔間的延期時(shí)間為42 ms，孔內(nèi)均采用400 ms。逐孔起爆網(wǎng)路示意圖如下圖2所示，其敷設(shè)方法為：孔內(nèi)同段，地表分段。

1 起爆點(diǎn); 2 地表延期時(shí)間; 3 孔內(nèi)延期時(shí)間

先爆炮孔產(chǎn)生的個(gè)別飛散物可能會(huì)損壞中斷后續(xù)起爆網(wǎng)路，因此孔內(nèi)必須采用高段別毫秒延期雷管起爆，即孔內(nèi)雷管采用澳瑞凱生產(chǎn)的Exel系列長(zhǎng)延時(shí)導(dǎo)爆管雷管5段(延期時(shí)間400 ms)，繼而有效地避免了飛散物對(duì)爆破網(wǎng)路的破壞[6]。為了增強(qiáng)起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性，孔內(nèi)底部裝藥采用兩發(fā)Exel長(zhǎng)延時(shí)導(dǎo)爆管雷管并聯(lián)，孔內(nèi)上部裝藥可采用一發(fā)Exel長(zhǎng)延時(shí)導(dǎo)爆管雷管，地面導(dǎo)爆管連接起爆件(延遲時(shí)間為25，42 ms)起爆[7]。

4爆破試驗(yàn)效果

該礦山采石場(chǎng)運(yùn)用空氣間隔裝藥技術(shù)進(jìn)行深孔臺(tái)階爆破工業(yè)試驗(yàn)，通過(guò)一段時(shí)間的工業(yè)實(shí)踐表明，采用逐孔起爆和空氣間隔裝藥技術(shù)后的爆破效果較以往有了很大的改善。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1) 爆破振動(dòng)效應(yīng)降低。爆區(qū)附近的民房基本不受爆破振動(dòng)影響。

2) 爆破飛石距離減小。爆破作業(yè)時(shí)，充填長(zhǎng)度及充填質(zhì)量得到了保證，就能有效地控制飛散物距離。采區(qū)多次爆破作業(yè)均未發(fā)生飛石事故。

3) 大塊率降低，根底減少。中深孔臺(tái)階爆破的大塊率由以往的6%~8%降低至4%~5%，爆破后幾乎看不到根底，減輕了二次破碎大塊及處理根底的工作量。

4) 爆堆形態(tài)規(guī)整，碎巖塊度適中。粉礦量減少，其他品級(jí)產(chǎn)量上升，尤其是優(yōu)質(zhì)粒度25~55 mm產(chǎn)量提高。

5) 礦山現(xiàn)有WK-2型電鏟，斗容2 m3，配備TR30型自卸式卡車(載重28 t)，單斗裝載周期由35 s/斗降為27 s/斗，裝車周期從240 s/車減為210 s/車，電鏟作業(yè)效率得到提高。

6) 單位炸藥消耗量由以往的0.29 kg/m3減少到0.25 kg/m3，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

5結(jié)論

1) 露天礦臺(tái)階深孔中部間隔裝藥爆破及斜向起爆技術(shù)不但在理論上可改善爆破效果，而且在本次爆破工業(yè)試驗(yàn)中也證明了這一點(diǎn)。

2) 就石灰石礦而言，采用中部間隔裝藥技術(shù)可以顯著提高爆破后優(yōu)質(zhì)粒度25~55 mm的比例。

3) 該礦山采石場(chǎng)深孔臺(tái)階爆破采用空氣間隔裝藥技術(shù)后，單位炸藥單耗量由原先的0.29 kg/m3降低到0.25 kg/m3，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

4) 逐孔起爆技術(shù)和孔內(nèi)空氣間隔爆破技術(shù)在礦山開(kāi)采中的適應(yīng)性強(qiáng)，特別適合在大中型礦山推廣應(yīng)用。尤其對(duì)于周邊環(huán)境復(fù)雜的礦山，可以極大地降低爆破振動(dòng)和減少飛石危害。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃紹鈞. 工程爆破設(shè)計(jì)[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社, 1996: 91-100.

[2]鞠崇文, 嚴(yán)碧. 孔底間隔爆破技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 爆破, 1998, 3(1): 55-59.

[3]陳士海, 崔新壯. 水耦合裝藥與全耦合裝藥爆破效能討論[J]. 爆破, 1998, 6(2): 10-13.

[4]解治宇, 楊育. 采用分段間隔裝藥技術(shù)提高爆破質(zhì)量及降低采礦成本[J]. 礦業(yè)工程, 2003, 1(2): 40-41.

[5]汪旭光. 爆破設(shè)計(jì)與施工[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2012: 782.

[6]顏事龍, 向文. 提高非電起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)可靠性的途徑[J]. 爆破器材, 1998, 27(2): 27-29.

[7]彭可貴, 尚立翔. 非電起爆網(wǎng)路在東大山鐵礦的應(yīng)用實(shí)踐[J]. 甘肅冶金, 1994, (3): 44-46.

An Application of Hole-by-hole Blasting and Interval Charging Technique in a Mine

ZHANG Songtao1, LI Xianglong1, HUANG Yonghui2

(1.FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China；

2.FacultyofElectricPowerEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming,Yunnan650093,China)

Abstract:Based on the practical production of the limestone mine, hole-by-hole blasting and air-deck charge technology principle and the selection of blasting parameters are described. Industrial experiment results indicated that after the application of central air-deck charge technology in the mine, explosive consumption and block rate are released with ore-rock fragmentation controlled reasonable, excavator working efficiency improved, as is also a referrence to provide certain reference for other similar mining conditions of limestone mines.

Key words:Bench deep-hole blasting; Air-deck charge; Explosive consumption; Block rate

中圖分類號(hào)：TD235.33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.01.013

作者簡(jiǎn)介：張松濤(1990-)，男，江西鷹潭人，碩士研究生，研究方向：工程爆破，手機(jī)：18468022613，E-mail：blastly@163.com；通訊作者：李祥龍(1981-)，男，云南昆明人，副教授，研究方向：工程爆破，手機(jī)：13808731158，E-mail：lxl00014002@163.com.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51304087)

收稿日期：2015-09-21