郭維揚(yáng)，張喜梅，董國林，韓貞陶，張智軍，田小寶

(1.山東圣世達(dá)化工有限責(zé)任公司，山東 淄博 255200；2.澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司，山東 威海 264207)

逐孔起爆技術(shù)在廣信青洲水泥礦山的應(yīng)用與分析

郭維揚(yáng)1，張喜梅2，董國林1，韓貞陶1，張智軍2，田小寶2

(1.山東圣世達(dá)化工有限責(zé)任公司，山東 淄博 255200；2.澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司，山東 威海 264207)

摘要：廣信青洲水泥礦山現(xiàn)有爆破方式存在爆破振動(dòng)大，爆堆挖掘效率低，及礦石破碎環(huán)節(jié)電耗高等問題。引入了高精度導(dǎo)爆管雷管實(shí)現(xiàn)逐孔起爆方式，對(duì)現(xiàn)有起爆方式進(jìn)行升級(jí)改造。在爆區(qū)設(shè)計(jì)中，引入了三維激光掃描儀對(duì)爆區(qū)進(jìn)行了整體優(yōu)化，以控制前排最小抵抗線及爆區(qū)內(nèi)等時(shí)線均勻度。通過類似爆區(qū)肩并肩的對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)行了爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，統(tǒng)計(jì)并分析了挖掘機(jī)裝車效率及礦石破碎站數(shù)據(jù)，證實(shí)了逐孔起爆技術(shù)應(yīng)用于石灰?guī)r礦山臺(tái)階爆破的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。與現(xiàn)有普通導(dǎo)爆管起爆方式相比，可以降低爆破振動(dòng)約30%～40%；爆堆塊度更加均勻，大塊率更低，爆堆鏟裝效率提高約15%，減少了車輛的無效等待時(shí)間；破碎站電耗平均下降了約5% 。

關(guān)鍵詞：逐孔起爆；爆破振動(dòng)；鏟裝效率；電耗

廣東廣信青洲水泥有限公司位于廣東省云浮市云安縣六都鎮(zhèn)，是香港“長(zhǎng)江基建集團(tuán)”下屬全資子公司“青洲英坭(集團(tuán))有限公司” 獨(dú)資的水泥企業(yè)，目前擁有一條日產(chǎn)2000t和兩條4500t水泥熟料生產(chǎn)線。礦山年計(jì)劃石灰石開采量380萬t，落礦方式為露天臺(tái)階深孔爆破，輪式礦車運(yùn)送礦石。隨著廣東廣信青洲水泥有限公司石灰石礦山安全管理水平的發(fā)展要求、周邊環(huán)境的變化以及綜合成本精細(xì)化控制的趨勢(shì)，對(duì)爆破技術(shù)提出了更高的要求，之前使用的電雷管-非電雷導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足礦山生產(chǎn)需要，引入高精度導(dǎo)爆管雷管及逐孔起爆技術(shù)優(yōu)化爆破效果，成為了迫切的需求。

1礦山現(xiàn)狀及存在問題分析

1.1現(xiàn)有爆破參數(shù)

礦山主要巖性為石灰?guī)r，裂隙中等發(fā)育，中等硬度，可爆性好。通常每月爆破作業(yè)15次左右，由于礦山離周邊居民區(qū)較近，為控制爆破振動(dòng)，每次爆破藥量控制在5.5t以下。臺(tái)階設(shè)計(jì)高度15m，穿孔采用Φ115mm和Φ150mm兩種孔徑的鉆機(jī)；Φ115mm孔徑孔網(wǎng)參數(shù)4m×4m，Φ150mm孔徑孔網(wǎng)參數(shù)6m×4m；主爆藥采用包裝乳化炸藥或膨化硝銨炸藥；起爆系統(tǒng)為孔內(nèi)7段普通導(dǎo)爆管雷管，孔外1～6段電雷管實(shí)現(xiàn)多孔簇連排間斜線微差起爆方式。

1.2存在的問題分析

1)爆破振動(dòng)偏大。礦山距離村莊較近，最近處不足300m，因此對(duì)爆破振動(dòng)控制有著較高的要求?，F(xiàn)有的起爆方式一般為3～5個(gè)炮孔同段起爆，同時(shí)起爆藥量較大、爆破振動(dòng)及沖擊波較高，不利于保護(hù)周邊民房及礦山自有構(gòu)筑物設(shè)施安全。

2)爆破塊度不理想。普通非電導(dǎo)爆管雷管由于延期精度不夠，易發(fā)生跳段串段，延期時(shí)間離散度較大，易造成起爆順序紊亂，或孔間延期時(shí)間不合理，導(dǎo)致爆區(qū)形狀不規(guī)則起伏，爆堆松散度不好，總體大塊率偏高。造成的后果是影響了爆堆鏟裝效率及磨礦成本，在采礦場(chǎng)往往能看到運(yùn)輸車輛排隊(duì)等鏟的情況發(fā)生。設(shè)備匹配不一致是一種嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。解決問題的方法是要么再購置新電鏟以提高挖掘能力；要么是優(yōu)化爆破效果以提高現(xiàn)有設(shè)備的鏟裝效率。

大塊率偏高也嚴(yán)重影響了后續(xù)工藝，處理大塊的破碎錘也極大地增加了成本支出。同時(shí)，整體爆破塊度偏大影響了后續(xù)的礦石破碎成本，增加了破碎站的電能消耗并影響了產(chǎn)量。

另外，普通導(dǎo)爆管雷管和電雷管質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為3‰的拒爆率，安全性能不穩(wěn)定性，易受雜散電流影響給礦山生產(chǎn)帶來了較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2逐孔起爆技術(shù)優(yōu)勢(shì)

為了解決以上問題，廣信青洲水泥有限公司礦山引進(jìn)了澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管雷管及逐孔起爆技術(shù)用于生產(chǎn)爆破試驗(yàn)。

逐孔起爆技術(shù)在國內(nèi)外礦山中深孔臺(tái)階爆破已經(jīng)有多個(gè)成功的使用案例，其技術(shù)核心是依靠高精度導(dǎo)爆管雷管的精確延時(shí)及孔內(nèi)管和地表管的合理延期時(shí)間組合，使得爆區(qū)內(nèi)處于同一排的炮孔按照設(shè)計(jì)好的延期時(shí)間從起爆點(diǎn)依次起爆，同時(shí)爆區(qū)排間炮孔按另一延期時(shí)間序列依次向后排傳爆，從而使爆區(qū)相鄰炮孔的起爆時(shí)間相互錯(cuò)開；使每個(gè)炮孔從起爆點(diǎn)開始，在空間和時(shí)間上按照設(shè)計(jì)好的起爆順序安全單獨(dú)起爆。根據(jù)逐孔起爆的爆破過程，逐孔起爆技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：先爆炮孔為后爆炮孔多創(chuàng)造一個(gè)自由面；爆炸應(yīng)力波靠自由面充分反射，加強(qiáng)巖石破碎；相鄰炮孔相互碰撞，擠壓增強(qiáng)巖石二次破碎；同段爆破藥量小，可減小爆破震動(dòng)[1]。

圖1　逐孔爆破起爆順序示意圖

圖2　炮孔起爆瞬間已生成兩個(gè)動(dòng)態(tài)自由面

3對(duì)比試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

3.1試驗(yàn)階段與步驟

自2014年12月19日至2015年4月18日，在礦山各采區(qū)平臺(tái)全面進(jìn)行了高精度導(dǎo)爆管雷管逐孔起爆技術(shù)試驗(yàn)。第一階段，保持礦山原有爆破參數(shù)不變，僅替換起爆器材為高精度導(dǎo)爆管雷管，驗(yàn)證爆破效果及鏟裝效率。Φ115mm孔網(wǎng)參數(shù)4m×4m；Φ150mm孔徑孔網(wǎng)參數(shù)6m×4m，炸藥使用膨化硝銨炸藥，2#石乳化炸藥作為起爆藥包?？變?nèi)管采用375ms和400ms，地表管控制排采用17ms、25ms和雁行列42ms、65ms。

自2015年1月19日以后，根據(jù)前期的試驗(yàn)效果，重新校核與調(diào)整了爆破參數(shù)。在保證爆破效果的前提下，使得穿爆成本有所降低。新的爆破參數(shù)為：Φ115mm孔網(wǎng)參數(shù)4.5m×4m；Φ150mm孔徑孔網(wǎng)參數(shù)6m×4.5m，其他條件保持不變。同時(shí)，使用了三維激光掃描儀對(duì)爆區(qū)臺(tái)階地形進(jìn)行了掃描，與Shotplus爆破設(shè)計(jì)軟件結(jié)合，生成三維爆破設(shè)計(jì)模型。圖3為設(shè)計(jì)優(yōu)化過程圖。

經(jīng)過了4個(gè)多月的試驗(yàn)，調(diào)整，各區(qū)域爆破參數(shù)基本得到穩(wěn)定，同時(shí)爆破效果得到了明顯改善。爆堆形狀及沉降溝控制非常理想，利于挖掘設(shè)備作業(yè)；地表漂浮的大塊也顯著的減少了。

3.2對(duì)比數(shù)據(jù)分析

3.2.1鏟裝效率

為了驗(yàn)證爆破效果，對(duì)挖掘機(jī)的裝車效率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。平均的裝車時(shí)間是一個(gè)衡量爆堆松散度、可挖掘性的重要指標(biāo)。2014年12月21號(hào)開始鏟裝到了澳瑞凱高精度管爆破的爆堆，也就是說在12月份的統(tǒng)計(jì)是混合的數(shù)據(jù)，既有原有爆堆，也有試驗(yàn)區(qū)的爆堆，從1月份以后挖掘的都是逐孔起爆的試驗(yàn)爆堆。

圖3　激光掃描儀結(jié)合Shotplus優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)

按照統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從1月份以后，平均裝車下降了約20%，約48s。以往的平均裝車時(shí)間約3′40″，現(xiàn)在則可控制在3′以內(nèi)。圖4為滾動(dòng)12個(gè)月的裝車時(shí)間柱狀圖。

3.2.2破碎能耗

為進(jìn)一步佐證逐孔起爆的破碎效果，同時(shí)對(duì)礦山破碎站的電能消耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。圖5為滾動(dòng)12個(gè)月的破碎站電能消耗柱狀圖。按照統(tǒng)計(jì)結(jié)果，自1月份以來的破碎電能消耗也有所降低，平均降低約5%以上，間接證實(shí)了試驗(yàn)爆區(qū)的巖石粒度級(jí)配也更加優(yōu)化，利于降低電能消耗。

圖4　卡特773E礦車裝車時(shí)間圖

圖5　滾動(dòng)12個(gè)月破碎站電耗

3.2.3穿爆直接成本

在改善爆破效果，提高鏟裝效率，及磨礦電耗的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，使得單孔負(fù)擔(dān)面積擴(kuò)大，可以進(jìn)一步降低炸藥單耗及延米爆量。選取了兩組爆區(qū)實(shí)際數(shù)據(jù)比較，見表1。

4爆破振動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)

以爆破的方式破碎巖石的過程是一個(gè)能量釋放的過程。應(yīng)力波的反射、拉抻作用使得巖石得以破碎，同時(shí)多余能量也會(huì)沿著大地向遠(yuǎn)處傳播，對(duì)附近的建筑物、人員及設(shè)備產(chǎn)生危害。這就是爆破的振動(dòng)效應(yīng)，與飛石、沖擊波、有毒氣體、炮煙一起，共同構(gòu)成爆破的五大公害。采用逐孔起爆方式后，在爆區(qū)起爆的每一個(gè)瞬間，只有一個(gè)炮孔起爆，同時(shí)相鄰的炮孔間都設(shè)定有一個(gè)合理的延期時(shí)間，使得炸藥能量能夠受控制的有序釋放，從而減少了應(yīng)力波的疊加，減少了爆破振動(dòng)。

降低爆破振動(dòng)是本次對(duì)比試驗(yàn)的重要目標(biāo)之一。選擇3組共6個(gè)具有可比性的爆區(qū)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試，其中爆區(qū)規(guī)模，總藥量接近，測(cè)試距離為爆區(qū)正后方200m處，測(cè)振儀選用了加拿大生產(chǎn)的MiniMateBlaster2臺(tái)，以驗(yàn)證測(cè)試的準(zhǔn)確性。具體的測(cè)試結(jié)果見表2。

按照表2中的測(cè)試結(jié)果，使用高精度導(dǎo)爆管及逐孔起爆技術(shù)的爆區(qū)，平均爆破振動(dòng)速度降低了30%～40%。同時(shí)，在村莊留守的工作人員體感振動(dòng)也明顯降低，非常有利于促進(jìn)社區(qū)關(guān)系的和諧。

從振動(dòng)測(cè)試的頻率分析，相對(duì)于排間起爆，逐孔起爆方式的振動(dòng)頻率整體上移，尤其的最大峰值頻率全部處于20Hz以上，有利于建筑物的保護(hù)。同時(shí)，普通導(dǎo)爆管的排間微差起爆方式中，最大峰值頻率全部處于20Hz以內(nèi)，更接近于一般建筑物的固有頻率。

表1　延米爆量及炸藥單耗對(duì)比

表2　爆破振動(dòng)結(jié)果測(cè)試表

5結(jié)語

持續(xù)4個(gè)月的高精管逐孔起爆試驗(yàn)，采用了先肩并肩對(duì)比，再逐步推廣的方式；先更換起爆系統(tǒng)，再綜合優(yōu)化爆破參數(shù)，穩(wěn)步推進(jìn)，試驗(yàn)成果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①穿爆直接成本有所降低，體現(xiàn)在炸藥單耗平均下降了約8%，延米爆量提高了約10%；②鏟裝效率明顯提高，平均裝車時(shí)間縮短了20%以上；③破碎站的噸礦電耗降低約5%；④爆破振動(dòng)水平降低了30%～40%；⑤現(xiàn)場(chǎng)操作更加便捷，消除了雜散電流及靜電干擾等安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1]付天光，張威穎，趙杰，等.高強(qiáng)度和高精度導(dǎo)爆管雷管的應(yīng)用[J].爆破器材，2005，34(4)：23-26.

Application&analysisofholebyholeblastingtechnologyinGuangxinQingzhouQuarry

GUOWei-yang1，ZHANGXi-mei2，DONGGuo-lin1，HANZhen-tao1，ZHANGZhi-jun2，TIANXiao-bao2

(1.ShandongShengshidaChemicalCo.，Ltd.，Zibo255200，China；2.Orica(Weihai)ExplosivesCo.，Ltd.，Weihai264207，China)

Abstract:There are some big issues using current blasting method in Guangxin Qingzhou cement quarry，including blast vibration，fragmentation and power consumption in crushing process.Introduced high precision detonator to achieve hole by hole initiation way，and upgrade current initiation system.Used 3-D laser scan to optimize blasting design，controlled minimum burden and isochron inside blasting area.Through side by side comparison，conducted vibration monitoring，collected and analysed lots of test data，fully confirmed the technical advantage of hole by hole technology using in cement quarry.Compared with plain detonators，blasting vibration reduced by 40%；fragmentation more equality and oversize rate lower；digging rate increased around 15%，and reduced invalid waiting time of truck；power consumption decreased by 5%.

Key words：hole by hole blasting；blasting vibration；digging efficiency；power consumption

收稿日期：2015-12-30

作者簡(jiǎn)介：郭維揚(yáng)(1976-)，男，經(jīng)理，工程師。

中圖分類號(hào)：TD235.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)03-0171-04