乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)在城門山銅礦的應(yīng)用

孫 磊，陳先萬，張輝宇，劉曉文，潘常運(yùn)

(1.北京礦冶研究總院， 北京 100160；2.城門山銅礦， 江西 九江市 332100)

0 前 言

城門山銅礦位于江西省九江縣賽城湖南岸，是一座以銅、硫為主，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀等多種金屬的大型露天礦山。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，礦山的穿孔、鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備全部升級，并引進(jìn)了由北京礦冶研究總院研發(fā)的乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)，并于2012年12月投入使用。

在1980年前后，乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)由美國埃列克(Ireco)公司首次研發(fā)，隨后該技術(shù)不斷完善并在北美、南美、歐洲、南非等國家和地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用[1-2]；在國內(nèi)，1991年該項技術(shù)率先在本鋼南芬鐵礦、江西德興銅礦、山西平朔煤礦等大型露天礦山得到應(yīng)用，隨后在其他露天礦山、水利水電工程和地下礦山得到不斷的推廣和應(yīng)用[1，3-6]。本文主要介紹了乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)及其在城門山銅礦的應(yīng)用情況。

1 乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)

該技術(shù)是在MEF移動式地面站生產(chǎn)炸藥半成品——乳膠基質(zhì)，然后用BCJ-3型裝藥車裝載乳膠基質(zhì)和敏化液到達(dá)爆破作業(yè)現(xiàn)場，并用裝藥車將其混合裝入炮孔，在炮孔內(nèi)經(jīng)化學(xué)敏化后成為乳化炸藥。

1.1 MEF移動式地面站

MEF移動式地面站由兩臺可移動的半掛車組成，第一臺主要完成水、油相的制備、計量、存儲、泵送等功能，第二臺主要完成水、油相的連續(xù)乳化以及乳膠基質(zhì)的冷卻、泵送等功能。制備乳膠基質(zhì)的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，乳膠基質(zhì)保質(zhì)期大約為10～15 d。

圖1 乳膠基質(zhì)生產(chǎn)工藝流程

1.2 BCJ-3型裝藥車

BCJ-3型裝藥車主要由汽車底盤及動力系統(tǒng)、液壓及控制系統(tǒng)、電器及自動控制系統(tǒng)、乳膠基質(zhì)儲存箱及輸送系統(tǒng)、敏化液儲存箱及輸送系統(tǒng)、清洗水箱及輸送系統(tǒng)、乳膠基質(zhì)連續(xù)敏化及裝填系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

該車采用中國重汽生產(chǎn)的HOWO ZZ1257M4347汽車底盤，乳膠基質(zhì)裝載量為15 t，敏化液裝載量為0.5 t。其裝藥原理如圖2所示，利用敏化液形成乳膠基質(zhì)的“水環(huán)薄膜”,然后通過輸藥軟管長距離(40 m)、低阻力輸送到輸藥軟管末端的靜態(tài)混合器，經(jīng)混合后在炮孔內(nèi)敏化成為乳化炸藥，敏化成藥時間為10 min左右。經(jīng)過大量現(xiàn)場實驗表明，現(xiàn)場混裝乳化炸藥密度為1.06～1.18 g/cm3，爆速為4500～5200 m/s。

圖2 BCJ-3型裝藥車裝藥原理

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 工程概況

城門山銅礦采礦場東面是最終邊坡，南面是排土場，西面和北面是賽城湖。采礦場露天臺階高度12 m，穿孔設(shè)備為CH-150潛孔鉆機(jī)，孔徑150 mm，孔深14 m，采用垂直深孔毫秒延時逐孔起爆技術(shù)。

剝離區(qū)主要為高嶺土、風(fēng)化砂巖和褐鐵礦。高嶺土土質(zhì)松軟，不需要爆破便可挖運(yùn)；風(fēng)化砂巖主要位于采礦場南面城門山頭剝離工作面，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，可鉆、可爆性較好；褐鐵礦位于一號坑旁的灰山剝離工作面，該區(qū)域由于裂隙、溶洞等各種構(gòu)造較嚴(yán)重，鉆礦率低，爆破難度大。

采礦區(qū)主要礦石類型為斑巖型銅礦、矽卡巖型銅礦和塊狀硫化銅礦，目前主采10#礦體，該區(qū)域地勢較低，地下水特別發(fā)育，鑿巖效率較低，炮孔易積水，爆破難度較大。

2.2 施工質(zhì)量分析

爆破施工質(zhì)量直接影響著爆破效果和爆破安全，自引進(jìn)乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)之后，施工質(zhì)量得到很大的改善。

(1) 裝藥車裝藥結(jié)構(gòu)不同于成品炸藥，它采用全耦合裝藥，孔底裝藥密度有所增大，可有效克服孔底礦巖的夾制作用，減少了根底的產(chǎn)生。

(2) 對于成孔質(zhì)量不好、孔壁粗糙的炮孔，成品炸藥容易卡孔并懸掛在孔壁，造成裝藥不連續(xù)而發(fā)生拒爆。由于現(xiàn)場混裝炸藥呈漿狀，具有流動性，裝入炮孔后會充滿整個炮孔，保證了裝藥的連續(xù)性。

(3) 在褐鐵礦剝離區(qū)，由于裂隙、溶洞的存在，成品炸藥集中堆積在裂隙、溶洞處，造成裝藥高度不夠，爆堆上部容易產(chǎn)生大塊；對于混裝炸藥，只需將裝有起爆藥包的高強(qiáng)度塑料薄膜袋預(yù)先裝入孔中，然后將混裝炸藥裝入塑料薄膜袋便可避免炸藥集中堆積，確保裝藥高度。

(4) 采用成品炸藥裝填采礦區(qū)積水炮孔時，一般使用人工吊裝、擠壓的方式將成品藥卷裝入孔內(nèi)，藥卷不易到達(dá)孔底，藥卷之間容易被水隔開，并且單孔裝藥量往往達(dá)不到設(shè)計要求，這種裝藥方式不僅速度慢，而且容易導(dǎo)致拒爆、大塊偏多、根底偏高等問題，直接影響出礦的成本和效率。采用裝藥車裝藥時，只需將輸藥軟管插入水孔底部，然后根據(jù)設(shè)計裝藥量開始裝藥，隨著炸藥的不斷裝填，將輸藥軟管慢慢提升，孔內(nèi)積水便可不斷排出，保證了裝藥量和裝藥質(zhì)量。

2.3 綜合效益分析

2.3.1 安全環(huán)保效益

移動式地面站生產(chǎn)的乳膠基質(zhì)屬于炸藥半成品，含水15%～17%，沒有雷管感度，在裝入炮孔之后才能敏化成乳化炸藥，所以在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、裝藥過程中的安全性得到提高；另外，現(xiàn)場混裝炸藥在使用過程中無需包裝材料，并且在爆炸后生成的有毒氣體更少，對環(huán)境污染較小。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)效益

2013年礦山總爆破方量為410萬m3，采剝爆破方量比為1∶3.5，現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)在應(yīng)用過程中經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

(1)鉆孔成本降低?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)實現(xiàn)了全耦合裝藥，單孔裝藥量較成品炸藥增加39%，提高了炮孔利用率，在原有孔網(wǎng)參數(shù)下巖石拋出較遠(yuǎn)，所以前期試生產(chǎn)過程中將剝離區(qū)孔網(wǎng)參數(shù)由原來的5 m×5 m擴(kuò)大為6 m×5 m，調(diào)整后延米爆破量增大20%，一年可少鉆1700個孔，共計23800 m。

(2)爆破成本降低。一方面，雖然單孔裝藥量增大，但混裝乳化炸藥成本僅為成品乳化炸藥的52%，所以單孔爆破成本更低；另一方面，由于剝離區(qū)鉆孔數(shù)減少1700個，相應(yīng)的雷管成本也得到降低。

(3)二次破碎、鏟裝等后續(xù)成本降低。根據(jù)生產(chǎn)要求，爆破后送往選場的礦石尺寸不應(yīng)超過50 cm，鑒于此，采礦區(qū)沿用了以前的孔網(wǎng)參數(shù)，并用瓜子片代替巖粉填塞，確保裝藥填塞質(zhì)量，爆后礦石破碎效果得到明顯改善，大塊率僅為1%左右，二次破碎工作量減少，鏟裝效率提高、成本降低。

3 結(jié) 論

乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)在城門山銅礦的應(yīng)用實踐證明，該技術(shù)提高了施工效率和施工質(zhì)量，改善了爆破效果，尤其在成孔質(zhì)量不好、含水炮孔等特殊條件下，更能發(fā)揮其優(yōu)勢；另外，該技術(shù)不但安全環(huán)保，而且鉆孔爆破成本以及二次破碎、鏟裝等后續(xù)成本都有所降低，綜合效益顯著。

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