電子雷管在礦柱回收大爆破中的應用

葉光祥，解聯(lián)庫，郭利杰，史曉鵬，王 賀

（北京礦冶研究總院，北京100160）

隨著工業(yè)社會的發(fā)展，礦產資源消耗不斷增大，礦產資源越來越缺乏，殘礦資源回收的重要性、緊迫性逐漸得到大家的認同［1］。然而不可否認的是，殘礦資源的回收往往面臨著回采技術復雜，安全條件差等問題，特別是利用崩落法處理采空區(qū)時，礦柱回收往往需要一次崩落大量礦石，這使得殘礦回采爆破作業(yè)時控制爆破振動效應成為突出問題。由于礦房頂柱往往是薄板形狀，一般的回收方式是在礦體的上、下盤或兩旁間柱開挖鑿巖巷道，鑿平行中深孔或扇形孔，進行中深孔爆破。中深孔爆破的爆破規(guī)模較一般淺孔爆破大，需對其爆破振動等危害進行嚴格控制。

中深孔大爆破一般采用毫秒微差起爆來控制爆破振動危害，現(xiàn)階段，毫秒微差爆破主要是通過孔內微差、孔外微差或者兩者共同作用實現(xiàn)。傳統(tǒng)的毫秒延期雷管通常依靠化學延期藥的穩(wěn)定燃燒實現(xiàn)延時功能，其延時精度較低且缺乏穩(wěn)定性，往往無法滿足復雜環(huán)境下精細爆破技術的要求［1］。此外，普通毫秒延期雷管高段位的缺乏往往成為制約大爆破進行的最大問題，對于電子雷管而言，其延時可控，無形中增加了雷管段數(shù)，使得問題迎刃而解。電子雷管以其延時精確性、靈活性，使得復雜環(huán)境下精細化微差爆破得以實現(xiàn)。

本文結合某礦山礦房頂柱回收，探討電子雷管起爆技術及其在復雜環(huán)境下中深孔微差爆破中的應用，結合爆破振動監(jiān)測結果，分析電子雷管在微差爆破中控制爆破振動的優(yōu)勢。

1 電子雷管簡介

電子雷管利用可以精確延時的電子元件代替普通電雷管中的延期藥，具有延期高精度與延期靈活等特點［2－4］。在電子延期藥的基礎上，電子雷管還添加了一些提高使用方便靈活性的現(xiàn)場編程功能、提高雷管可靠性的在線檢測功能和防靜電、防輻射等安全保護措施。

電子雷管技術的研究工作始于20世紀80年代，80年代中后期開始進入起爆器材市場，但總體水平還處于研究開發(fā)和試驗階段。20世紀90年代電子雷管及其起爆系統(tǒng)取得了快速的發(fā)展，電子雷管技術正逐步趨于成熟和爆破工程實用化階段。

與普通毫秒延期電雷管相比，數(shù)碼電子雷管高精度延時主要體現(xiàn)在電子元件延時。首先，數(shù)碼電子雷管采用電子元件延時，延期精度與延期時間遠高于普通電子雷管，其延時精度一般小于±0.2ms。延時時間可在0～16000ms之間任意選?。?］；其次，電子雷管起爆系統(tǒng)在起爆前可任意設置炮孔延時時間，這就無形中增加了雷管段數(shù)，提高了爆破方案設計的靈活性；最后，電子雷管起爆系統(tǒng)現(xiàn)場組網中所有延時均通過孔內雷管實現(xiàn)，無需復雜的地表延時，簡化了爆破網絡的設計，提高了爆破延時精度和現(xiàn)場作業(yè)安全［6］。

2 礦柱回采爆破設計方案

2.1 工程概況

某鉛鋅礦是以鉛、鋅為主的矽卡巖型多金屬礦床，礦山自建礦以來采用無底柱留礦法開采，四中段以上留有大量間柱和頂柱。其中僅三中段和四中段殘留礦柱礦量達273.54萬t。為保證礦山資源最大程度的回收利用，礦區(qū)采用分區(qū)域整體崩落回收四中段以上礦柱。

2.2 開采技術條件

礦體平均走向北東59°，傾向北西，傾角70～85°，屬于急傾斜礦體。礦體呈似層狀，平均厚度28m。礦巖堅硬，f＝10～16，礦石體重3.6t／m3，巖石體重2.7t／m3，礦巖松散系數(shù)1.6，自然安息角39°，水文地質條件簡單，有利于開采。礦體下盤分布有矽質板巖、板巖、大理巖；礦體賦存在矽卡巖帶之中，礦體的直接圍巖為矽卡巖。礦體中夾石有板巖、大理巖和矽卡巖。

試驗礦柱4104頂柱上部為3205采空區(qū)，空區(qū)充滿礦石和廢石，直接與地表貫通。4104間柱下部10m已回采，四周為上盤切割槽、4103采空區(qū)和4104采空區(qū)，間柱底部及4103采空區(qū)充滿礦石，4104間柱僅與上部頂柱及下盤圍巖相連接。試驗礦柱實際位置圖如圖1所示。如若分次回收4104頂柱，勢必造成4104頂柱太薄或處于懸臂梁狀態(tài)，爆破裝藥、爆破網絡連線工作困難，存在極大的安全隱患。因此，決定將4104頂柱一次性回收。

圖1 試驗礦柱實際位置圖

2.3 爆破施工方案

本次設計開采爆破區(qū)域為4104空區(qū)頂柱，爆破礦量42882t，爆破總藥量10.826t。采用扇形中深孔孔內延時微差爆破。根據(jù)礦區(qū)前期關于爆破振動效應試驗結果，為降低爆破振動效應，裝藥時應嚴格控制單段最大裝藥量，單段最大裝藥量不超過600kg。設計雷管分段27段，單段最大藥量560kg。

在4105間柱內開挖垂直礦體走向的鑿巖巷道，向4104頂柱布置直徑為90mm的水平及傾斜排面的扇形孔，排距：2.2m，孔底距2.3m。

炮孔連續(xù)裝藥，孔口堵塞。由于4105間柱及4105間柱上方頂柱在4104空區(qū)頂柱回采完畢后進行爆破回收，因此須保留間柱中的鑿巖巷道，以方便間柱與間柱上方頂柱回收時鑿巖爆破工作。因此炮孔裝藥及堵塞遵循兩大原則：①為保證間柱的基本完整，所有炮孔孔口堵塞長度不小于7m；②在此基礎上通過控制孔口距進行裝藥。炮孔布置及裝藥如圖2所示。

根據(jù)前期爆破振動測試分析研究，確定雷管兩兩之間延時時間為25～50ms為宜，為后續(xù)尋求爆破最佳延時時間，此次延時時間設置為25ms、30ms、40ms、50ms，總延時1000ms。爆破時以4104采空區(qū)及頂柱中部切割槽為補償空間進行爆破。4104空區(qū)對應的頂柱每排孔內的炮孔爆破順序為由下到上。

3 爆破振動監(jiān)測與分析

3.1 爆破振動監(jiān)測方案

爆破振動的破壞作用是爆破公害中最為重要的問題之一。當爆破振動達到一定強度時，在爆源一定范圍內就會產生各種破壞現(xiàn)象，如建筑物震裂、邊坡滑坡等，帶來生命與財產的重大損失。為了對礦柱回采方案及電子雷管在大爆破中的應用效果進行評價，須對本次爆破進行爆破振動監(jiān)測。

監(jiān)測采用成都泰測科技有限公司生產的Mini－Blast I型爆破測振儀，該監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、振動監(jiān)測儀和微型計算機等組成。按照“近密遠疏，對數(shù)布置”的監(jiān)測布點原則，沿礦區(qū)辦公大樓布置6個測點。測點與爆源相對位置如圖3所示。

圖2 炮孔布置及裝藥長度示意圖

圖3 爆破振動監(jiān)測測點與爆源相對位置平面圖

3.2 爆破振動減震分析

《爆破安全規(guī)程》（GB6722－2003）由國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2003年09月12日發(fā)布，2004年05月01日正式實施。

地面建筑物的爆破振動判據(jù)，采用保護對象所在地質點峰值振動速度和主振頻率。安全允許標準如表1所示。

通過對礦區(qū)建筑物進行調研，認為受保護對象為“一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物”。本次爆破共布置6個監(jiān)測點，各測點相關數(shù)據(jù)如表2所示。其中1＃點距離爆源最近，最大振速為0.7607cm／s。在爆破振動安全允許范圍內。

微差爆破中降低爆破振動的常用方法是減小單段爆破藥量、錯開爆破振動峰值、爆破振動波峰與波谷疊加抵消等措施。以1＃測點波形圖為例，對爆破振動控制效果進行分析：①從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，振速大于0.6cm／s的爆破有3次，振速大于0.4cm／s的爆破共14次，這說明藥量的分段起爆對于爆破振動控制起著關鍵作用，也就是說增加雷管段數(shù)是控制爆破振動的有效途徑；②圖4中0.8～1.1s處，各分段爆破振動波形完整，即控制合理延時時間錯開爆破振動峰值，無疊加，從而達到控制爆破振速；③由于各分段雷管延時時間的不同，在不同時間段里（0～0.8s、），爆破振動相互干擾，有減弱也有增強。

表1 爆破振動安全允許標準（部分）

表2 4104空區(qū)頂柱爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

圖4 1＃測點波形圖

4 結論

1）電子雷管延時精確性和靈活性可為毫秒微差控制爆破降振提供有力支持。

2）殘礦資源的回收往往面臨著回采技術復雜、安全條件差等問題，特別是利用崩落法處理采空區(qū)時，礦柱回收往往需要一次崩落大量礦石，這就要求我們必須嚴格控制爆破振動、提高起爆段間時差精度并延長起爆時長。電子雷管的延時精確性和靈活性，為解決復雜環(huán)境下礦柱回收安全問題提供了有效技術手段。

［1］ 王湖鑫，陳何，吳志安，等.赤峰國維礦多空區(qū)復雜條件下殘礦資源回采技術研究［J］.中國礦業(yè)，2011，20（3）：69－71.

［2］ 高文學，楊軍，肖鵬飛，等.基于精確延期的深孔控制爆破技術［J］.煤炭學報，2011，36（2）：386－390.

［3］ 劉星，徐棟，顏景龍.幾種典型電子雷管簡介［J］.火工品，2003，（4）：35－38.

［4］ 劉超，李東濤，歐仙榮，等.電子雷管在紫金山金銅礦的應用［J］.爆破器材，2012，41（1）：35－37.

［5］ 張樂，顏景龍，李風國，等.隆芯1號數(shù)碼電子雷管在露天采礦中的應用［J］.工程爆破，2010，（4）：73－76.

［6］ 趙勇，傅洪賢，謝晉水，等.電子雷管在隧道鉆爆法開挖中降振試驗研究［J］.工程爆破，2012，18（1）.82－85.