空氣間隔裝藥孔內孔間微差爆破試驗

曹 鋒 蔡澤軍

(廣東肇慶廣地爆破工程公司)

空氣間隔裝藥孔內孔間微差爆破試驗

曹 鋒 蔡澤軍

(廣東肇慶廣地爆破工程公司)

某露天采石場隨著開采規(guī)模的擴大，出現(xiàn)了炸藥用量過大、爆破震動控制不好、爆破效果不理想的狀況。為降低爆破震動有害效應，提高爆破效果和節(jié)約炸藥量，進行空氣間隔裝藥、孔內孔間微差爆破試驗。試驗結果表明，空氣間隔裝藥比連續(xù)裝藥節(jié)省炸藥12%左右；孔內孔間微差爆破與排間微差爆破相比，大塊率減小，爆破震動明顯降低。采用空氣間隔裝藥、孔內孔間微差爆破技術，可有效解決問題，達到滿意效果。

露天采石場 空氣間隔裝藥 孔內孔間微差爆破 爆破震動 裝藥量 大塊率

某露天采石場位于高要市南岸街道辦科德村委會大坑村菜園坑，有3.5 km簡易礦山公路至國道G324線，交通方便。礦區(qū)巖石為軟巖、堅硬塊狀巖類，軟巖為風化-半風化花崗巖、石英砂巖，堅硬塊狀巖類為微風化花崗巖、石英砂巖。爆破區(qū)北、南、西面均為山體，500 m范圍內無建筑物，東面380 m處為采石場辦公生活區(qū)，1.5 km處為高要市中心小學，爆破環(huán)境條件相對簡單。

隨著采石場開采規(guī)模的擴大(年產500萬m3)，出現(xiàn)的問題也比較多，之前采用排間微差起爆，連續(xù)裝藥結構，爆破震動較大，炸藥用量大，爆破大塊率比較高。為了解決上述問題，采取了一系列措施降低爆破單耗，控制爆破震動及提高爆破質量。通過試驗，取得了較好的效果。

1 爆破試驗

1.1 爆破方案

試驗地點選擇采石場4#臺階中部位置，該處為標準臺階，巖石硬度中等。采石場平面示意見圖1。

圖1 采石場平面示意

根據工程環(huán)境、施工進度以及對爆破震動、飛石的控制要求，確定爆破設計方案：

(1)采用深孔松動爆破技術，嚴格控制單孔裝藥量和堵塞段，將飛石控制在5 m范圍。

(2)采用空氣間隔裝藥技術，在滿足工程質量要求的前提下，節(jié)省炸藥消耗。

(3)采用非電毫秒延期導爆管網絡，實現(xiàn)孔內和孔外延期爆破，嚴格控制最大一段藥量，以減小爆破震動的危害。

1.2 空氣間隔裝藥理論

近年來，空氣間隔裝藥技術在礦山爆破中得到越來越多的運用，并為礦山創(chuàng)造了巨大的經濟效益。空氣間隔裝藥可以降低爆炸沖擊波的峰值壓力，減少炮孔周圍巖石的過分粉碎；巖石受到爆炸沖擊波的作用后，還受到爆炸氣體所形成的壓力波和來自炮孔孔底的反射波作用，當這種二次應力波的壓力超過巖石的極限破裂強度(裂隙進一步擴展所需的壓力)時，巖石的微裂隙將得到進一步擴展；空氣間隔延長了應力波的作用時間。正是由于空氣間隔的上述作用，可以使巖石破碎塊度更加均勻[1-4]。

1.3 孔內孔間微差爆破的特點

微差爆破在國內許多礦山已有成功的經驗，其主要技術特點是單孔延時起爆，爆破區(qū)域所有的炮孔在一定的時間和空間上按照一定順序起爆，每個炮孔在起爆之前，其前方或側方的炮孔已經起爆，為其創(chuàng)造了充足的自由面。

孔內孔間微差爆破有2次微差時間，能產生應力波疊加，創(chuàng)造新的自由面，加強巖塊相互碰撞和減小爆破震動，孔內采用分段裝藥結構，使用空氣間隔器。間隔上下部分采用毫秒延時分段起爆，孔外采用單孔串聯(lián)、并聯(lián)的爆破接力方式?？變任⒉詈撩肫鸨W絡可以使裝藥量更加均勻，減少單段起爆藥量，使震動強度大大減小。

1.4 爆破參數設計

1.4.1 炮孔深度

根據計算公式，炮孔深度為

L=H/sinα+h ，

(1)

式中，H為臺階高度，10～14 m；h為炮孔超深,1.5 m；α為傾角，75°。

計算得出L=12～16 m，一次性鉆到底。

1.4.2 炮孔直徑

非金屬露天礦一般使用淺孔鉆機鉆孔，孔徑為100～200 mm，孔徑d取115 mm。

1.4.3 底盤抵抗線

按孔徑計算底盤抵抗線：

W=Kd ，

(2)

式中，K為系數，取24～35。

計算得出W=3.0～3.6 m。

1.4.4 孔距和排距

間排距按下列計算

a=mW ，

(3)

b=W ,

(4)

式中，m為炮孔密集系數，1.4～1.6。

計算得出孔距a=4.8～5.2 m,排距b=3.0～3.8 m，梅花形布孔。

1.4.5 堵塞長度

根據經驗，堵塞長度l=3.5～4.0 m。

深孔爆破孔網參數見表1。

表1 深孔爆破孔網參數

1.5 裝藥結構

試驗考慮到炮孔底部巖石受夾制作用大，結合類似工程經驗，為減少根底，增加下部的藥量。本次試驗空氣間隔設置在中間上下位置。間隔長度分別取1.5，1.8 m，與排間微差連續(xù)裝藥結構進行對比。

試驗分3次進行，選擇的臺階高度均為14 m，坡腳無根底，石渣全部清空，各鉆30個炮孔，孔徑為115 mm，分3排，每排10個炮孔，三角形布孔，炮孔深16 m，堵塞長度為4 m，孔距為5.2 m，排距為3.8 m，鉆孔傾角為75°。裝藥結構：

(1)連續(xù)裝藥結構，裝藥高度為12.0 m。

(2)間隔1.5 m分段裝藥結構，下部裝藥高度為6.0 m，上部裝藥高度4.5 m，中間間隔1.5 m。

(3)間隔1.8 m的分段結構，下部裝藥高度6.0 m，上部裝藥高度4.2 m，中間間隔1.8 m。

裝藥參數見表2，裝藥結構對比見圖2。

表2 裝藥參數

圖2裝藥結構對比(單位：m)

1.6 微差間隔時間及起爆網絡

1.6.1 孔內微差時間

為了爆破網絡的安全，孔內一般應選取延期時間較長的導爆管雷管，以便延遲孔內炸藥爆炸的時間，使地面未傳爆的導爆管網絡不受前面先起爆炮孔產生的震動、沖擊波的破壞影響?？變任⒉钸x擇2個延期時間不同的高段別高精度導爆管雷管，參考相關孔內微差爆破工程經驗，對于堅硬巖石，孔深16 m，孔內上下裝藥部分起爆微差時間一般較小，取25 ms。本次試驗孔內選擇15段(350 ms)和16段(375 ms)高段別高精度雷管，可滿足地表網絡的安全技術要求。

1.6.2 孔間、排間微差時間

根據相關資料及施工經驗，孔間一般使用25，50 ms間隔時間，本次孔間選擇3段(50 ms)雷管；排間一般使用75，110 ms間隔時間，本次排間選擇5段(110 ms)雷管。

1.6.3 起爆網絡

孔內從下往上起爆，可以加強臺階底部的破碎，不留或少留根底。地表起爆網路見圖3。

圖3 微差起爆網路(單位:ms)

2 爆破效果

2.1 爆破質量對比

2.1.1 大塊率

孔內孔間微差爆破試驗之前，該采石場大塊率比較高，經常要進行二次爆破，不僅降低了挖掘機的裝車效率，而且增加了爆破成本。進行空氣間隔、孔內孔間微差爆破試驗后，巖石的破碎質量改善顯著，大塊率明顯下降，挖運設備效率明顯提高。經過初步統(tǒng)計，與排間微差爆破相比，孔內孔間微差爆破的大塊率下降30%左右。爆破效果見圖4。

圖4 爆破效果對比

2.1.2 爆破根底

相比孔內連續(xù)裝藥爆破，孔內孔間空氣間隔微差爆破會產生30～40 cm的爆破根底，可以判斷是間隔裝藥結構總體裝藥量減少所致。為解決根底問題，可以在鉆孔環(huán)節(jié)將炮孔加深30～40 cm。爆破大塊率和根底對比見表3。

表3 爆破大塊率和根底對比

2.2 炸藥量對比

在同等炮孔數量和孔網參數下，間隔裝藥相比連續(xù)裝藥，降低了炸藥單耗，節(jié)省炸藥12%左右，取得很好的經濟效益。炸藥量對比見表4。

表4 炸藥量對比

2.3 爆破震動對比

采用NUBOX-6016智能振動監(jiān)測儀分別對排間微差連續(xù)裝藥和孔內孔間微差間隔裝藥爆破進行震動監(jiān)測。

1#監(jiān)測點位于采石場辦公室墻角處(磚混結構房屋)，2#監(jiān)測點位于1.5 km處的高要市中心小學主樓鋼筋混凝土立柱處。監(jiān)測數據見表5。

表5 爆破震動對比

從表5可以看出，震動監(jiān)測數據均不超過建筑物安全標準，孔內孔間微差間隔裝藥爆破相對于排間微差連續(xù)裝藥爆破產生的爆破振動明顯小得多[5]。

3 結 論

(1)孔內孔間微差爆破技術通過孔內分段，孔外逐孔延期起爆，使每個炮孔在起爆前擁有充足的自由面，應力波疊加作用能加強巖石相互碰撞，改善爆破效果；其次，減小最大一段起爆藥量，明顯降低了爆破震動，有利于保護采石場周邊建筑物。

(2)采用空氣間隔裝藥技術可以降低炸藥消耗量，每次爆破可節(jié)省炸藥12%左右，經濟效益顯著。

(3)關于空氣間隔位置、高度以及避免或盡量減少爆破根底的產生等問題。由于沒有相應的理論支撐，目前只停留在試驗和推理的層面上，還需進一步研究。

(4)采用空氣間隔裝藥、孔內孔間微差爆破技術，有利于提高采裝設備工作效率，降低施工成本，有效減小爆破震動，成功地解決了采石場所面臨的問題，該技術值得廣泛推廣應用。

[1] 張立新.吳集鐵礦-200 m中段二步驟礦柱回采試驗[C]∥中國礦業(yè)科技文匯(2014).北京：冶金工業(yè)出版社，2014:155-158.

[2] 朱志彬，劉成平.充填體強度計算及穩(wěn)定性分析[J]采礦技術，2008(3):15-17,25.

[3] 朱國濤，郝紅星，王曉飛.李樓鐵礦厚大礦體采礦安全回采實踐研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(11):1-4.

[4] 張立新.李樓鐵礦采礦方法和充填工藝探討[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2012(1):1-3,11.

2015-05-05)

曹 鋒(1983—)，男，項目經理，工程師，526020 廣東省肇慶市端州區(qū)梅庵路9號。