逐孔爆破技術(shù)在銅山口礦露天臺(tái)階爆破中的應(yīng)用

余圣華

(大冶有色金屬公司銅山口銅礦， 湖北大冶市 435122)

銅山口銅礦是大冶有色金屬公司的主要礦山之一，1980年代中期建成投產(chǎn)。目前，該礦主要采用KY－250(D)型牙輪鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑250 mm，臺(tái)階高度12m，孔深 13.5～15m，采用三角形和方形布孔兩種方式，使用乳化炸藥。

前期，銅山口銅礦露天中深孔爆破使用普通毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管雷管，單孔串聯(lián)后簇聯(lián)形成“V”字形微差起爆網(wǎng)絡(luò)，各孔延時(shí)情況如圖1所示。

圖1 “V”字形起爆網(wǎng)絡(luò)

長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該礦采用的“V”字形微差爆破方法有明顯的缺陷:爆破震動(dòng)強(qiáng)度大，影響邊坡穩(wěn)定，強(qiáng)烈的震動(dòng)及后沖力會(huì)使后排臨爆區(qū)巖石原生弱面脹裂，甚至被切割成“塊體”，下次爆破時(shí)“塊體”易整體塌落，形成大塊［1］;微差時(shí)間不合理，爆堆不夠松散，降低了鏟裝效率。因此，對(duì)爆破危害和爆破效果進(jìn)一步雙重控制［2］成為爆破技術(shù)亟需解決的問(wèn)題。

1 逐孔起爆的特點(diǎn)

逐孔起爆技術(shù)是目前采場(chǎng)臺(tái)階中深孔爆破最先進(jìn)的方法。在保證爆破震動(dòng)速度不超過(guò)國(guó)家爆破安全規(guī)程規(guī)定范圍值的前提下，應(yīng)盡量采用逐孔起爆方式，提高爆破震動(dòng)的頻率，從而減小引起周圍建(構(gòu))筑物破壞的可能性［3］。

采用逐孔起爆技術(shù)，后排炮孔在起爆前，其前方和側(cè)方的炮孔均已爆破，與“V”字形起爆相比，增加了一個(gè)自由面。根據(jù)爆破作用機(jī)理，自由面的增加有利于降低炸藥單耗，減少因克服夾制力所需的炸藥量，有利于節(jié)約爆破成本。另外，自由面的增加將提高爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波達(dá)到自由面時(shí)的反射量，從而減少能量損失，提高爆破能量利用率，從而提高爆破效果。

理論研究和實(shí)踐證明，在地質(zhì)地形條件相同，巖性相同的條件下，同一測(cè)點(diǎn)位置的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度取決于同段起爆最大裝藥量的大小。因此，在不改變各孔裝藥量的情況下，采用逐孔起爆，同段藥量大大降低，從而可大幅降低爆破震動(dòng)。

2 微差間隔時(shí)間

微差間隔時(shí)間的選取是逐孔爆破技術(shù)的關(guān)鍵，是影響爆破效果的重要參數(shù)。合理的微差間隔時(shí)間，可以充分利用巖石破碎后的拋散能量，增加相臨孔間巖石的碰撞，從而減小爆破塊度，提高爆破質(zhì)量。

2.1 孔間間隔時(shí)間

按長(zhǎng)沙礦冶研究院在大冶鐵礦進(jìn)行試驗(yàn)研究所建立的半經(jīng)驗(yàn)公式［4］，結(jié)合有關(guān)銅山口銅礦的文獻(xiàn)［5］數(shù)據(jù)，計(jì)算孔間微差間隔時(shí)間:

式中，Δt為孔間微差間隔時(shí)間，ms;k為與地質(zhì)地形等有關(guān)的系數(shù)，取1～2;Q為同排炮孔平均裝藥量，取Q=300 ～450kg;γe、γr為炸藥和巖石的容重，g/cm3，分別取1.05 ～1.25 和2.80 ～2.93;Cd、Cr為孔內(nèi)乳化炸藥爆速和巖石縱波波速，m/s，分別取3500～5000和4780;S為巖石移動(dòng)距離，取S=10 mm;ν為巖塊平均移動(dòng)速度，取 ν=2～5mm/ms。

計(jì)算得 Δt=15.5 ～42.9ms，藥量大時(shí)取大值，反之取小值。

據(jù)經(jīng)驗(yàn)，同一排炮孔間的最佳延期時(shí)間為3～8ms/m，孔距取a=7m，則孔間間隔時(shí)間為21～56 ms，對(duì)巖性較脆且硬度較高的巖石，孔間間隔時(shí)間取小值，反之取大值。

根據(jù)上述兩種方法計(jì)算知，孔間間隔時(shí)間取21～ 42.9ms。

2.2 排間間隔時(shí)間

排與排之間的延期時(shí)間長(zhǎng)短決定了爆堆的形狀和松散度，當(dāng)排間延期時(shí)間過(guò)小，后排孔與前排孔相互過(guò)度擠壓松散度差;排間延期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，前排孔爆破后的巖石被拋出并停止移動(dòng)，后排孔再將爆破的巖石拋到靜止的爆堆上，爆堆被擠實(shí)，松散度變差［6］。合理的排間延期時(shí)間與排距、裝藥高度、爆堆松散度等有關(guān)。

根據(jù)段海峰［7］的研究成果，可按式(2)、式(3)分別計(jì)算排間微差間隔時(shí)間的最小值和最大值。

銅山口銅礦中深孔爆破中，一般h1=5～8m;b=5m;為使透過(guò)波損失保持在盡可能低的水平，取ρ=1.15～1.4;為保證爆堆集中，取 s=10～ 20。根據(jù)式(2)、式(3)計(jì)算得，最小和最大的排間間隔時(shí)間，如表1所示。

據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最佳的排間間隔時(shí)間為8～15ms/m，爆堆松散系數(shù)大，延期時(shí)間取大值，反之取小值，排間取b=5m，則排間間隔時(shí)間為40～75ms。

綜合上述，排間間隔時(shí)間取40～67.8ms。

2.3 孔內(nèi)延期時(shí)間

為保證起爆網(wǎng)絡(luò)不受爆破飛石的影響，孔內(nèi)延期雷管須選擇延期時(shí)間較長(zhǎng)的高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，延時(shí)有 375，400，500ms 和 600ms，選擇其中之一即可。銅山口銅礦露采一次爆破孔數(shù)較少，選擇延期400ms的高精度導(dǎo)爆管雷管作為孔內(nèi)引爆管可滿足爆破需要。

表1 各種參數(shù)下的排間間隔時(shí)間

3 起爆網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)孔間間隔時(shí)間在21～42.9ms、排間間隔時(shí)間在40 ～67.8ms，可選擇延期 17，25，42，65ms的高精度延期雷管搭建逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)接方式主要有2種，如圖2(a)、(b)所示。

根據(jù)長(zhǎng)期的爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為保證爆破效果，孔網(wǎng)參數(shù)隨巖石爆破難度的增加而減小。由孔間、排間間隔時(shí)間的計(jì)算方法可知，間隔時(shí)間隨孔網(wǎng)參數(shù)的增大而延長(zhǎng)。因此，爆破難度與地表延期、高精度雷管、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接方式的選取有關(guān)，如表2所示。

圖2 逐孔起爆延時(shí)網(wǎng)絡(luò)

銅山口銅礦露天采場(chǎng)內(nèi)的巖石主要有透輝石矽卡巖、石榴子石矽卡巖、矽卡巖化白云巖及大理巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖。大部分巖性較脆，硬度在8～12，爆破難度不大。結(jié)合表2可知，地表可選用延期時(shí)間為25ms和42ms兩種高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，采用直聯(lián)或斜聯(lián)，基本可滿足該礦露天中深孔爆破的需要。

表2 爆破難度與延期時(shí)間/ms

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)與前期采用的“V”字形微差起爆對(duì)比發(fā)現(xiàn)，上述逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)更安全可靠，爆破效果明顯改善，大塊率降低30% ～60%，電鏟鏟裝效率明顯提高;爆破震動(dòng)減小50% ～80%，大幅降低震動(dòng)的不利影響。

4 結(jié)論

利用高精度毫秒延期導(dǎo)爆管雷管，為根據(jù)爆破區(qū)域的巖性、地質(zhì)條件，采用不同的孔網(wǎng)參數(shù)及逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件，有利于提高炸藥爆破能量利用率，以便降低炸藥單耗和控制爆破成本。另外，與“V”字形微差起爆技術(shù)相比，精確微差逐孔爆破技術(shù)的應(yīng)用，極大程度地降低了爆破震動(dòng)。

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