氣體間隔器在廣西大新錳礦爆破工藝中的應(yīng)用

覃親喜，玉 皇，潘承武，韋志興

(中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司大新錳礦分公司，廣西 大新 532315)

廣西大新錳礦位于廣西大新縣下雷鎮(zhèn)，屬于海相沉積型錳礦床，礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，地層較多，不利于穿孔爆破生產(chǎn)，原有爆破為連續(xù)裝藥中深孔爆破，效果較差，大塊率高，不利于采裝生產(chǎn)。大新錳礦除了少量表土泥巖可以直接采裝生產(chǎn)外，大部分為基巖需進(jìn)行爆破作業(yè)，但臺(tái)階巖性不均、與地采過渡帶距離較近、爆后臺(tái)階上部塊度過大等直接制約著露天采礦的生產(chǎn)進(jìn)度。所以不斷地提高，以及對(duì)采裝運(yùn)輸設(shè)備的生產(chǎn)保護(hù)，原有的爆破方法均不能解決存在的問題，這就需要對(duì)爆破方法進(jìn)行優(yōu)化。

1 原有穿孔爆破工藝

大新錳礦露天采場設(shè)計(jì)臺(tái)階高度10 m，目前使用的鉆機(jī)為一體化鉆機(jī)CM760、CM765型號(hào)，鉆孔高度10～14 m，鉆孔φ160 mm。炸藥φ為120 mm，長度500 mm，原有的裝藥結(jié)構(gòu)為孔內(nèi)連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥裝在下部，上部填埋巖泥，引進(jìn)氣體間隔器前11 m孔深裝藥示見圖1。

圖1 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)

通過長期的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由于炸藥集中裝在炮孔底部，炸藥釋放的能量無法有效地作用于頂部，爆破后頂部存在大量的大塊礦巖，增加了二次爆破的工作量，影響了生產(chǎn)效率。為了達(dá)到爆破效果，必須增大炸藥單耗用量。

2 氣體間隔器的原理及使用

2.1 氣體間隔器原理

氣體間隔器內(nèi)部設(shè)置有氣體反應(yīng)器，按壓反應(yīng)器頂部按鈕后可釋放出大量氣體，大約2 min后儲(chǔ)氣囊在氣體壓力下膨脹，膨脹后在張力作用下卡在孔壁上，達(dá)到分段裝藥的目的。

分段高度可以由間隔器外部的繩子在間隔器膨脹前自由的提升高度，且必須在膨脹前迅速地提到設(shè)計(jì)的高度，以防膨脹后卡孔。

空氣柱間隔裝藥爆破時(shí)，炸藥爆破產(chǎn)生的沖擊波在炮孔內(nèi)反射產(chǎn)生第2次應(yīng)力波，從而使炮孔周圍的裂隙網(wǎng)絡(luò)在氣體升壓之前就擴(kuò)展開，實(shí)現(xiàn)了孔內(nèi)應(yīng)力波或者氣體壓力的均衡釋放，爆炸能量利用率高［1］。雖然會(huì)造成炸藥在孔內(nèi)產(chǎn)生的壓力有所減少，但在一系列余震的反復(fù)作用下，沖擊波對(duì)巖石作用的時(shí)間增加了1～4倍，使巖石破碎有所提高。

2.2 氣體間隔器的使用

2.2.1 間隔位置的選取

空氣間隔位置對(duì)破碎效果會(huì)產(chǎn)生較大的影響。間隔位置有3種：孔底間隔、中部間隔、上部間隔。在生產(chǎn)過程中，通過使用這3種間隔位置不同的裝藥方式，觀察爆落礦石和跟蹤鏟裝情況。

1)孔底間隔

爆后往往會(huì)存在較多根底。其原因是鉆孔超深一般根據(jù)礦山的巖性、鉆孔孔徑、炸藥品種等因素加以確定，一經(jīng)確定，變化較少，如本礦山超深為1～3 m。采取孔底間隔后，孔底裝藥不夠，不足以克服巖石底部的夾制作用，因而會(huì)出現(xiàn)根底。

2)上部間隔

爆后往往會(huì)出現(xiàn)大塊。其原因是上部裝藥過少，爆炸能量不足以破壞臺(tái)階上部巖石，以致形成大塊。

3)中部間隔

爆破效果最好。其原因是由于上下兩個(gè)藥柱爆炸后，兩個(gè)相對(duì)沖擊波陣面的相互疊加，產(chǎn)生相互作用，振動(dòng)更加強(qiáng)烈，其破碎效果優(yōu)于底部和上部間隔的破碎效果［2］。本礦山采用中部間隔的裝藥方式。

2.2.2 間隔長度的選取

空氣間隔長度是決定破碎效果的關(guān)鍵因素。隨著間隔長度的增加，產(chǎn)生的破碎程度下降。在其臨界間隔值內(nèi)，其破碎程度的下降是很小的。臨界間隔長度取決于炸藥類型及周圍介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。為了充分破壞巖石，克服巖石底部的夾制作用，同時(shí)減少大塊率的產(chǎn)生，從爆炸能量的分布看，一般下部占60% ～70%，上部占30% ～40%。因而一般間隔長度取連續(xù)柱狀裝藥的20% ～25%為宜。在生產(chǎn)過程中，本礦山對(duì)10 m臺(tái)段高度采取2.5 m左右間隔，均取得了較好的爆破效果，炮堆整齊，根底和大塊率極少。

2.2.3 邊坡預(yù)裂爆破

礦區(qū)內(nèi)巖性復(fù)雜多變，巖層傾角變化較大，用普通爆破方法爆破邊坡后形成的邊坡穩(wěn)定性較差。為此在臨近開采境界線時(shí)沿境界邊坡線打一排深孔進(jìn)行預(yù)裂爆破，由于有這條預(yù)裂縫將采掘帶和邊坡分隔開來，因而后續(xù)采掘帶爆破的地震波在預(yù)裂帶被吸收并產(chǎn)生較強(qiáng)的反射，使得透過他的地震波強(qiáng)度大為減弱，以減少對(duì)邊坡巖體的破壞，提高邊坡坡面的平整度，保護(hù)邊坡的穩(wěn)定性。但在生產(chǎn)施工時(shí)，由于孔眼較深，連續(xù)裝藥時(shí)爆破炸藥集中在底部，邊坡底部過度粉碎，形成的邊坡面直立甚至負(fù)角度，不利于邊坡穩(wěn)定。引進(jìn)空氣間隔器后，將炸藥分段裝藥，爆破沖擊波均勻作用于邊坡面上，能形成較為光滑的邊坡面，保證邊坡面的穩(wěn)定性。

2.3 使用爆破間隔器的問題

要想獲得理想的爆破效果，就要求爆破技術(shù)人員對(duì)爆破地段的巖石性質(zhì)、地質(zhì)情況作詳細(xì)地了解，選擇最佳的爆破參數(shù)。在間隔器爆破實(shí)踐中，遇到了如下問題：不同巖性、不同鉆孔深度的情況下，該如何選取間隔器的提升高度，才能達(dá)到最好的爆破效果;由于開采深度較低，礦區(qū)內(nèi)較大范圍的炮孔鉆孔1 d后，積水基本超過3 m，大部分積水的孔眼將無法使用間隔器，有待在生產(chǎn)過程中作進(jìn)一步研究。

3 氣體間隔器的使用效果

為對(duì)比使用間隔器前后的爆破效果，在礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行了兩次爆破試驗(yàn)，其結(jié)果如下。

3.1 試驗(yàn)1

在西南采場30～31號(hào)勘探線445臺(tái)階為臺(tái)階中部區(qū)域，需要形成良好的爆破效果以利于生產(chǎn)作業(yè)，爆破自由面較寬，爆破條件較好。巖石硬度10，屬于中等硬度巖層，巖層碎屑松散，容易爆破震碎。此次爆破62個(gè)炮孔，孔徑160 mm，孔深11 m，分4排，各排布孔為15∶15∶16∶16孔，矩形布孔，孔距 ×排距=4 m×4 m，炮孔東西走向排列，自由面朝南，前4排由東向西5個(gè)炮孔，一共20個(gè)炮孔使用間隔器(有編號(hào)的炮孔)，其余42個(gè)炮孔不用間隔器。炮孔分布如圖2所示。

圖2 西南采場露天深孔爆破間隔裝藥試驗(yàn)炮孔分布

在1～20號(hào)孔底部裝入5節(jié)25 kg炸藥后，將BJQ氣體間隔器打開并投入孔內(nèi)。BJQ氣體間隔器靠系繩的作用定位于事先設(shè)計(jì)好的位置上，待間隔器完全膨脹后(1～2 min)，再裝入3節(jié)15 kg，達(dá)到分段裝藥的目的，最后將孔口充填。其余沒有編號(hào)的42個(gè)孔用連續(xù)裝藥法，工人將11節(jié)55 kg炸藥連續(xù)裝入孔內(nèi)，然后充填至孔口。裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

從爆破效果看，未使用間隔器，爆破后臺(tái)階底部巖石塊度大部分在10～20 cm尺寸間，巖石過度粉碎，浪費(fèi)炸藥，但臺(tái)階上部巖石塊度超過60 cm的約占30%，臺(tái)階上下部分爆破效果不均勻，不利于采裝生產(chǎn);使用間隔器后，爆堆形狀合理，巖石塊度均勻，臺(tái)階上下部分巖石塊度大部分在尺寸30 cm左右，減少了過粉碎，爆破效果良好，有利于采裝生產(chǎn)。

圖3 用氣體間隔器分段裝藥

由于右側(cè)炮使用了間隔器，使藥柱均勻分布在炮孔中，充分利用了炸藥的爆破能量，單孔炸藥節(jié)約了15 kg，除去間隔器成本58元，單孔還節(jié)約炸藥成本47元，爆區(qū)內(nèi)總爆破巖量為27 181 t，使用間隔器爆破區(qū)域炸藥單耗為2 480/27 181=0.092 kg/t，沒有使用間隔器炸藥單耗為3 410/27 181=0.125 kg/t，經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比用間隔器后改善明顯。試驗(yàn)1爆破材料消耗情況見表1。

表1 試驗(yàn)1爆破材料消耗情況

從表1中看，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低了30%，因?yàn)閱慰咨傺b15 kg炸藥，62個(gè)孔就少裝930 kg，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

3.2 試驗(yàn)2

在中部采場10～11號(hào)勘探線355臺(tái)階，為臨近邊坡爆破，爆破后需要形成平整穩(wěn)定的邊坡面，以利于修整邊坡，爆破自由面較寬，巖石硬度12，屬于中等硬度巖層，巖層致密堅(jiān)硬，較難爆破，此次爆破30個(gè)炮孔，孔徑160 mm，孔深11 m，分3排，各排布孔為10∶10∶10孔，矩形布孔，孔距×排距=4 m ×4 m，炮孔東西走向排列，自由面朝南，由西向東有編號(hào)的一共15個(gè)炮孔使用間隔器，其余15個(gè)炮孔不用間隔器，使用間隔器的炮孔單孔藥量為45 kg，不使用間隔器的炮孔彈孔藥量為60 kg。炮孔分布如圖4所示，裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

圖4 中部采場爆破試驗(yàn)炮孔分布

在1～15號(hào)孔底部裝入6節(jié)30 kg炸藥后，將BJQ氣體間隔器打開并投入孔內(nèi)。BJQ氣體間隔器靠系繩的作用定位于事先設(shè)計(jì)好的位置上，待間隔器完全膨脹后(1～2 min)，再裝入3節(jié)15 kg，達(dá)到分段裝藥的目的，最后將孔口充填。其余沒有編號(hào)的15個(gè)孔用連續(xù)裝藥法，工人將12節(jié)60 kg炸藥連續(xù)裝入孔內(nèi)，然后充填至孔口。

從試驗(yàn)爆破效果看，炮孔未使用間隔器而用連續(xù)裝藥法，爆破效果差，炮孔上部大塊明顯，而且爆堆未拋擲出來，需二次爆破處理;使用間隔器的炮孔，用間隔裝藥法爆破，效果較好，塊度均勻，上部沒有大塊。以塊度尺寸為60 cm為大塊計(jì)算，沒用間隔器爆破大塊率達(dá)到35%，用間隔器后大塊率降低到5%，爆破效果良好。

間隔裝藥單孔節(jié)約3節(jié)炸藥，除去間隔器成本，單孔節(jié)約炸藥成本47元，爆區(qū)范圍巖量13 152 t，使用間隔器爆破區(qū)域炸藥單耗1 350/13 152=0.103 kg/t，沒有使用間隔器炸藥單耗為1 800/13 152=0.137 kg/t，用間隔器后經(jīng)濟(jì)效益改善明顯。試驗(yàn)2爆破材料消耗情況見表2。

表2 試驗(yàn)2爆破材料消耗情況

4 經(jīng)濟(jì)效益

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

2012年炸藥單耗0.126 6 kg/t，年采剝總量830萬t，2013年實(shí)際炸藥單耗 0.115 kg/t，間隔器單耗0.058元/t，年采剝總量800萬t。炸藥實(shí)際單價(jià)約為7元/t，則2013年引進(jìn)氣體間隔器使爆破器材節(jié)約開 支：［(0.126 6 －0.114 5)× 7 －0.058］×800=21.36 萬元。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

使用氣體間隔器后，能夠減少爆破根底，降低爆破大塊率，二次爆破(破碎)大大減少，在同等鏟裝設(shè)備生產(chǎn)的前提下［3］，減少了處理大塊率及處理根底的時(shí)間，采裝效率提高10%，減少開支75萬元/a。

減少重復(fù)穿孔、二次穿孔量10 000 m，大約節(jié)約成本18萬元/a，提高了采剝綜合效益。

2013年度總成本節(jié)約所產(chǎn)生的效益：21.36+75+18=114.36 萬元。

另外，使用間隔器后降低了爆破震動(dòng)危害，邊坡面較為平整，使露采邊坡穩(wěn)固性能提高，確保了生產(chǎn)安全，且能減少炮孔填埋高度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)語

空氣柱間隔裝藥爆破法在廣西大新錳礦露天開采中的應(yīng)用起到技術(shù)革新的作用，是降本增效的有效措施。有效解決炮孔底部巖石過粉碎和上部巖石大塊率高的問題，加快了采裝、運(yùn)輸、排土等后續(xù)工作的速度，提高了經(jīng)濟(jì)效益;而且減少炸藥用量，一定程度上減少了工人的勞動(dòng)時(shí)間，減少了填埋高度，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率。

［1］閆傳波.氣體間隔器在中深孔爆破中的應(yīng)用研究［J］.科技探索，2014(2)：11.

［2］劉鐵亮，王連海，閆寒.采用氣體間隔器改善露天礦爆破效果［J］.化工礦物與加工，2012(7)：36－37.

［3］周俊峰.氣體間隔器在大峰露天礦深孔爆破中的應(yīng)用［J］.采礦工程，2006(6)：10 －12.