淺談空氣間隔器在中深孔爆破施工中的應(yīng)用*

彭廷華 ,宮明山 ,梁廣妍

(1.成都中材建設(shè)工程公司， 四川 成都 610017； 2.中鐵資源集團(tuán)有限公司金屬事業(yè)部，北京 100039； 3.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083)

淺談空氣間隔器在中深孔爆破施工中的應(yīng)用*

彭廷華1,宮明山2,梁廣妍3

(1.成都中材建設(shè)工程公司， 四川 成都 610017； 2.中鐵資源集團(tuán)有限公司金屬事業(yè)部，北京 100039； 3.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083)

針對山腦石灰石礦山中深孔爆破施工中存在的問題，采用空氣間隔器，獲得了裂隙、巖溶比較發(fā)育的石灰石礦山中深孔爆破的合理參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)，降低了爆破大塊率、減少了飛石對周邊環(huán)境的危害，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

空氣間隔器；中深孔爆破；石灰石礦山

幾十年來，在國內(nèi)外中深孔爆破中，有關(guān)空氣間隔技術(shù)的理論研究和實(shí)驗(yàn)[1-3]，在改善爆破效果、降低炸藥單耗、減少飛石等方面取得了明顯效果[4-5]。

山西潞城市卓越水泥有限公司山腦石灰石礦為改善爆破效果，減少因巖溶、裂隙發(fā)育的地帶中深孔爆破飛石對周邊環(huán)境的干擾，降低炸藥單耗，在結(jié)合巖粉間隔的基礎(chǔ)上，利用空氣間隔器[6]進(jìn)行了10個爆區(qū)共300炮孔的現(xiàn)場試驗(yàn)，取得了較好的效果。

1 空氣間隔器

1.1 結(jié)構(gòu)特性

空氣間隔器是中深孔爆破中進(jìn)行空氣間隔裝藥的充氣式氣囊塞，氣囊塞由二層高壓聚乙烯膜壓制成圓桶狀密封袋，袋內(nèi)裝有貯氣瓶，袋外套用編織袋縫制增加強(qiáng)度的外包裝，間隔器由20 m高強(qiáng)度錦倫線連接收線柄，貯氣瓶由拉提式發(fā)氣裝置給密封袋充氣，外型直徑50～60 mm，長度500～600 mm，充氣時間10 s、壓強(qiáng)為0.06 MPa。

1.2 作用

(1) 降低了爆炸沖擊波的峰值壓力，減少了炮孔周圍巖石的過粉碎；

(2) 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(dāng)這種二次應(yīng)力波的壓力波超過巖石的極限破裂強(qiáng)度(表示裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展所需的壓力)時，巖石的微裂隙將得到進(jìn)一步擴(kuò)展；

(3) 延長了應(yīng)力的作用時間，沖擊波作用于堵塞物或孔底后又返回到空氣間隔中，由于沖擊波的多次作用，使應(yīng)力場得到增強(qiáng)的同時，也延長了應(yīng)力波在巖石中的作用時間；若空氣間隔置于藥柱中間，炸藥在空氣間隔兩端所產(chǎn)生的應(yīng)力峰值相互作用可產(chǎn)生一個加強(qiáng)的應(yīng)力場；

(4) 當(dāng)遇到巖溶、裂隙比較發(fā)育的巖層時，使用空氣間隔器可避免形成集中藥包，造成裝藥相對集中，形成大量飛石對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的干擾；同時巖石破碎效果不好，大塊率高。

1.3 操作方法

待炮孔鉆掘完畢，根據(jù)礦巖種類、性質(zhì)、巖層情況，確定單孔裝藥高度，一般情況下，采用中間間隔裝藥，即先裝填一段藥柱，安裝引爆炮頭，加蓋少許炸藥蓋住雷管，再放入一只間隔器，根據(jù)錦倫拉線刻度標(biāo)示，確定要間隔的深度，將間隔器輕輕上提到所需的高度，固定好拉線，然后上提2 m左右，丟開拉線，讓間隔器自由落下，同時靠慣性拉開發(fā)氣裝置。數(shù)秒后氣囊充氣完成，繼續(xù)上部孔裝填炸藥，再安裝引爆炮頭，礦渣填實(shí)炮孔，單孔裝填完成。

2 作業(yè)環(huán)境與地質(zhì)條件

山西潞城時卓越水泥有限公司山腦石灰石礦山爆破作業(yè)區(qū)域?yàn)榛纳狡?，礦石為石灰石，零星分布第四系碎石土、浮土、雜草等。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，呈簡單的單斜巖層產(chǎn)出，產(chǎn)狀平緩，有寬緩的波狀起伏現(xiàn)象，表現(xiàn)為巖層產(chǎn)狀與坡向相近?？傮w產(chǎn)狀：傾向南西，傾角一般為5°～15°。礦區(qū)內(nèi)西部大采場內(nèi)有一條走向56°，傾向326°，傾角60°的正斷層，斷距約6 m。采場內(nèi)可見下盤底部的O2f1地層中的白云巖出露。個別地段裂隙、巖溶比較發(fā)育。巖石堅固性系數(shù)f=6～8。

3 爆破工藝及參數(shù)

3.1 爆破作業(yè)方式

臺段高度12 m，采用KGH6型露天潛孔鉆車鉆鑿炮孔進(jìn)行中深孔爆破。

3.2 爆破參數(shù)

臺階深孔爆破采用多排孔非電導(dǎo)爆管雷管逐孔爆破，使用散裝2#巖石膨化硝銨炸藥為主爆藥，采用非電導(dǎo)爆管雷管逐孔爆破。

生產(chǎn)中采用的爆破參數(shù)為：炮孔直徑115 mm;炮孔深度13.5 ～14 m(臺階高度12 m);炮孔傾角：75°;炮孔底盤抵抗線w23.5～4.5 m;炮孔間距A4～6.5 m;炮孔排距3～4 m(炮孔呈菱形布置);每次爆破排數(shù) 2～3排;每次爆破孔數(shù)30～40孔;炮孔填塞長度≥3 m(填塞材料為鑿巖石粉);延米爆破礦量≥21 m3;單位炸藥消耗量 約0.30～0.40 kg/m3。

3.3 鉆 孔

按中深孔爆破參數(shù)進(jìn)行作業(yè)，在穿孔過程中如遇巖溶或裂隙無法鉆進(jìn)至設(shè)計位置的炮孔，做好施工記錄，并且做好孔標(biāo)志(孔的位置、裂隙或巖溶的高度)

3.4 裝 藥

裝藥方法：為提高裝藥密度和裝藥集中度，一般采用散裝炸藥。裝藥過程中隨時丈量藥柱的高度，空氣間隔器置于下部藥柱(下部藥柱藥量為單孔藥量的2/3～3/4)頂端1.5～2.2 m位置處。粉狀炸藥通過漏斗往孔內(nèi)裝填，用炮棍搗實(shí)保證裝藥密度。潮濕有水的炮孔，使用Φ90 mm的乳化藥卷，每筒藥卷的重量3 kg。邊坡孔光爆采用不耦合裝藥，可將小藥卷綁在竹片上，以增加裝藥長度。

裝藥結(jié)構(gòu)：一般采用空氣間隔器間隔裝藥結(jié)構(gòu)(間隔長度1.8～2.5 m)。

完全傳爆措施：為避免超過傳爆長度而引起藥柱爆炸不完全，應(yīng)在裝藥段的上部和下部1/3處各裝一個起爆藥卷。每孔4發(fā)起爆管。

起爆藥卷的重量1～3 kg。每個起爆藥卷插入1個起爆雷管，雷管的聚能穴應(yīng)指向藥柱傳爆方向，及雙向起爆(孔底雷管聚能穴朝上，孔口雷管聚能穴朝下)。

裝入起爆藥卷后用炮棍裝填上部的炸藥時，必須輕填、輕壓，并應(yīng)保護(hù)好起爆線路。操作中嚴(yán)禁用炮棍撞擊阻塞在深孔內(nèi)的起爆藥卷。

裝藥前，應(yīng)將孔口周圍半徑70 cm內(nèi)的一切巖塊、雜物及孔內(nèi)堵塞物清除干凈。裝藥過程中必須防止異物掉入孔內(nèi)造成裝藥困難或裝藥間隔引起藥柱不傳爆。

3.5 堵 塞

⑴ 堵塞長度：為提高爆破效果和控制飛石的距離，必須保證合理的堵塞長度。堵塞長度一般應(yīng)不得短于最小抵抗線的0.8倍；或按炮孔直徑確定：不允許有飛石時，堵塞長度l0=(30～35)d；允許有飛石時，堵塞長度l0=(20～25)d。邊坡光爆孔堵塞長度，在孔口1～1.5 m內(nèi)用粘土堵塞。

⑵ 堵塞材料：緊靠炸藥一段和孔口段(大于1 m)應(yīng)用炮泥堵塞，但不得混入石塊。光爆孔孔口段必須用炮泥堵塞。

⑶ 堵塞方法：堵塞材料應(yīng)分次填入，每填塞600 mm左右用炮棍搗實(shí)。操作中應(yīng)妥善保護(hù)起爆線路：嚴(yán)防打折、拉得過緊或石塊掉入孔內(nèi)而損壞起爆線路。

選用炮泥(鉆孔留下的巖粉)進(jìn)行堵塞，堵塞長度不得低于設(shè)計堵塞長度。

4 工程應(yīng)用

山腦石灰石之前的爆破中，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)和巖粉間隔裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥平均單耗0.16 kg/t,在爆破中存在的問題是：爆破飛石過遠(yuǎn)，炸藥單耗高，礦石破碎不均勻，裝藥段礦石過粉碎，堵塞段大塊多。

為了解決該礦山爆破施工存在的問題，進(jìn)行了空氣間隔器的試驗(yàn)。部分爆區(qū)使用情況見下表1。

在山腦石灰石礦山使用空氣間隔器后，有效節(jié)省了炸藥量，炮孔孔徑115 mm，孔深12 m，間隔高度1.5～1.9 m，單孔節(jié)省炸藥12.75～16.15 kg。巖石破碎程度得到有效提高，爆破后，爆堆松散，表面礦塊均勻，大塊減少，減小了爆破飛石對周邊環(huán)境的干擾，爆破面排列線整齊。

5 結(jié) 論

通過在山腦石灰石礦山使用空氣間隔器，有效節(jié)省了炸藥量，巖石破碎程度提高，爆破后，爆堆松散，表面礦塊均勻，大塊減少，爆破面排列線整齊。采用此類裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行爆破施工前，炸藥單耗0.35 kg/m3，大塊率控制在10%以內(nèi)(三個月的統(tǒng)計值)，爆破飛石最遠(yuǎn)達(dá)到450 m；改用此類空氣間隔器裝藥結(jié)構(gòu)后，炸藥單耗0.26 kg/m3，大塊率控制在2%以內(nèi)(三個月的統(tǒng)計值)，爆破飛石最遠(yuǎn)120 m，爆破飛石擾民得到了緩解，為該礦山后期采礦取得了好的經(jīng)驗(yàn)，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

表1 部分爆區(qū)使用狀況

[1]張樹福.露天礦深孔爆破參數(shù)的確定[J].呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報，2006, 14(5): 102-103.

[2]唐信來，鄧重陽，王恒富，等.空氣間隔器在新橋硫鐵礦爆破中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2007(3).

[3]吳從清，張正宇.長空氣間隔深孔預(yù)裂爆破初步試驗(yàn)[J].爆破，2003, 20 (增): 63-64.

[4]吳從師，齊寶軍，劉宇峰.邊坡分段裝藥包孔的壓力變化與爆破效果[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2001, 20(4): 414-416.

[5]顏事龍.現(xiàn)代工程爆破理論與技術(shù)[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007 : 30-31.

[6]陳壽如，等. 空氣間隔器使用合理性論證[R]. 長沙:中南大學(xué)，2006.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51374035).

2014-07-21)

彭廷華(1970-)，男，重慶開縣人，本科，工程師，主要從事采礦工藝及施工技術(shù)方面的研究工作，Email: 2385701058@qq.com。