逐孔起爆技術在廣信青洲水泥礦山的應用與分析

郭維揚，張喜梅，董國林，韓貞陶，張智軍，田小寶

(1.山東圣世達化工有限責任公司，山東 淄博 255200；2.澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司，山東 威海 264207)

逐孔起爆技術在廣信青洲水泥礦山的應用與分析

郭維揚1，張喜梅2，董國林1，韓貞陶1，張智軍2，田小寶2

(1.山東圣世達化工有限責任公司，山東 淄博 255200；2.澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司，山東 威海 264207)

摘要：廣信青洲水泥礦山現(xiàn)有爆破方式存在爆破振動大，爆堆挖掘效率低，及礦石破碎環(huán)節(jié)電耗高等問題。引入了高精度導爆管雷管實現(xiàn)逐孔起爆方式，對現(xiàn)有起爆方式進行升級改造。在爆區(qū)設計中，引入了三維激光掃描儀對爆區(qū)進行了整體優(yōu)化，以控制前排最小抵抗線及爆區(qū)內等時線均勻度。通過類似爆區(qū)肩并肩的對比試驗，進行了爆破振動監(jiān)測，統(tǒng)計并分析了挖掘機裝車效率及礦石破碎站數(shù)據，證實了逐孔起爆技術應用于石灰?guī)r礦山臺階爆破的技術優(yōu)勢。與現(xiàn)有普通導爆管起爆方式相比，可以降低爆破振動約30%～40%；爆堆塊度更加均勻，大塊率更低，爆堆鏟裝效率提高約15%，減少了車輛的無效等待時間；破碎站電耗平均下降了約5% 。

關鍵詞：逐孔起爆；爆破振動；鏟裝效率；電耗

廣東廣信青洲水泥有限公司位于廣東省云浮市云安縣六都鎮(zhèn)，是香港“長江基建集團”下屬全資子公司“青洲英坭(集團)有限公司” 獨資的水泥企業(yè)，目前擁有一條日產2000t和兩條4500t水泥熟料生產線。礦山年計劃石灰石開采量380萬t，落礦方式為露天臺階深孔爆破，輪式礦車運送礦石。隨著廣東廣信青洲水泥有限公司石灰石礦山安全管理水平的發(fā)展要求、周邊環(huán)境的變化以及綜合成本精細化控制的趨勢，對爆破技術提出了更高的要求，之前使用的電雷管-非電雷導爆管雷管起爆系統(tǒng)已經不能滿足礦山生產需要，引入高精度導爆管雷管及逐孔起爆技術優(yōu)化爆破效果，成為了迫切的需求。

1礦山現(xiàn)狀及存在問題分析

1.1現(xiàn)有爆破參數(shù)

礦山主要巖性為石灰?guī)r，裂隙中等發(fā)育，中等硬度，可爆性好。通常每月爆破作業(yè)15次左右，由于礦山離周邊居民區(qū)較近，為控制爆破振動，每次爆破藥量控制在5.5t以下。臺階設計高度15m，穿孔采用Φ115mm和Φ150mm兩種孔徑的鉆機；Φ115mm孔徑孔網參數(shù)4m×4m，Φ150mm孔徑孔網參數(shù)6m×4m；主爆藥采用包裝乳化炸藥或膨化硝銨炸藥；起爆系統(tǒng)為孔內7段普通導爆管雷管，孔外1～6段電雷管實現(xiàn)多孔簇連排間斜線微差起爆方式。

1.2存在的問題分析

1)爆破振動偏大。礦山距離村莊較近，最近處不足300m，因此對爆破振動控制有著較高的要求。現(xiàn)有的起爆方式一般為3～5個炮孔同段起爆，同時起爆藥量較大、爆破振動及沖擊波較高，不利于保護周邊民房及礦山自有構筑物設施安全。

2)爆破塊度不理想。普通非電導爆管雷管由于延期精度不夠，易發(fā)生跳段串段，延期時間離散度較大，易造成起爆順序紊亂，或孔間延期時間不合理，導致爆區(qū)形狀不規(guī)則起伏，爆堆松散度不好，總體大塊率偏高。造成的后果是影響了爆堆鏟裝效率及磨礦成本，在采礦場往往能看到運輸車輛排隊等鏟的情況發(fā)生。設備匹配不一致是一種嚴重的資源浪費。解決問題的方法是要么再購置新電鏟以提高挖掘能力；要么是優(yōu)化爆破效果以提高現(xiàn)有設備的鏟裝效率。

大塊率偏高也嚴重影響了后續(xù)工藝，處理大塊的破碎錘也極大地增加了成本支出。同時，整體爆破塊度偏大影響了后續(xù)的礦石破碎成本，增加了破碎站的電能消耗并影響了產量。

另外，普通導爆管雷管和電雷管質量控制標準為3‰的拒爆率，安全性能不穩(wěn)定性，易受雜散電流影響給礦山生產帶來了較大的安全風險。

2逐孔起爆技術優(yōu)勢

為了解決以上問題，廣信青洲水泥有限公司礦山引進了澳瑞凱高精度導爆管雷管及逐孔起爆技術用于生產爆破試驗。

逐孔起爆技術在國內外礦山中深孔臺階爆破已經有多個成功的使用案例，其技術核心是依靠高精度導爆管雷管的精確延時及孔內管和地表管的合理延期時間組合，使得爆區(qū)內處于同一排的炮孔按照設計好的延期時間從起爆點依次起爆，同時爆區(qū)排間炮孔按另一延期時間序列依次向后排傳爆，從而使爆區(qū)相鄰炮孔的起爆時間相互錯開；使每個炮孔從起爆點開始，在空間和時間上按照設計好的起爆順序安全單獨起爆。根據逐孔起爆的爆破過程，逐孔起爆技術有以下幾個特點：先爆炮孔為后爆炮孔多創(chuàng)造一個自由面；爆炸應力波靠自由面充分反射，加強巖石破碎；相鄰炮孔相互碰撞，擠壓增強巖石二次破碎；同段爆破藥量小，可減小爆破震動[1]。

圖1　逐孔爆破起爆順序示意圖

圖2　炮孔起爆瞬間已生成兩個動態(tài)自由面

3對比試驗及數(shù)據分析

3.1試驗階段與步驟

自2014年12月19日至2015年4月18日，在礦山各采區(qū)平臺全面進行了高精度導爆管雷管逐孔起爆技術試驗。第一階段，保持礦山原有爆破參數(shù)不變，僅替換起爆器材為高精度導爆管雷管，驗證爆破效果及鏟裝效率。Φ115mm孔網參數(shù)4m×4m；Φ150mm孔徑孔網參數(shù)6m×4m，炸藥使用膨化硝銨炸藥，2#石乳化炸藥作為起爆藥包。孔內管采用375ms和400ms，地表管控制排采用17ms、25ms和雁行列42ms、65ms。

自2015年1月19日以后，根據前期的試驗效果，重新校核與調整了爆破參數(shù)。在保證爆破效果的前提下，使得穿爆成本有所降低。新的爆破參數(shù)為：Φ115mm孔網參數(shù)4.5m×4m；Φ150mm孔徑孔網參數(shù)6m×4.5m，其他條件保持不變。同時，使用了三維激光掃描儀對爆區(qū)臺階地形進行了掃描，與Shotplus爆破設計軟件結合，生成三維爆破設計模型。圖3為設計優(yōu)化過程圖。

經過了4個多月的試驗，調整，各區(qū)域爆破參數(shù)基本得到穩(wěn)定，同時爆破效果得到了明顯改善。爆堆形狀及沉降溝控制非常理想，利于挖掘設備作業(yè)；地表漂浮的大塊也顯著的減少了。

3.2對比數(shù)據分析

3.2.1鏟裝效率

為了驗證爆破效果，對挖掘機的裝車效率進行了統(tǒng)計。平均的裝車時間是一個衡量爆堆松散度、可挖掘性的重要指標。2014年12月21號開始鏟裝到了澳瑞凱高精度管爆破的爆堆，也就是說在12月份的統(tǒng)計是混合的數(shù)據，既有原有爆堆，也有試驗區(qū)的爆堆，從1月份以后挖掘的都是逐孔起爆的試驗爆堆。

圖3　激光掃描儀結合Shotplus優(yōu)化爆破設計

按照統(tǒng)計結果，從1月份以后，平均裝車下降了約20%，約48s。以往的平均裝車時間約3′40″，現(xiàn)在則可控制在3′以內。圖4為滾動12個月的裝車時間柱狀圖。

3.2.2破碎能耗

為進一步佐證逐孔起爆的破碎效果，同時對礦山破碎站的電能消耗進行了統(tǒng)計。圖5為滾動12個月的破碎站電能消耗柱狀圖。按照統(tǒng)計結果，自1月份以來的破碎電能消耗也有所降低，平均降低約5%以上，間接證實了試驗爆區(qū)的巖石粒度級配也更加優(yōu)化，利于降低電能消耗。

圖4　卡特773E礦車裝車時間圖

圖5　滾動12個月破碎站電耗

3.2.3穿爆直接成本

在改善爆破效果，提高鏟裝效率，及磨礦電耗的基礎上，通過優(yōu)化孔網參數(shù)，使得單孔負擔面積擴大，可以進一步降低炸藥單耗及延米爆量。選取了兩組爆區(qū)實際數(shù)據比較，見表1。

4爆破振動控制與監(jiān)測

以爆破的方式破碎巖石的過程是一個能量釋放的過程。應力波的反射、拉抻作用使得巖石得以破碎，同時多余能量也會沿著大地向遠處傳播，對附近的建筑物、人員及設備產生危害。這就是爆破的振動效應，與飛石、沖擊波、有毒氣體、炮煙一起，共同構成爆破的五大公害。采用逐孔起爆方式后，在爆區(qū)起爆的每一個瞬間，只有一個炮孔起爆，同時相鄰的炮孔間都設定有一個合理的延期時間，使得炸藥能量能夠受控制的有序釋放，從而減少了應力波的疊加，減少了爆破振動。

降低爆破振動是本次對比試驗的重要目標之一。選擇3組共6個具有可比性的爆區(qū)進行了振動測試，其中爆區(qū)規(guī)模，總藥量接近，測試距離為爆區(qū)正后方200m處，測振儀選用了加拿大生產的MiniMateBlaster2臺，以驗證測試的準確性。具體的測試結果見表2。

按照表2中的測試結果，使用高精度導爆管及逐孔起爆技術的爆區(qū)，平均爆破振動速度降低了30%～40%。同時，在村莊留守的工作人員體感振動也明顯降低，非常有利于促進社區(qū)關系的和諧。

從振動測試的頻率分析，相對于排間起爆，逐孔起爆方式的振動頻率整體上移，尤其的最大峰值頻率全部處于20Hz以上，有利于建筑物的保護。同時，普通導爆管的排間微差起爆方式中，最大峰值頻率全部處于20Hz以內，更接近于一般建筑物的固有頻率。

表1　延米爆量及炸藥單耗對比

表2　爆破振動結果測試表

5結語

持續(xù)4個月的高精管逐孔起爆試驗，采用了先肩并肩對比，再逐步推廣的方式；先更換起爆系統(tǒng)，再綜合優(yōu)化爆破參數(shù)，穩(wěn)步推進，試驗成果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①穿爆直接成本有所降低，體現(xiàn)在炸藥單耗平均下降了約8%，延米爆量提高了約10%；②鏟裝效率明顯提高，平均裝車時間縮短了20%以上；③破碎站的噸礦電耗降低約5%；④爆破振動水平降低了30%～40%；⑤現(xiàn)場操作更加便捷，消除了雜散電流及靜電干擾等安全隱患。

參考文獻

[1]付天光，張威穎，趙杰，等.高強度和高精度導爆管雷管的應用[J].爆破器材，2005，34(4)：23-26.

Application&analysisofholebyholeblastingtechnologyinGuangxinQingzhouQuarry

GUOWei-yang1，ZHANGXi-mei2，DONGGuo-lin1，HANZhen-tao1，ZHANGZhi-jun2，TIANXiao-bao2

(1.ShandongShengshidaChemicalCo.，Ltd.，Zibo255200，China；2.Orica(Weihai)ExplosivesCo.，Ltd.，Weihai264207，China)

Abstract:There are some big issues using current blasting method in Guangxin Qingzhou cement quarry，including blast vibration，fragmentation and power consumption in crushing process.Introduced high precision detonator to achieve hole by hole initiation way，and upgrade current initiation system.Used 3-D laser scan to optimize blasting design，controlled minimum burden and isochron inside blasting area.Through side by side comparison，conducted vibration monitoring，collected and analysed lots of test data，fully confirmed the technical advantage of hole by hole technology using in cement quarry.Compared with plain detonators，blasting vibration reduced by 40%；fragmentation more equality and oversize rate lower；digging rate increased around 15%，and reduced invalid waiting time of truck；power consumption decreased by 5%.

Key words：hole by hole blasting；blasting vibration；digging efficiency；power consumption

收稿日期：2015-12-30

作者簡介：郭維揚(1976-)，男，經理，工程師。

中圖分類號：TD235.4

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)03-0171-04