中深孔逐孔起爆和分段裝藥技術(shù)在冶金輔料礦山系統(tǒng)的應(yīng)用

白勇

摘 要：在冶金輔料礦山系統(tǒng)中深孔臺階爆破中，成功地運用了分段裝藥和逐孔起爆先進工藝技術(shù)，大大降低了爆破大塊率，提高了爆破效果，有效降低采礦成本。并且達到了降低爆破震動危害、減少飛石影響的良好效果。

關(guān)鍵詞：分段裝藥；逐孔起爆；采礦成本；爆破震動

中圖分類號：TD235.39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0053-02

1 概 述

冶金輔料礦山爆破工序作為礦山開采的最為重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)爆破中，過去一直采用排間斜線起爆方式，一方面爆破效果不理想，大塊、底根較多，爆堆松散度差，造成后續(xù)生產(chǎn)工藝成本偏高；另一方面，該起爆方式引起的爆破震動較大，對采場最終邊幫、采場南部周邊建構(gòu)筑物的影響較大。爆破工序嚴(yán)重影響著采礦速度、安全和成本。因此，優(yōu)化爆破工藝技術(shù)，提高爆破質(zhì)量對整個礦山開采有著尤為重要的意義。

2 礦區(qū)地質(zhì)和穿爆情況簡介

礦區(qū)位于華北地臺塊的山西臺背斜的東北部，區(qū)內(nèi)地勢北高南低，最高標(biāo)高979.9 m，最低標(biāo)高738.17 m，相對高差241.73 m。礦區(qū)地層主要為下元古界滹沱超群東冶群瑤池村組和新生界第四系。礦區(qū)礦床為沉積淺變質(zhì)型礦床。礦體與下盤千枚巖呈明顯的整合接觸。

礦區(qū)礦層基本全部出露地表，礦體呈一緩傾伏向斜產(chǎn)出，礦體走向由南西—北東，傾向南東157 °，傾角12 °～45 °，礦體在礦區(qū)范圍內(nèi)出露長660 m，寬度100 ～400 m，平均寬250 m，礦體最小埋深0 m，最大埋深235 m。

受區(qū)域構(gòu)造的影響，礦區(qū)構(gòu)造形成NE—SW方向的大小斷層十余個，巖層形成一橢圓狀環(huán)形內(nèi)斜式向斜，主要軸向呈NE30 °～40 °，傾向SE，傾角10 °～20 °。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育著兩組節(jié)理。

該礦山以前采用臺階高度10 m，礦區(qū)未進行分類礦巖可爆性分區(qū)和分級，φ150潛孔鉆穿孔，孔徑φ150 mm，孔深11.5±0.5 m，全部4×6m孔網(wǎng)梅花形布孔，底盤抵抗線3.5 m，多排孔排間微差起爆，柱狀連續(xù)裝藥，單位炸藥消耗量0.7 kg/m3，炸藥單耗2 750 kg/萬t，每次爆破用藥15～20 t。

存在的主要問題是：礦石塊度合格率低，部分爆堆大塊率過高，而部分爆堆粉礦率過高；局部甚至大面積根底；爆堆礦石塊度不均，下部粉礦多；盲炮多，爆破震動大。

3 中深孔爆破工藝技術(shù)優(yōu)化

根據(jù)對影響爆破效果的原因分析，結(jié)合礦區(qū)的具體條件，主要采取了以下優(yōu)化措施提高爆破質(zhì)量。

3.1 礦區(qū)礦巖合理分區(qū)，不同區(qū)域采取不同的孔網(wǎng)參數(shù)

礦區(qū)穿孔設(shè)備和開采臺階已定，調(diào)整爆破的孔網(wǎng)參數(shù)主要是依據(jù)礦區(qū)地質(zhì)對礦巖合理分區(qū)，然后在已經(jīng)確定的礦巖分區(qū)內(nèi)確定炮孔密集系數(shù)m。

礦區(qū)根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)特征結(jié)合破碎系統(tǒng)要求將采區(qū)大致分兩個區(qū)域，采區(qū)南部解理裂隙較發(fā)育，礦巖松軟，層面多且層間距小，炮孔排面和主結(jié)構(gòu)面走向接近平行，為了避免孔間裂隙過早生成而泄露爆轟氣體，炮孔密集系數(shù)取2.0～2.1m；采區(qū)北部有兩個大的斷層經(jīng)過，礦巖硬度大，解理裂隙面傾角達70度，炮孔密集系數(shù)m取值較小，根據(jù)經(jīng)驗取1.7。

根據(jù)破碎系統(tǒng)破碎口給礦口徑要求和鏟裝設(shè)備能力，將礦石和巖石大塊粒度 進行定義，礦石粒度≤0.8 m3，巖石粒度≤1.2 m3。

根據(jù)以上分析，確定合理的爆破孔網(wǎng)參數(shù)為：

采區(qū)南部：

孔距a=mWd=1.8～2.0×3.5=6.3～7 m；

排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m

采區(qū)北部：

孔距a=mWd=1.7×3.5=6 m；

排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m；

對局部裂隙發(fā)育、靠近斷層帶處采用孔距7 m，排距3 m。

3.2 利用逐孔起爆方式起爆

3.2.1 逐孔起爆技術(shù)的特點

爆破工作是采礦工作的重要組成部分，爆破效果和爆破震動受爆破器材質(zhì)量、爆破參數(shù)、起爆順序、巖石性質(zhì)、節(jié)理裂隙等諸多因素的影響。在現(xiàn)場爆破中，許多難以預(yù)期的因素，往往使爆破效果和爆破震動不可控。

但是，在同等爆破條件下，根據(jù)巖石爆破破碎的動力過程，合理分配各孔的起爆順序，確保各孔之間的精確毫秒延期，能夠充分利用炸藥能量改善爆破效果，同時明顯降低爆破地震效應(yīng)，通過為每個炮孔創(chuàng)造更多的自由面，實現(xiàn)爆炸應(yīng)力波的多次反射，加強相鄰炮孔之間的巖石碰撞，進一步改善爆破效果，使破碎塊度更加均勻，使大塊和底根數(shù)量減少。

逐孔起爆技術(shù)核心是單孔延時起爆。依靠非電高精度毫秒導(dǎo)爆管雷管，實現(xiàn)爆區(qū)內(nèi)任何一個炮孔爆破時，在空間和時間上都是按照一定的起爆順序單獨起爆，這樣可以人為地為每個炮孔準(zhǔn)備最充足的自由面。利用逐孔起爆技術(shù)，每個炮孔在起爆前，其前方和側(cè)方的炮孔已經(jīng)爆炸，并為該孔備出了至少3個以上的自由面，因此巖石爆破所需要拋散能量大大降低，同時，合理選擇孔間和排間微差時間可以充分利用巖石破碎后的拋散能量，增加相臨炮孔間巖石的空中碰撞次數(shù)，從而顯著改善了爆破塊度。

此外，由于多個新生自由面的出現(xiàn)，該孔藥柱爆炸后產(chǎn)生的應(yīng)力波傳至新自由面后將同時發(fā)生反射，應(yīng)力波同時抵達藥包位置，反向拉伸波在傳播過程中首先在自由面接觸，然后依次向著藥包位置在單孔爆破區(qū)內(nèi)各點處發(fā)生疊加，拉應(yīng)力強度大大提高，降低了巖石破碎時彈性變形能的損失，從而降低了炸藥單耗，并極大改善了巖石爆破破碎效果。

3.2.2 孔間與排間逐孔延期時間的選擇

在逐孔起爆技術(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，分為地表延期網(wǎng)絡(luò)和孔內(nèi)延期網(wǎng)絡(luò)，孔間延期決定塊度，排間延期決定爆堆松散度。其中地表延期合理微差時間的選擇是關(guān)鍵。地表延期導(dǎo)爆管雷管（4號雷管），根據(jù)爆破動載理論和爆震最小的要求，結(jié)合鉆孔孔徑為150 mm，確定控制排孔與孔之間的延期時間間隔為3～8 ms/m，取25 ms，分傳爆列孔與孔之間的延期時間間隔為15～30 ms/m，取65 ms?？變?nèi)導(dǎo)爆管雷管（8號加強雷管），延期時間均為400 ms。具體爆破地表網(wǎng)絡(luò)連接，如圖1所示。

通過利用逐孔起爆方式起爆，爆破后，爆堆前伸12～18 m，整體移動性好，爆堆表面隆起1～3 m，滿足鏟裝高度，爆區(qū)內(nèi)部巖石破碎較均勻，松散度較好，爆區(qū)內(nèi)部存在大塊的可能性較??；爆區(qū)最后排炮孔沉降2～4 m，無后沖和后翻現(xiàn)象；實現(xiàn)了“反向起爆”，松動爆破區(qū)內(nèi)沒有產(chǎn)生飛石，為安全生產(chǎn)提供了保障，同時大大降低了根底出現(xiàn)的概率。

3.2.3 爆破震動測試

采場部分最終邊幫位于地質(zhì)情況復(fù)雜區(qū)段，且高度較大（目前最大高度70 m），對爆破地震反應(yīng)強烈；采場南部周邊建構(gòu)筑物距爆區(qū)的最小距離約46 m，其對爆破震動反應(yīng)亦很敏感，因此，解決爆破震動過大問題成了當(dāng)務(wù)之急。為了確保安全生產(chǎn)，對比逐孔起爆方式在降震方面的表現(xiàn)，定量評價爆破震動等級，以便采取相應(yīng)措施，企業(yè)委托澳瑞凱公司，進行了5次爆破震動測試，綜合測試結(jié)果，見表1。

另外，將位于同一區(qū)段，地質(zhì)條件基本一樣的兩次爆破的詳細(xì)分析，從爆破震動測試結(jié)果可以看出，采用澳瑞凱高精度導(dǎo)爆管雷管和逐孔起爆方式，爆破震動速度可降低35%～40%以上，降震效果明顯。

3.3 優(yōu)化裝藥結(jié)構(gòu)

采用空氣間隔裝藥技術(shù)和分段裝藥技術(shù)相結(jié)合。

由于孔口充填部分沒有炸藥，并且在一定深度范圍受上一次爆破影響，容易形成大塊。為克服空口大塊的產(chǎn)生，同時減少根底，采用了分段裝藥結(jié)構(gòu)。底部裝藥55%，充填1～1.5m后再裝45%的炸藥，最后進行孔口回填。

同時，為了克服底部礦石過于粉碎的問題，在底部裝藥時采取了空氣間隔裝藥技術(shù)，在底部先放入0.5～0.8m的空氣柱再裝藥。

4 效果分析

通過爆破工藝技術(shù)優(yōu)化，大大提高了爆破質(zhì)量，爆破大塊率在原有的基礎(chǔ)上減少了25%，粉礦率降低了20%，延米爆破量由原來的48 t/m提高到55 t/m，炸藥單耗由原來的2 750 kg/萬t減少為2 200 kg/萬t。同時由于加強了現(xiàn)場鉆孔作業(yè)管理和爆破作業(yè)管理，基本上消除了邊墻和根底的產(chǎn)生，也降低了爆破成本和整個采礦工序成本。

5 結(jié) 語

隨著爆破技術(shù)的不斷提高和新型爆破器材的應(yīng)用，礦山爆破質(zhì)量大大提高，爆破精確度和安全有了保障。該礦山通過爆區(qū)分區(qū)管理，調(diào)整爆破孔網(wǎng)參數(shù)、逐孔起爆、調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)等技術(shù)的應(yīng)用，在減少大塊率、降低粉礦率、提高爆破安全方面收到了良好的效果。

參考文獻：

[1] 郭進平，聶興信.新編爆破工程實用技術(shù)大全[M].北京：光明日報出版 社，2011.

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