一種新型組合式預(yù)裂藥柱的應(yīng)用探討

馬傳賢

（山西中煤平朔爆破器材有限責(zé)任公司，山西 朔州 036006）

一種新型組合式預(yù)裂藥柱的應(yīng)用探討

馬傳賢

（山西中煤平朔爆破器材有限責(zé)任公司，山西 朔州 036006）

從設(shè)計(jì)方法和施工工藝上對新型組合式預(yù)裂藥柱的應(yīng)用做進(jìn)一步的探討，以平朔東露天礦預(yù)裂爆破應(yīng)用為例，詳細(xì)闡述其在露天爆破中的應(yīng)用。

組合式；預(yù)裂藥柱；應(yīng)用

1 技術(shù)背景

預(yù)裂爆破是一種能夠很好的保護(hù)露天礦區(qū)臺階坡面或永久邊坡處的爆破作業(yè)區(qū)附近預(yù)留巖體的爆破施工方法。在爆破開挖區(qū)主炮孔引爆前引爆，在開挖區(qū)與保留區(qū)之間形成一條與開挖區(qū)邊界一致的具有一定寬度要求的裂縫，以此達(dá)到防震、減震的效果，能夠提高一次起爆藥量，減少開挖區(qū)爆破地震波對保留區(qū)內(nèi)地下構(gòu)筑物或地上建筑物受到的爆破振動危害效應(yīng)，從而預(yù)防了開挖區(qū)爆破時(shí)對保留區(qū)邊坡的破壞，減少了爆破對邊坡穩(wěn)定性的破壞和清幫工作量，起到加快施工進(jìn)度的目的。經(jīng)過預(yù)裂爆破，開挖區(qū)被挖走，而保留區(qū)壁面相對十分穩(wěn)定且完整光滑。從安全方面來講，它能夠保證被保留巖體不被或者很少的被破壞，保證巖體的穩(wěn)定性；從經(jīng)濟(jì)的角度講，它能夠減少不必要的超挖，并且減少或者避免邊坡噴錨的費(fèi)用；從美觀方面講，壁面看起來十分整齊，不像普通爆破形成的壁面那樣不規(guī)則。預(yù)裂爆破技術(shù)的關(guān)鍵是預(yù)裂孔的破壞控制和預(yù)裂縫隙的形成及其質(zhì)量，以達(dá)到滿足保留區(qū)邊坡面上的半孔率、坡面不平正度和裂紋深度及阻震、減震的技術(shù)要求[1]。預(yù)裂爆破的發(fā)展已有30多年的歷史，在工程實(shí)踐中，技術(shù)人員從理論和運(yùn)用技術(shù)方面已總結(jié)出了許多經(jīng)驗(yàn)，并在水利工程建設(shè)、巖石基礎(chǔ)、邊坡甚至洞室等石方爆破開挖、石材開采和城市保留控制爆破拆除等方面的運(yùn)用取得了可喜的成果。但在理論上還不成熟，至今還沒有一套公認(rèn)通用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，施工工藝上也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而新型組合式預(yù)裂藥柱的發(fā)明使預(yù)裂爆破系統(tǒng)化成為了可能，大大簡化了設(shè)計(jì)的計(jì)算和施工工藝。從設(shè)計(jì)方法和施工工藝對新型組合式預(yù)裂藥柱的應(yīng)用做進(jìn)一步的探討，以平朔東露天礦預(yù)裂爆破應(yīng)用為例，詳細(xì)闡述其在露天爆破中的應(yīng)用[2]。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

平朔礦區(qū)地處山西省寧武煤田的北端，位于朔州市平魯區(qū)和朔城區(qū)之間，南北距離長度約為23 km，東西距離長度約為22 km，井田面積139 km2[3]。礦田主要含煤層為石炭二迭系，厚度130 m左右，主要可采煤層有3層，總厚度26 m，分別是4#中灰低硫煤、9#低灰中硫煤和11#高灰高硫煤，煤種為氣煤[4]。平朔礦田內(nèi)基層巖石大多數(shù)屬于半堅(jiān)硬巖石夾有一定量的弱層和堅(jiān)硬層。地下水較少，巖石強(qiáng)度較高，且強(qiáng)度差別不大，礦巖密度平均指標(biāo)為：第四系1.95 t/m3，粗砂巖 2.53 t/m3，中砂巖 2.36 t/m3，細(xì)砂巖2.48 t/m3，砂質(zhì)泥巖 2.52 t/m3，煤 1.49 t/m3。巖層的完整性也比較好，具體巖層參數(shù)見表1。

表1 巖石力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

3 原預(yù)裂爆破技術(shù)與新型藥柱預(yù)裂爆破實(shí)驗(yàn)對比

3.1 炮區(qū)概況

以平朔安太堡露天礦1300平盤為預(yù)裂爆破實(shí)驗(yàn)區(qū)，臺階高度為16 m，共設(shè)計(jì)鉆孔149個(gè)預(yù)裂孔，孔徑為110 mm，其中80個(gè)采用組合式藥柱裝藥，67個(gè)采用銨油裝藥，共149個(gè)炮孔，前后兩端炮孔2個(gè)孔不裝藥，預(yù)裂面長度約為147 m，主炮區(qū)炮孔深度為17～18 m，邊坡預(yù)裂孔平面布置如圖1所示。

圖1 邊坡預(yù)裂孔平面布置

3.2 具體相關(guān)孔網(wǎng)參數(shù)

預(yù)裂爆破效果的好壞不僅與預(yù)裂孔的孔網(wǎng)參數(shù)相關(guān)，還與相鄰的主炮區(qū)炮孔參數(shù)息息有關(guān)。如果預(yù)裂炮孔距離主炮孔的參數(shù)不合理，往往會導(dǎo)致預(yù)裂孔被破壞，造成預(yù)裂爆破效果不明顯。①預(yù)裂孔具體孔網(wǎng)參數(shù)見表2。②相鄰主炮區(qū)的后排孔具體相關(guān)參數(shù)見表3。

3.3 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)

表2 預(yù)裂孔具體孔網(wǎng)參數(shù)

表3 相鄰主炮區(qū)的后排孔具體孔網(wǎng)參數(shù)

80個(gè)孔采用組合式藥柱裝藥線裝藥密度為550 g/m，底部加強(qiáng)裝藥為600 g/m，頂部少裝藥為450 g/m，每孔裝8～11個(gè)藥柱，組合式藥柱直徑為450 mm，長度為0.5 m，每個(gè)藥量為750 g，組合式預(yù)裂藥柱裝藥結(jié)構(gòu)如圖2。67個(gè)孔采用銨油炸藥裝藥，裝藥密度為1 100 g/m，分層裝藥，銨油炸藥裝藥結(jié)構(gòu)如圖3。

圖2 組合式預(yù)裂藥柱裝藥結(jié)構(gòu)

圖3 銨油炸藥裝藥結(jié)構(gòu)

3.4 起爆網(wǎng)路連接

炮孔內(nèi)外用導(dǎo)爆索連接引爆，因預(yù)裂爆破原則上應(yīng)先于主爆區(qū)起爆，預(yù)裂孔應(yīng)先于相鄰炮孔起爆時(shí)間不得小于100 ms，以保證預(yù)裂面對主爆孔的防震作用，所以使用瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管先起爆預(yù)裂孔，然后起爆主炮孔，保證了預(yù)裂孔先與主炮孔起爆的間隔時(shí)間[5]。預(yù)裂爆破采用雙回路導(dǎo)爆索連接并采用雙向起爆方式,即在預(yù)裂爆破網(wǎng)路兩端均連接同段雷管一同起爆。為進(jìn)一步確保預(yù)裂孔爆破網(wǎng)路的安全，在其上方適當(dāng)?shù)母采w一層沙袋保護(hù)。在有拉裂孔或輔助孔時(shí),則拉裂孔要與最后一排主爆孔同時(shí)起爆，兩者同時(shí)存在時(shí)，輔助孔比拉裂孔后爆的效果優(yōu)于與拉裂孔齊爆[6]。

3.5 堵塞

堵塞按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行堵塞，組合式預(yù)裂藥柱的預(yù)裂孔上部堵塞2 m，用長度1 m的空氣間隔器把堵塞黏土與藥柱隔開。銨油炸藥的預(yù)裂孔上部3m堵塞方式與邊坡藥柱相同，其它間隔堵塞用空氣氣囊隔開。堵塞時(shí)應(yīng)注意保護(hù)好引線，應(yīng)用石頭或其他固定物綁好引線，以防藥柱掉入孔內(nèi)[7]。

3.6 材料消耗

試驗(yàn)過程中對2種預(yù)裂爆破方式的材料消耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)匯總，材料消耗統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 材料消耗統(tǒng)計(jì)

3.7 爆破效果對比

經(jīng)過在相同的巖層結(jié)構(gòu)和孔網(wǎng)參數(shù)下爆破試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，新型組合式藥柱預(yù)裂爆破技術(shù)比傳統(tǒng)的預(yù)裂爆破技術(shù)效果較好。傳統(tǒng)簡易銨油炸藥預(yù)裂爆破技術(shù)未能形成平整的輪廓面。而新型組合式藥柱預(yù)裂爆破形成的半孔率達(dá)到了85%左右，有效的保護(hù)了預(yù)留巖石，起到了良好的減震、保護(hù)邊坡的作用。

4 新型組合式預(yù)裂藥柱的主要特點(diǎn)

新型預(yù)裂起爆藥柱為組合式藥柱。藥柱殼體輕便簡易，藥柱殼體內(nèi)裝有主裝藥，殼體的頭部和尾部兩端分別設(shè)置內(nèi)外可以組裝的旋轉(zhuǎn)螺紋，每2個(gè)藥柱殼體可以通過螺紋連接。在藥柱殼體外表面兩側(cè)設(shè)有對稱的長條凹槽，用于把導(dǎo)爆索很好的固定在藥柱兩側(cè)，從而避免了導(dǎo)爆索與孔壁的摩擦，提高了裝藥過程的安全性，其次能夠更好的使導(dǎo)爆索與藥柱殼體內(nèi)的炸藥接觸，大大增加了起爆性能的可靠性。并在2個(gè)藥柱殼體連接處設(shè)置了簡易支架，支架把藥柱均勻的支持在孔內(nèi)，使藥柱盡與周圍孔壁保持相等的空間距離。支架外圓表面上開有若干個(gè)排水孔，使流入炮孔內(nèi)的水順利排放到下部，防止藥柱和導(dǎo)爆索長時(shí)間的受到水的浸濕，只需底部防水處理。支架還留有一個(gè)導(dǎo)爆索穿過的通道，方便連接導(dǎo)爆索，使導(dǎo)爆索通過支架時(shí)固定在導(dǎo)爆索槽內(nèi)[8]。此藥柱具有精確裝藥，能量可調(diào)，操作簡單，預(yù)裂效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。預(yù)裂藥柱組合示意圖如圖4，藥柱支架示意圖如圖5。

圖4 預(yù)裂藥柱組合示意圖

圖5 藥柱支架示意圖

5 結(jié)語

通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)證明，銨油炸藥粗放式裝藥預(yù)裂爆破往往裂縫不能成行，或半孔率成型率不高，預(yù)留巖體未受到很好的保護(hù)，預(yù)裂效果不夠理想。而新型邊坡預(yù)裂藥柱通過精細(xì)的設(shè)計(jì)，在起爆藥柱的殼體上設(shè)置導(dǎo)爆索凹槽和螺紋，確保導(dǎo)爆索最大面積和藥柱接觸，提高了產(chǎn)品的起爆率，通過藥柱支架確保藥柱在炮孔的中央，使藥柱爆破時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓氣體能夠與炮孔壁四周均勻的作用，達(dá)到了對炮孔四周平衡穩(wěn)定的破碎效果，形成了光滑平整的輪廓面，有效的提高了半孔成型率，達(dá)到良好預(yù)裂爆破效果，且與傳統(tǒng)的其它預(yù)裂爆破施工方法相比，它組裝連接方便，操作簡單，安全性能高，施工效率能夠大大提高。

［1］ 韋學(xué)忠.預(yù)裂爆破技術(shù)在大峰露天煤礦邊坡保護(hù)工程中的應(yīng)用［J］.露天采技術(shù)，2013（12）：11-12.

［2］ 梁衛(wèi)國.關(guān)于預(yù)裂爆破技術(shù)在大型地下廠房開挖施工中應(yīng)用研究［J］.工程技術(shù)，2015（34）：33-33.

［3］ 張銀洲，陸倫，董萬江.平朔礦區(qū)主要環(huán)境巖土工程問題及對策［J］.露天采礦術(shù)，2010（6）：76-78.

［4］ 張旺，黃健.論平朔礦區(qū)生產(chǎn)地質(zhì)勘探工作［J］.露天采煤技術(shù)，1998（2）：14-15.

［5］ 劉建華.預(yù)裂爆破技術(shù)的運(yùn)用［C］∥第五屆全國礦山采選技術(shù)進(jìn)展報(bào)告會論文集.2006：50.

［6］ 王龍，李景陽，劉懷林，姚磊.邊坡預(yù)裂爆破施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用［J］.工程技術(shù)，2015（11）：36-37.

［7］ 楊祖光.炮孔爆破堵塞問題的研究［J］.爆破，1985（4）：8-13.

［8］ 葉新榮，祁茂富，劉曉明.組合式預(yù)裂起爆藥柱在東露天礦邊坡預(yù)裂爆破中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2014（12）：1-2.

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Discussion on the application of a new combined pre-splitting explosive column

MA Chuanxian
(Shanxi China Coal Pingshuo Explosion Equipment Co.,Ltd,Shuozhou 036006,China)

This article further explores the application of new combination pre-splitting column from the design method and construction technology.Taking the pre-splitting blasting application in Pingshuo East Open-pit Mine as an example,the article elaborates its application in open-pit mine blasting.

combined;pre-splitting explosive column;application

TD235.4

B

1671－9816（2017）07－0025－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.07.007

馬傳賢.一種新型組合式預(yù)裂藥柱的應(yīng)用探討［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（7）：25-27.

2017-04-01

馬傳賢（1986—），男，山西朔州人，學(xué)士，2011年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)，主要從事炸藥生產(chǎn)和現(xiàn)場爆破的安全技術(shù)工作。