現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥在地下中深孔爆破中的應(yīng)用

滕晏強(qiáng),曹小雙,孫 磊,郭萬召,席 韜

(北京礦冶科技集團(tuán)有限公司,北京100160)

0 引言

銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司位于江西省德興市銀城鎮(zhèn),現(xiàn)階段的礦山生產(chǎn)方式有露天開采和地下開采兩種。 地下開采首期開采范圍為-288 ～-658 m之間的銅金硫礦體和鉛鋅礦體,預(yù)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為銅硫金礦石8 000 t/d。 為摸索合理的大規(guī)模開采技術(shù)參數(shù)和施工經(jīng)驗(yàn),銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司在-288 m 中段開展中深孔采礦方法試驗(yàn)研究。

試驗(yàn)采場(chǎng)中深孔采用SADVIK DL311 鑿巖臺(tái)車,炮孔采取垂直向上扇形布置,炮孔孔徑76 mm,最大孔深19 m。 中深孔裝藥采用北京礦冶科技集團(tuán)研發(fā)的乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)和BCJ-2 型裝藥車。 它有效解決了人工裝藥和壓氣裝藥裝藥效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、深孔和水孔裝藥困難、耦合性差、裝藥反粉率高等問題。

1 乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)

乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)是用裝藥車裝載MEF移動(dòng)式地面站制備的炸藥半成品——乳膠基質(zhì)到達(dá)爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),并用裝藥車載設(shè)備將其與敏化劑按比例混合后裝入炮孔,-在炮孔內(nèi)經(jīng)化學(xué)敏化后才成為乳化炸藥[1-2]。

1.1 乳膠基質(zhì)制備

MEF 移動(dòng)式制備站是一條可移動(dòng)的自動(dòng)化連續(xù)化乳膠基質(zhì)生產(chǎn)線,它集油水相溶液制備、輸送和計(jì)量、連續(xù)乳化以及乳膠基質(zhì)的冷卻、輸送和自動(dòng)控制為一體[3-4]。 MEF 移動(dòng)式制備站制備的乳膠基質(zhì)是一種內(nèi)相高濃度的氧化鹽水溶液,外相為各類似油類的物質(zhì)所形成油包水型(W/O)連續(xù)介質(zhì),它是炸藥發(fā)展至今最具本質(zhì)安全性產(chǎn)品[5-6],其工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 MEF 移動(dòng)式制備站工藝流程

1.2 BCJ-2 型裝藥車工作原理

BCJ-2 型裝藥車主要由汽車底盤和裝藥系統(tǒng)組成,其中裝藥系統(tǒng)包括乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存及其輸送系統(tǒng)、敏化劑儲(chǔ)存及其輸送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)等組成。 裝藥系統(tǒng)的動(dòng)力來源于380 V 三相電,通過主油泵驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的馬達(dá),帶動(dòng)配料、混合、泵送機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。 完成乳膠基質(zhì)的輸送、裝填、敏化成藥,實(shí)現(xiàn)炮孔裝填和炸藥制備一體化,工作原理如圖2 所示。 乳膠基質(zhì)最終在炮孔中敏化成為乳化炸藥。 通過車載自控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)作業(yè)參數(shù)和安全參數(shù)在線監(jiān)控,系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,計(jì)量配比準(zhǔn)確[7-9]。

圖2 BCJ-2 型炸藥車工作原理

1.3 乳膠基質(zhì)要求

要求上向中深孔裝填的乳膠基質(zhì)既具有一定的黏度,又有較好的泵送流動(dòng)性。 如果黏度太大,不利于乳膠基質(zhì)的輸送,會(huì)發(fā)生裝藥壓力過高、超壓報(bào)警、堵管等問題;如果黏度太小,則上向中深孔裝藥后不穩(wěn)定,容易掉藥。 乳膠基質(zhì)的黏度隨溫度降低而增大,新制備乳膠基質(zhì)溫度達(dá)到55 ～60 ℃,不適合地下上向中深孔裝藥,需要冷卻至50 ℃以下,乳膠黏度增大到合適范圍,既滿足良好的泵送流動(dòng)性,又能保證乳膠基質(zhì)在孔內(nèi)具有良好的附著性。 為配合銀山礦業(yè)地下中深孔裝藥試驗(yàn),在原有油相基礎(chǔ)上添加5% ～10%復(fù)合蠟增稠,生產(chǎn)出來的乳膠基質(zhì)黏稠度達(dá)到47 ～60 mPa·s。 滿足60 m裝藥管輸藥不堵管,深孔裝藥不掉藥要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 工程概括

銀山礦區(qū)大部分屬低山丘陵淺切割陡坡,礦體產(chǎn)于千枚巖裂隙中,頂、底板圍巖主要為千枚巖,其次為火山碎屑巖、熔巖和次火山巖,結(jié)構(gòu)較緊密,據(jù)巖石物理力學(xué)測(cè)試,其平均抗壓強(qiáng)度27.54 ～71.45 MPa,為堅(jiān)強(qiáng)半堅(jiān)強(qiáng)巖石。 水文地質(zhì)條件復(fù)雜,預(yù)測(cè)未來礦區(qū)涌水量:正常涌水量1 000 m3/d,最大涌水量4 000 m3/d。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)應(yīng)用情況

針對(duì)銀山礦業(yè)地下中深孔爆破條件復(fù)雜,部分采場(chǎng)炮孔有較大涌水,井下生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大等問題,銀山礦業(yè)選用了能滿足多種復(fù)雜環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,并在-288 m 中段開展乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)在中深孔應(yīng)用的試驗(yàn)。 為改善地下中深孔爆破效果,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥應(yīng)用的實(shí)際特點(diǎn),對(duì)中深孔的正排排距由原先的1.6 m 調(diào)整至2.2 m,并對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)和爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。 應(yīng)用情況良好,爆后爆堆飽滿,大塊率低,礦石損失貧化率小。 2018 年4 月至2019 年6 月現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)應(yīng)用至銀山礦-288 m 中段采礦試驗(yàn)以來,累計(jì)爆破礦量25 萬t,累計(jì)單耗0.5 kg/t。

2.2.1 復(fù)雜環(huán)境裝藥

1)水孔裝藥:與粉狀銨油炸藥相比,現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥具有抗水性好,附著性強(qiáng)的特點(diǎn),能滿足孔內(nèi)較大涌水量的炮孔裝藥。

2)小孔徑裝藥:由于前一次爆破的破壞,造成炮孔錯(cuò)位、堵渣,導(dǎo)致孔徑變小。 BCJ-2 型裝藥車裝藥管管徑33 mm,能滿足炮孔變小情況下裝藥的連續(xù)性。

3)深孔裝藥:裝藥管采用了水環(huán)減阻技術(shù),有效降低乳膠基質(zhì)在裝藥管中的輸送壓力,能滿足40 m 以下深孔裝藥[10]。

2.2.2 裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔采用連續(xù)全耦合裝藥,裝藥密度1.28 kg/m3。根據(jù)扇形孔孔口炮孔密集、孔底處稀疏的特點(diǎn),為了避免因孔口部位裝藥過多而產(chǎn)生過量的粉礦,當(dāng)孔深小于8 m 的炮孔,孔口不裝藥長(zhǎng)度選取1.0 ～1.5 m;孔深大于8 m 的炮孔,孔口不裝藥長(zhǎng)度選取2.0 ～3.0 m。

2.2.3 爆破網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

爆破網(wǎng)絡(luò)采用的是導(dǎo)爆管毫秒微差起爆網(wǎng)絡(luò),孔底放置一發(fā)導(dǎo)爆管雷管和起爆具,孔內(nèi)引出的導(dǎo)爆管采取簇連(即一把抓)的連接方式。 為減少爆破震動(dòng),改善爆破效果,爆破網(wǎng)絡(luò)由原來的“排內(nèi)齊發(fā)、排間微差”簡(jiǎn)單的起爆網(wǎng)絡(luò),優(yōu)化為“排內(nèi)由中間孔向兩翼孔先后微差起爆,排間微差”的起爆網(wǎng)絡(luò)。

3 綜合效益分析

3.1 安全環(huán)保效益

現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)所使用的乳膠基質(zhì)是一種炸藥半成品,沒有雷管感度,其生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝藥等整個(gè)環(huán)節(jié)都安全可靠。 而且乳膠基質(zhì)是一種油包水型連續(xù)介質(zhì),氧化劑和還原劑充分混合,趨近于零氧平衡,爆破后產(chǎn)生的有毒有害氣體少。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

1)鉆孔成本降低。 現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)采用的全耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),與粉狀銨油炸藥相比,單孔裝藥量有較大幅度提高(現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥一般裝藥密度1.28 kg/m3,粉狀銨油炸藥一般裝藥密度0.9 kg/m3,為降低爆破單耗,調(diào)整爆破設(shè)計(jì),爆破正排排間距由1.6 m 提高到了2.2 m,累計(jì)鉆孔米數(shù)減少了37.5%。

2)炸藥和爆破器材成本降低。 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥根據(jù)爆破需要,即生產(chǎn)即用,無需儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)成本,實(shí)現(xiàn)了炸藥使用到炸藥生產(chǎn)最短環(huán)節(jié),成本也較粉狀銨油炸藥大幅降低;現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥裝藥連續(xù)性好、傳爆性能好,孔內(nèi)只需一發(fā)雷管,無需導(dǎo)爆索輔助傳爆,減少了起爆器材的消耗量。

3)人工成本降低。 BCJ-2 型裝藥車裝藥能力30 ～50 kg/min 可調(diào),較礦山常用BQF-100 型裝藥器(10 kg/min)裝藥效率提高3 ～5 倍,且裝藥自動(dòng)化程度高,裝藥工序簡(jiǎn)單,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可減少

50%。

4)二次破碎成本降低。 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥爆速大于5 000 m/s,較粉狀銨油炸藥爆速(2 592 ～3 000 m/s)大幅度提高,爆后大塊率較傳統(tǒng)裝藥明顯較低,有效減少二次破碎成本。

4 結(jié)語

乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)基本滿足銀山礦業(yè)地下中深孔采礦試驗(yàn)裝藥爆破要求,對(duì)于水孔裝藥和深孔裝藥有明顯優(yōu)勢(shì),與傳統(tǒng)裝藥技術(shù)相比有較大綜合效益,值得類似地下礦山借鑒。