空氣間隔器在露天臺(tái)階爆破中的應(yīng)用

作者簡介：潘衛(wèi)紅（1986-），江西人，本科，采礦中級(jí)職稱，主要從事工作：采礦技術(shù)和管理，爆破。

摘?要： 在露天采礦中，鉆爆效果會(huì)對(duì)采礦效益產(chǎn)生較大影響。在露天臺(tái)階爆破中，通過應(yīng)用空氣間隔器，能夠有效提升爆破效果，提高礦產(chǎn)資源鏟裝效率。對(duì)此，本文首先對(duì)空氣間隔理論進(jìn)行介紹，然后對(duì)空氣間隔器的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)例，對(duì)露天臺(tái)階爆破中空氣間隔器的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞： 空氣間隔理論;優(yōu)勢;應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】P618.51?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）22-0210-02

1?引言

在露天礦產(chǎn)資源深孔爆破施工中，一般采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)形式，炸藥消耗量比較大，并且在復(fù)雜地質(zhì)條件下容易發(fā)生過度破碎問題?，F(xiàn)如今，在空氣間隔器已逐漸得到推廣應(yīng)用，在深孔爆破中，通過空氣分隔藥柱，能夠有效提高裝藥高度，減少炸藥消耗量，同時(shí)還可降低爆破振動(dòng)，不僅可減低爆破施工難度，同時(shí)還可提高爆破效果。因此，亟需對(duì)空氣間隔器在在露天臺(tái)階爆破中的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研究。

2?空氣間隔理論概述

在露天臺(tái)階爆破施工中，空氣間隔裝藥爆破技術(shù)的應(yīng)用具有豐富的理論依據(jù)，通過應(yīng)用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，可降低爆破壓力峰值，進(jìn)而減少爆破過程中粉礦產(chǎn)生量。另外，通過將空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)應(yīng)用于爆破施工中，能夠延長爆破壓力在孔內(nèi)持續(xù)作用的時(shí)間，進(jìn)而提高爆破有效能量利用率。在空氣間隔裝藥技術(shù)的應(yīng)用中，空氣層比例以及空氣層位置的設(shè)計(jì)至關(guān)重要?？諝忾g隔器的裝藥方式主要有三種，包括頂部間隔裝藥、中部間隔裝藥以及底部間隔裝藥。

2.1?底部空氣間隔特點(diǎn)

在底部空間裝藥形式的應(yīng)用中，需在炸藥與孔底之間安裝空氣間隔器，在這一裝藥形式下，在炸藥作用下，空氣中能夠產(chǎn)生爆生氣體，進(jìn)而對(duì)礦區(qū)圍巖結(jié)果產(chǎn)生巨大壓力。底部空間裝藥操作便捷，隨著裝藥高度的不斷提升，在爆破施工中，炸藥所產(chǎn)生的爆炸應(yīng)力可在巖石中均勻分布，保證巖石受力均勻。由于孔底間隔裝藥方式結(jié)構(gòu)簡單，并且應(yīng)用方式便捷，因此被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)爆破施工中。

在孔底間隔裝藥形式的應(yīng)用中，當(dāng)炸藥釋放能量后，即可產(chǎn)生爆轟波，爆轟波通過藥包表面，然后與空氣進(jìn)行充分混合，進(jìn)而形成高壓爆轟氣體，在對(duì)空氣層產(chǎn)生壓縮作用后，即可形成沖擊波，并向孔底快速傳播。在沖擊波到達(dá)孔底巖石表面時(shí)，即可形成反射波，波陣面壓力設(shè)為P，計(jì)算公式如下：

2.2?頂部空氣間隔特點(diǎn)

在頂部空間間隔方式的應(yīng)用中，需在炸藥上方保留一定距離，然后在適宜位置安裝空氣間隔器，并填塞炸藥。頂部空間間隔法的應(yīng)用方式簡單，但是很難達(dá)到理想的爆破控制效果。在炸藥爆炸后，即可產(chǎn)生爆轟波，并且與空氣充分混合，進(jìn)而形成沖擊波，在遇到填塞后可發(fā)生反射作用，即反射超壓。通常情況下，填塞物結(jié)構(gòu)松散，因此可吸收部分反射波，導(dǎo)致反射波能量損耗，影響爆破施工效果。

2.3?中部空氣間隔特點(diǎn)

在中間間隔裝藥爆破施工昂視的應(yīng)用中，在炸藥爆炸后，其所產(chǎn)生的沖擊波能夠直接作用于孔壁巖石表面，然后逐漸向間隔內(nèi)移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致孔壁表面出現(xiàn)裂縫。在爆破過程中，如果上下兩段炸藥在爆破過程中所產(chǎn)生的沖擊波在間隔空氣柱內(nèi)相遇，則在達(dá)到?jīng)_擊波波峰后即可發(fā)生反射，并逐漸向孔底以及填塞物方向發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而對(duì)孔壁巖石再次產(chǎn)生沖擊作用，導(dǎo)致裂隙深度增加。爆生氣體可逐漸朝向間隔空氣柱內(nèi)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生壓力波，并在間隔空氣柱內(nèi)相遇，并形成新高壓源，在發(fā)生反彈后即可向填塞物以及孔底發(fā)生移動(dòng)，并再次作用于孔壁巖石表面，進(jìn)而達(dá)到破碎效果。

中部間隔最大壓力位如圖1所示，通過對(duì)圖1進(jìn)行分析可見，在理想情況下，最大壓力與炮孔軸線保持垂直，相對(duì)的沖擊波陣面能夠在空氣間隔中間發(fā)生迭加，因此會(huì)產(chǎn)生巨大沖擊波壓力，進(jìn)而對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生多種重載，提升介質(zhì)破碎效果。另外，在中間間隔方式的應(yīng)用中，還能夠避免炸藥分布集中而影響破碎效果。

3?空氣間隔器的應(yīng)用優(yōu)勢

在礦區(qū)爆破施工中，對(duì)于中硬以下巖礦，或者在大孔徑深孔爆破施工中，可推廣應(yīng)用空氣間隔器，另外，還可應(yīng)用于以下情況：露天臺(tái)階高度比較大，炮孔需穿越強(qiáng)度差異較大的巖層;露天邊坡預(yù)裂控制爆破;孔內(nèi)水深低于超深0.5m以下水孔。在煤臺(tái)階爆破施工中，通過應(yīng)用空氣間隔器，能夠有效提高塊煤率以及煤炭質(zhì)量，提高礦產(chǎn)資源開發(fā)利用經(jīng)濟(jì)效益。如果臺(tái)階下部有硬巖，或者出現(xiàn)根底，主要原因在于臺(tái)階下部硬巖臨空面不足，在孔內(nèi)炸藥爆炸過程中，在應(yīng)力波作用下，巖石表面可產(chǎn)生裂縫，但是在高溫高壓氣體影響下，裂縫沒有擴(kuò)大，對(duì)此，可采用推土機(jī)進(jìn)行勾動(dòng)?？諝忾g隔器的應(yīng)用優(yōu)勢主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）通過將空氣間隔器應(yīng)用于露天臺(tái)階爆破施工中，能夠有效減少爆炸沖擊波的峰值壓力，避免炮孔四周巖土過度破碎，進(jìn)而對(duì)臺(tái)階邊坡起到良好的保護(hù)作用。（2）能夠有效延長應(yīng)力作用時(shí)間，在炸藥爆破并產(chǎn)生沖擊波后，能夠直接作用于填塞物表面或者孔底，然后再返回至空氣間隔中，在沖擊波影響下，應(yīng)力場明顯增強(qiáng)，應(yīng)力波的作用時(shí)間也可得到有效延長。（3）能夠?qū)變?nèi)裝藥結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可充分利用炸藥爆破所產(chǎn)生的能量，同時(shí)還可減少爆破振動(dòng)對(duì)于周邊環(huán)境的不良影響，保證爆破施工現(xiàn)場安全性。（4）可有效提高孔內(nèi)炸藥高度，通過采用空氣間隔器，可增加炮孔填塞長度，能夠避免在爆破施工中孔底過度破碎。（5）可有效提高能源利用率水平，減少炸藥單耗，減少炸藥用量，降低爆破施工所需成本。

4?礦區(qū)概況

在露天磷礦山臺(tái)階爆破施工中，如果采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，則會(huì)破碎效果不均勻，同時(shí)還會(huì)影響底板爆破效果。露天磷礦山臺(tái)階高度12m，穿孔直徑165mm，穿孔孔深12.5m，間隔器直徑165mm，礦巖硬度系數(shù)f：6-14，采用空氣間隔器，對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，能夠有效改善爆破施工效果。

5?空氣間隔器在露天臺(tái)階爆破中的應(yīng)用方式

5.1?頂部空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)

該磷礦巖性主要為砂巖，臺(tái)階高度為12m，鉆孔孔徑為165mm，堵塞材料為鉆孔巖屑以及細(xì)小石子。在上部間隔試驗(yàn)過程中，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示，而頂部間隔裝藥結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，堵塞長度為空氣間隔器長度與巖屑填塞長度之和。

在本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)部位為該磷礦1164至1200臺(tái)階4個(gè)臺(tái)階，在試驗(yàn)過程中，頂部間隔對(duì)比試驗(yàn)6次，堵塞長度為4.8m。通過采用頂部間隔方式，當(dāng)空氣間隔器在孔內(nèi)達(dá)到靜載壓力后，能夠與炮孔緊密貼合，進(jìn)而避免在爆破施工中發(fā)生沖孔。但是，根據(jù)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在頂部空間間隔的應(yīng)用中，爆破根底的效果不理想，并且依然存在大塊問題。

5.2?中部空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)

在該礦區(qū)爆破施工中，中部空間間隔裝藥形式如圖4所示，中部空間間隔長度為0.8m，每孔可節(jié)約炸藥用量14.5kg。共進(jìn)行6次試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，通過采用中部空間間隔裝藥方式，能夠有效解決爆破大塊問題，但是爆破根底依然有一定殘留。通過采用中部空氣間隔裝藥方式，在空氣間隔器上下兩個(gè)部分，均能夠使用獨(dú)立起爆彈，在爆破過程中，在表面反應(yīng)與混合反應(yīng)的作用下，間隔器上下部分爆破沖擊波能夠向四周傳播，進(jìn)而有效提升爆破效果。

5.3?底部空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)

在該露天臺(tái)階爆破中，底部空間間隔裝藥結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。

在本次試驗(yàn)中，空氣間隔器的長度為0.8m，直接放置孔底，間隔長度為0.8米，能夠達(dá)到良好的爆破效果，單孔炸藥節(jié)約14.5kg。根據(jù)試驗(yàn)分析，如果孔內(nèi)積水深度在0.2m～1.0m之間，則能夠直接應(yīng)用空氣間隔器下空，實(shí)現(xiàn)混裝銨油裝藥，不僅能夠有效減少爆破施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還能夠保證爆破施工效率。

在底部空間間隔的應(yīng)用中，炸藥球形藥包的半徑為r，爆破產(chǎn)物的主要作用區(qū)為R=（7～20）r范圍。另外，在在離中心距離R=（14～20）r范圍是爆破產(chǎn)物與沖擊波的共同作用范圍，在R>20r范圍，是沖擊波作用范圍。在底部空氣間隔器的實(shí)際應(yīng)用中，如果間隔長度H在（14～20）r以內(nèi)，則在該范圍內(nèi)，沖擊波傳播速度大于爆破產(chǎn)物的運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)而導(dǎo)致二者相分離，在沖擊波影響下，爆破產(chǎn)物能夠逐漸向前運(yùn)動(dòng)，該區(qū)域?yàn)榱严秴^(qū)的形成區(qū)域。在露天臺(tái)階爆破施工中，通過應(yīng)用底部空氣間隔器，不僅能夠增加裂隙區(qū)范圍，同時(shí)還可縮小粉碎區(qū)范圍，進(jìn)而避免在爆破施工中發(fā)生根底爆破殘留問題，與頂部和中部空氣間隔器應(yīng)用效果相比優(yōu)勢明顯。

6?結(jié)語

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)空氣間隔器在露天臺(tái)階爆破施工中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究?？諝忾g隔器主要有三種形式，即頂部空間間隔、中部空氣間隔以及底部空間間隔。在本文所述案例中，選擇孔口、孔中間以及孔底三個(gè)位置進(jìn)行空間間隔試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)分析，通過應(yīng)用頂部空氣間隔，能夠有效避免沖孔問題，但是無法解決大塊問題，并且爆破根底不理想;而利用中部空氣間隔，能夠有效解決爆破大塊問題，但是無法完全避免爆破根底;最后采用底部空間間隔，能夠有效增加裂隙區(qū)面積，同時(shí)還可減小粉碎區(qū)，提高爆破施工效率，降低爆破施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。由此可見，在露天臺(tái)階爆破中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況制定適宜的空氣間隔器應(yīng)用方案，保證爆破施工效果。

參考文獻(xiàn)

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