礦山民爆一體化在高硫礦山中的應(yīng)用與優(yōu)化設(shè)計分析

伍鼎燦

（中國葛洲壩集團易普力股份有限公司，重慶 401147）

近年來，企業(yè)對礦石的需求逐漸增大，礦石爆破開采技術(shù)獲得了進一步發(fā)展，炸藥廠設(shè)計生產(chǎn)能力發(fā)生了巨大改變，具有高密度與高強度的特點，從之前的1500t/y 轉(zhuǎn)變?yōu)?000t/y，增強了爆破效果。由于礦脈具有多變性與復(fù)雜性，炸藥產(chǎn)能難以滿足市場需求，再加上鉆孔設(shè)備缺失，硫鐵礦具有一定的安全隱患，可能會發(fā)生自燃現(xiàn)象，因此，提出了民爆一體化管理，有利于優(yōu)化礦山施工流程，從而使礦山開采處于主動地位。

1 礦山民爆一體化的應(yīng)用分析

在礦山生產(chǎn)中，爆破作業(yè)是重要環(huán)節(jié)之一，對施工人員的爆破技術(shù)具有較高要求，提高爆破質(zhì)量的關(guān)鍵在于優(yōu)化爆破設(shè)計，可以滿足不同條件的技術(shù)要求，不斷可以提高施工工藝的效率，增強爆破效果，而且可以降低施工成本。民爆行業(yè)是從事爆破方面經(jīng)濟活動企業(yè)的總稱，例如，從事爆破工程設(shè)計、物品的生產(chǎn)與科研、質(zhì)量檢測、施工服務(wù)等，在國民經(jīng)濟組成中占據(jù)重要地位，肩負著促進經(jīng)濟發(fā)展的職能與責(zé)任。經(jīng)過多年來的努力，民爆行業(yè)已經(jīng)形成了初步的工業(yè)體系，其中包括工業(yè)雷管和工業(yè)炸藥等，在礦山開采過程中，民用爆炸物品具有重要作用，對工程建設(shè)具有重要意義，例如：油氣開采、工程開挖、巖石爆破、礦山開采等，促進了生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展。施工人員需要合理使用裝藥車，事先輸入爆破設(shè)計的相關(guān)參數(shù)，利用GPS 系統(tǒng)，清晰傳達炮孔的編號，確保混裝車對炮孔進行自動識別，之后，需要使用主控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)，適當(dāng)調(diào)整裝藥量，在炮孔中送入輸藥管，在完成裝藥后，需要利用計算機記錄具體的裝藥情況，將其傳遞控制中心，在完成爆破后，需要分析爆破中的數(shù)據(jù)，利用自動成像系統(tǒng)調(diào)整炸藥參數(shù)[1]。

2 礦山民爆一體化在高硫礦山應(yīng)用中存在的問題

在硫鐵礦爆破過程中存在以下問題，第一，沒有科學(xué)合理的匹配巖石與自產(chǎn)乳化炸藥，導(dǎo)致出現(xiàn)了不合理的現(xiàn)象，對于高強度與高密度的硫鐵礦，卻使用低爆速與低密度的自產(chǎn)炸藥，無法充分發(fā)揮炸藥的作用，降低了乳化效果，不利于形成炸藥微觀結(jié)構(gòu)體系。第二，炮孔中的水與炸藥中的硝酸銨接觸后發(fā)生放熱反應(yīng)，主要原因發(fā)生了酸堿中和，硝酸銨屬于堿性，而水屬于酸性，將會促進炸藥的變質(zhì)與分解，埋下了一定的安全隱患，容易出現(xiàn)誤爆或早爆的情況。第三，自產(chǎn)乳化炸藥中的流動介質(zhì)不連續(xù)，其流動性較低，炮孔中的巖屑、泥沙、混合水等物質(zhì)，容易出現(xiàn)斷層的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致在爆破過程中出現(xiàn)盲炮，對爆破效果產(chǎn)生一定影響。第四，一般情況下使用壓渣爆破的方式，對硫鐵礦進行爆破，可以使前排孔的大塊減少，但是在爆破過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計參數(shù)存在失誤的情況，導(dǎo)致產(chǎn)生諸多負面影響，例如爆破根底多，爆破后沖大、炸藥單耗高、底板不平、爆破效果差，限制了正常采裝。同時，鉆孔平臺上往往具有較厚的虛渣，減慢了鉆孔工作效率，甚至出現(xiàn)塌孔的情況，不利于進行爆破施工。

此外，新型的炸藥技術(shù)要求將半成品和炸藥原料放在專門的裝藥車上，之后開進爆破現(xiàn)場，將原料制作成炸藥，利用車載系統(tǒng)完成炮孔裝填工作，確保安全進行使用、運輸、制備等環(huán)節(jié)，提高礦用炸藥技術(shù)水平。炸藥在生產(chǎn)運輸儲存的過程中具有一定危險性，若是管理不當(dāng)，容易導(dǎo)致安全事故，為響應(yīng)群眾呼應(yīng)，各級政府要求加強炸藥的安全管理工作，盡量減少使用量，以此降低對社會的危害，施工人員需要提高開采技術(shù)水平，確保安全使用民用炸藥，在實驗的過程中，需要選擇適合的炸藥，分析爆破可能存在的危險性，最終確定爆破參數(shù)，最大化提高礦山的施工效率，增強經(jīng)濟效益，促進礦山的長久發(fā)展。

3 優(yōu)化礦山民爆一體化在高硫礦山應(yīng)用的具體措施

3.1 提高炸藥技術(shù)

施工人員需要遵循經(jīng)濟性和安全性原則，對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，增強原乳化炸藥配方的合理性，防止污染當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，通過民爆一體化，使用混裝乳化裝藥車的方式，充分發(fā)揮包括技術(shù)與炸藥技術(shù)的優(yōu)勢，從整體上提高爆破水平，改變當(dāng)下采礦生產(chǎn)的狀態(tài)，使其處于主動局面。在配制炸藥配方時，需要參考硫鐵礦的安全生產(chǎn)原則，確保不會對當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)產(chǎn)生危害，研究的主要方向是提高炸藥性能，可以從油相組分、氧平衡、硝酸鈉含量、水含量等方面入手，從而對水含量與氧平衡進行相應(yīng)調(diào)整、使硝酸鈉的含量逐漸降低，并且改善油相組分，以此實現(xiàn)研究的優(yōu)化[2]。

在礦山開采過程中，施工人員需要采用有效手段，科學(xué)調(diào)整炸藥配方，合理控制其中組成成分，確保炸藥的威力、爆速、爆熱、密度等符合相關(guān)規(guī)定，可以增強巖石與炸藥之間的匹配度，為爆破施工提供有利條件，從而獲得預(yù)期的爆破效果。

首先，需要降低水相酸度，需要合理設(shè)置氧化劑水溶液的pH 值，對于乳膠基質(zhì)而言，pH 值需要保持在3～4，確保氣泡大小和發(fā)泡速度符合要求，若是不添加敏化劑，水溶液的pH 值大概為5，需要降低pH 值，添加適量的酸嗯，確保pH 值降到3～4，但是由于炮孔中本身含有的水屬于酸性，若是再加入酸量，將會使pH 值變小，導(dǎo)致出現(xiàn)氣泡大，發(fā)泡速度快的情況，對炸藥威力產(chǎn)生一定影響，因此，在硫鐵礦中，由于水具有一定酸性，因此需要減少敏化劑和酸的添加量，確保氣泡均勻，分布大小適中，從而增強炸藥的威力。

其次，可以不再使用硝酸鈉，使用硝酸銨進行代替。一般情況下，在乳化炸藥中需要引入硝酸鈉，其主要作用可以看作為富氧源，可以使溶液的析晶點降低，確保炸藥更加安全穩(wěn)定。但是缺點在于，當(dāng)進行爆轟反應(yīng)時，硝酸鈉需要消耗大量的能量，遠大于硝酸銨消耗的能量，硝酸鈉即使是1%的含量，其爆熱大概為19.3KJ/mol。由于硫鐵礦具有高強度與高密度的特點，因此需要使用硝酸銨配制炸藥，確保制作出乳化炸藥，增強巖石與炸藥的匹配度，確保具有較高的爆破威力。

最后，需要選擇適合的乳化劑。在炸藥配方中，若是減少使用硝酸鈉，將會影響炸藥的穩(wěn)定性，降低乳化效果，乳化炸藥在“破乳”時，硫鐵礦與析晶出的硝酸銨將會發(fā)生反應(yīng)，酸性物質(zhì)與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，埋下一定的安全隱患。施工人員需要選擇適合的乳化劑，通過“油包水”體系的建立，增強炸藥的穩(wěn)定性與乳化效果，減少硝酸鈉不足的負面作用，此外，還可以確保炸藥具有良好的流動性，防止出現(xiàn)孔內(nèi)不爆炸的情況。

3.2 提高爆破技術(shù)

3.2.1 進行漏斗試驗

礦區(qū)地層巖相具有特殊性與多樣性，為獲得預(yù)期的爆破效果，需要合理匹配炸藥的組成，確保具有不同的爆速與密度?；煅b炸藥與普通炸藥的不同之處在于可以合理調(diào)整炸藥的組成成分，增強爆破威力，確保滿足爆破需求。在調(diào)試炸藥的含量時，可以進行漏斗試驗，對巖石與炸藥之間的匹配度進行測試，完成利文斯頓爆破實驗，主要原理是對乳化炸藥進行測試，將性能不同但質(zhì)量相同的炸藥進行不同深度的埋置，確保在最佳埋深基礎(chǔ)上，獲得爆破漏斗體積的最大值，從而研究出與巖石匹配最高的炸藥。在開展爆破漏斗試驗時，需要分析當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，例如，對于厚條帶狀黃鐵礦，其位于380 水平1 線～4 線之間，礦石密度為2.78t/m3、f 處于18～26 之間、炮孔規(guī)格為φ140mm、礦石品位保持在16～36 內(nèi)、鉆孔深度為0.7m～2m，需要將1kg 炸藥放置在每個孔中，之后進行爆破（如圖1 所示）。

在爆破后，需要測量埋深不同的相關(guān)數(shù)據(jù)，詳細記錄漏斗的體積與半徑，使用MATLAB 軟件對獲得的一組數(shù)據(jù)進行處理，獲得三次項回歸的曲線（如圖2 所示），從而獲得1.224m3爆破體積和1.15m 埋深是最佳數(shù)據(jù)。最佳埋深可以最大程度發(fā)揮不同性能的炸藥，防止埋置深度影響爆破效果，而且還可以增強匹配炸藥的準(zhǔn)確性，提高炸藥的利用率。利用爆破漏斗試驗，可以獲得較為全面的L-V 曲線，測試不同性能的炸藥，在具有最佳埋深，以及相同地質(zhì)條件和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)炸藥的體積，判斷是否與爆破巖石最匹配，當(dāng)體積達到最大時，可以獲得單耗最低的炸藥[3]。

3.2.2 優(yōu)化爆破參數(shù)

從爆堆的形態(tài)、快度組成、大塊率等爆破效果中，可以反映出爆破方法和設(shè)計參數(shù)的合理性，直接影響采礦的總成本，理想的爆破效果可以為后續(xù)施工提供保障，降低運輸工作的負擔(dān)。若是爆破質(zhì)量沒有達到理想的效果，將會增大后續(xù)工作的施工成本，因此，對爆破優(yōu)化的研究勢在必行。施工人員需要全面統(tǒng)計現(xiàn)場資料，進一步分析獲得的數(shù)據(jù)，確定最終的爆破參數(shù)，增強實際爆破中的穩(wěn)定性與安全性。

在對深孔進行爆破中，爆破效果容易受到各方面因素的影響，例如起爆順序和方式、裝填長度、裝藥結(jié)構(gòu)、孔網(wǎng)參數(shù)、布孔方式、炸藥消耗量等，生產(chǎn)單位的主要目標(biāo)是增強經(jīng)濟效益，在實際施工中，需要確保減少爆堆集中、無根底、不合格大塊等，使其符合生產(chǎn)要求，從而獲得高質(zhì)量的破碎效果，減低生產(chǎn)成本。乳化炸藥具有較高性能，經(jīng)過工業(yè)對比試驗后，可以獲得最佳的炸藥參數(shù)，其中包括延遲時間、起爆順序、起爆方式、裝藥結(jié)構(gòu)等，使炸藥的功效得到最大化發(fā)揮，提高礦山開采效率。

4 結(jié)論

綜上所述，民爆行業(yè)集爆破服務(wù)、生產(chǎn)加工、研發(fā)設(shè)計為一體，對經(jīng)濟發(fā)展具有促進作用。在高硫礦山中，需要進行礦山民爆一體化管理，對炸藥的參數(shù)設(shè)計進行優(yōu)化，同時，需要根據(jù)礦山的具體情況，對爆破效果進行預(yù)測，從而建立爆破質(zhì)量評估模型，對爆破方法進行優(yōu)化，可以有效解決鉆孔設(shè)備缺口和炸藥產(chǎn)能不足的難題，提高礦山的開采效率。