安家?guī)X露天礦水孔爆破施工對(duì)策

呂德仙

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 安家?guī)X露天礦，山西 朔州 036800）

安家?guī)X露天煤礦是平朔礦區(qū)3 座露天礦之一，核定生產(chǎn)能力20.0 Mt/a，年爆破方量和采剝總量都高達(dá)上億立方米，對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)效率要求較高。隨著開(kāi)采的深入，受本身背斜構(gòu)造以及含、隔水層等地質(zhì)條件的影響，大量的地下水無(wú)法自然流向或滲透到土場(chǎng)方向，只能集聚到生產(chǎn)采掘一側(cè)，這不僅對(duì)采掘環(huán)節(jié)造成了很大的影響，還導(dǎo)致了炮區(qū)內(nèi)有水鉆孔的劇增，加之雨季大氣降水以同樣的方式影響著鉆孔內(nèi)的水量，內(nèi)外因素的多重影響下，導(dǎo)致炮區(qū)含水鉆孔占比高達(dá)90%。如此高比例的含水鉆孔，需要大量的防水型炸藥或者相關(guān)手段做支撐才能使得爆破工作得以順利開(kāi)展。目前，整個(gè)爆破行業(yè)對(duì)水孔的研究大多都傾向于利用防水炸藥的方式來(lái)解決問(wèn)題，但是大面積使用防水炸藥以后，成本和供應(yīng)都是難以逾越的問(wèn)題。因此，從解除水孔依賴乳化炸藥以及使用乳化炸藥的各種不利因素方面出發(fā)進(jìn)行研究并相應(yīng)的選擇施工對(duì)策。

1 問(wèn)題的提出

水孔驟然增多后，解決水孔爆破最直接的辦法就是使用防水型的乳化炸藥，然而水孔內(nèi)全部使用防水型乳化炸藥會(huì)帶來(lái)以下幾個(gè)問(wèn)題：

1）制約生產(chǎn)。受炸藥要生產(chǎn)能力的限制，乳化炸藥量顯然不可能滿足所有水孔的裝藥需求，尤其是在雨季，乳化供應(yīng)不足成為制約爆破效率的主要因素，乳化炸藥量缺口大，嚴(yán)重制約生產(chǎn)。

2）炸藥單耗難控制。乳化炸藥密度大，延米裝藥量大，與使用銨油炸藥相比炸藥單耗劇增，對(duì)成本控制不利。

3）炸藥能量利用率低。大型機(jī)械化爆破施工現(xiàn)場(chǎng)，為了保證作業(yè)效率，水孔裝乳化難以實(shí)現(xiàn)分段裝藥，鉆孔下部炸藥分布較多，上部非裝藥段加大，藥柱重心低，炸藥在鉆孔縱向分布極不均衡，直接拉低了炸藥能量利用率，造成了極大的浪費(fèi)。

4）爆破振動(dòng)大。乳化單孔裝藥量大，對(duì)爆破振動(dòng)控制不利。

5）影響充填質(zhì)量和效率。裝乳化炸藥的水孔在當(dāng)天爆破，受孔內(nèi)水浮力的作用，充填炸藥消耗的時(shí)間驟增，充填效率低，充填質(zhì)量無(wú)法保證，容易發(fā)生沖天炮，炸藥利用率低，爆破質(zhì)量差，爆破安全也受到影響。

6）裝藥效率低。有水鉆孔和干孔相比，有水鉆孔裝乳化炸藥需要將高壓軟管出藥口置于孔底，增加了放管和卷管的過(guò)程，裝藥所消耗的時(shí)間長(zhǎng)，只能發(fā)揮出干孔或經(jīng)過(guò)處理可裝銨油炸藥炮孔20%～30%的裝藥效率。

鑒于不利因素的影響，安家?guī)X露天礦亟需采取必要的措施來(lái)解除水孔對(duì)乳化炸藥的依賴，盡最大可能擴(kuò)大銨油炸藥的使用比例，從而突破水孔使用乳化炸藥對(duì)安全、生產(chǎn)以及施工效率的制約[1-6]。

2 水孔爆破施工對(duì)策

水孔占比的不斷增加，水孔的安全、高效爆破就成了穿爆隊(duì)最為重要也最為棘手的問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)鉆孔水深情況、水量變化情況以及鉆孔超深，同時(shí)考慮到水介質(zhì)的不可壓縮性以及良好的傳爆能力，綜合考慮爆破施工安全、爆破成本以及爆破施工效率等方面的因素，盡可能將水孔裝防水型乳化炸藥對(duì)爆破效率的制約和不利因素降到最低，將不同的水孔分別做以最優(yōu)化的施工方案，最大程度上擴(kuò)大銨油炸藥的使用比例。

2.1 水深不超過(guò)鉆孔超深且水深基本不增加

水量不大且沒(méi)有補(bǔ)給來(lái)源的鉆孔，是現(xiàn)場(chǎng)遇到的水孔里最簡(jiǎn)單的情況，處理起來(lái)也極為安全、高效。按照爆破漏斗理論，露天爆破鉆孔超深是為了克服2 個(gè)爆破漏斗之間出現(xiàn)大面積拉底，但是考慮到水介質(zhì)的不可壓縮性以及良好的傳爆能力。為此，只需要將孔底水和水面上部做一個(gè)隔離。

因此，在水深不超過(guò)鉆孔超深的情況下，在鉆孔水面上直接放置一空氣間隔器，將孔底水與上部裝藥段進(jìn)行隔離，將水孔變?yōu)椤案煽住?，免去了裝防水型乳化炸藥效率低的窘態(tài)。該手段的介入，成功避開(kāi)孔底水對(duì)非防水型銨油炸藥的影響，實(shí)現(xiàn)高效、低成本施工[7－10]。

2.2 水深超過(guò)鉆孔超深且水深基本不增加

這種情況下雖然鉆孔水不在增加，但鉆孔水本身較多，水占據(jù)鉆孔縱深較多，因此不能直接用空氣間隔器進(jìn)行簡(jiǎn)單地隔離，同時(shí)受上一種水孔處理方法的啟發(fā)，只需要將鉆孔內(nèi)水進(jìn)行排干或者是控制在超深以下。因此，如何安全、高效地將鉆孔內(nèi)相對(duì)較多的水量給處理干凈或者是控制在超深以內(nèi)，就成了解決該類型鉆孔實(shí)現(xiàn)裝銨油炸藥的金鑰匙。長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，大型機(jī)械化高效開(kāi)采露天礦，尤其是像安家?guī)X露天礦月均爆破鉆孔上萬(wàn)個(gè)，依靠水泵抽水等方式顯然不太可能。

安家?guī)X露天礦穿爆隊(duì)大膽創(chuàng)新實(shí)踐，利用起爆主炸藥的起爆具爆炸瞬間產(chǎn)生的高壓將鉆孔內(nèi)的水瞬間壓出孔外，實(shí)現(xiàn)鉆孔水的快速排出，采用這種方式處理鉆孔水的方法稱之為轟水。轟水的具體過(guò)程為，依據(jù)孔內(nèi)水的水深決定使用起爆藥柱的用量，隨后將1 發(fā)或數(shù)發(fā)起爆具和1 發(fā)導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行裝配，并將裝配好的起爆藥柱置于水孔孔底，隨后連接起爆即可。水量不在增加的情況下，轟水處理鉆孔水效率比較高也比較徹底。

2.3 鉆孔內(nèi)水深緩慢增加

拋開(kāi)基礎(chǔ)水量深淺不談的情況下，鉆孔水還在緩慢增加，說(shuō)明鉆孔水有補(bǔ)給來(lái)源，但補(bǔ)給來(lái)源不豐富，如果采用直接轟水或配合空氣間隔器后進(jìn)行銨油炸藥裝藥施工，銨油炸藥在長(zhǎng)時(shí)間的遇濕受潮后會(huì)產(chǎn)生殘爆、半爆、拒爆等可能，因此這種情況下不能單純的依照上述的配合空氣間隔器和轟水進(jìn)行銨油炸藥裝藥施工，要考慮時(shí)間和補(bǔ)給水共同作用下對(duì)炸藥的影響。因此，要考慮對(duì)銨油炸藥采取防潮、防水措施。

為了克服微量鉆孔補(bǔ)給水的影響，同時(shí)規(guī)避乳化炸藥對(duì)爆破的制約，安家?guī)X露天礦穿爆隊(duì)在將鉆孔內(nèi)基礎(chǔ)水進(jìn)行轟水后，在有微量補(bǔ)給水來(lái)源的鉆孔放入一與孔徑相當(dāng)?shù)乃芰洗?，然后再在塑料袋里裝入銨油炸藥。

該方法操作工序雖稍顯復(fù)雜，作業(yè)效率相對(duì)前2 種情況也有所降低，但是在雨季乳化供應(yīng)不足需要預(yù)裝銨油炸藥的炮區(qū)起到了積極作用，彌補(bǔ)了乳化炸藥制約生產(chǎn)的種種缺陷[11]。

2.4 鉆孔水有補(bǔ)給來(lái)源

處于安家?guī)X區(qū)域主要含水層的鉆孔，鉆孔水有良好的補(bǔ)給來(lái)源，這種情況下應(yīng)該首選防水型乳化炸藥進(jìn)行裝藥爆破。但如果雨季乳化供應(yīng)確實(shí)緊張，嚴(yán)重制約生產(chǎn)的情況下，就需要將乳化炸藥改為銨油炸藥進(jìn)行爆破。但是還不能機(jī)械地使用上述塑料袋來(lái)處理，因?yàn)樗芰洗b藥工序復(fù)雜，施工消耗時(shí)間長(zhǎng)，存在轟水后下放塑料袋再到裝藥的時(shí)候鉆孔內(nèi)水深就已經(jīng)超過(guò)了鉆孔超深，導(dǎo)致爆破質(zhì)量無(wú)法保證。因此有良好補(bǔ)給水來(lái)源的鉆孔使用塑料袋進(jìn)行裝藥顯然不太理想。

從爭(zhēng)取時(shí)間上限制涌水量對(duì)銨油炸藥的不利影響。為此，想到了在有良好補(bǔ)給來(lái)源的鉆孔實(shí)施“即轟即爆”的快速爆破方案，即需要極大地縮短轟水后裝銨油炸藥到起爆的這一段時(shí)間，從而克服涌水量對(duì)鉆孔內(nèi)銨油炸藥的不利影響。因此，為了最大程度上縮短炸藥在孔內(nèi)的時(shí)間，每輪“即轟即爆”只對(duì)炮區(qū)的5 排6 列共計(jì)30 個(gè)鉆孔進(jìn)行爆破，同時(shí)配備最少20 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)爆破施工人員、5 臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥車、5 臺(tái)充填用前裝機(jī)等用品用具。在即將實(shí)施“即轟即爆”的炮區(qū)開(kāi)展施工之前，所需要的火工用品、設(shè)備和人員要全部到齊，施工前就要完成現(xiàn)場(chǎng)清場(chǎng)和警戒，所有準(zhǔn)備工作就緒后，開(kāi)始“即轟即爆”。

“即轟即爆”步驟如下：

1）第1 步：測(cè)量鉆孔孔深、水深。30 個(gè)鉆孔在1.5～2 min 內(nèi)完成。

2）第2 步：轟水。轟水的時(shí)間不用刻意壓縮，因?yàn)檫@項(xiàng)工消耗時(shí)間不影響裝銨油炸藥以后的涌水量，但要計(jì)算好每孔所需轟水的起爆具用量從而來(lái)保證轟水質(zhì)量，在5 min 足以將30 個(gè)鉆孔的轟水輕松完成。

3）第3 步：下放起爆具。為了防止炸藥局部受潮造成殘暴、半爆，保證起爆能充足，每孔分別下放4發(fā)起爆具，下放位置分別位于鉆孔內(nèi)的15、12、9、6 m 處，進(jìn)行多點(diǎn)起爆?，F(xiàn)場(chǎng)20 個(gè)人分成10 組，每組負(fù)責(zé)3 個(gè)鉆孔的孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管和起爆具的裝配和下放，因此該項(xiàng)工作全部完成可以將時(shí)間控制在1～1.5 min。

4）第4 步：裝藥。下彈結(jié)束的時(shí)候5 臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)混裝銨油炸藥車要進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接開(kāi)始裝藥，每臺(tái)炸藥車負(fù)責(zé)1 排6 個(gè)鉆孔裝藥，每孔裝藥需要20～30 s，因此裝藥時(shí)間可控制在2～3 min 以內(nèi)。裝藥量要考慮到炸藥局部受潮后炸藥能力不足，因此裝藥量以爆破不產(chǎn)生飛石為導(dǎo)向進(jìn)行最大裝藥，以16.5 m 的標(biāo)準(zhǔn)孔為例，165 mm 和250 mm 孔徑的鉆孔裝藥量分別為13 m 和11 m，充填高度為3.5 m 和5.5 m，從而確保爆破質(zhì)量。

5）第5 步：炮孔充填。在炸藥車駛離炮區(qū)的同時(shí)5 臺(tái)裝機(jī)開(kāi)始進(jìn)行炮孔充填，同樣每臺(tái)裝機(jī)負(fù)責(zé)1排炮孔，每孔充填需要20～30 s，因此充填也可控制在2～3 min 以內(nèi)。

6）第6 步：地表網(wǎng)絡(luò)連接和拉起爆線到起爆位置。炮孔充填完畢前裝機(jī)撤離炮區(qū)的時(shí)候就可以直接進(jìn)行地表網(wǎng)絡(luò)的連接，控制排和非控制排網(wǎng)絡(luò)連接各需要1 min 足以，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)連接開(kāi)始的同時(shí)將500 m 起爆線拉到起爆位置。

7）第7 步：地表網(wǎng)絡(luò)連接的檢查。30 個(gè)炮孔可以在1 min 內(nèi)完成。

8）第8 步撤離。所有人員乘坐工具車撤離到安全地帶，有1～1.5 min 足以撤離完畢。

9）第9 步：起爆。從可以起爆到準(zhǔn)許爆破，整個(gè)起爆程序過(guò)程可以在30 s 內(nèi)完成。

10)第10 步:爆后檢查。起爆后5 min 以后方可進(jìn)入炮區(qū)進(jìn)行爆破后檢查，30 個(gè)炮孔的檢查時(shí)間有3 min 足以。

整個(gè)“即轟即爆”過(guò)程需要10 步走，單輪“即轟即爆”各環(huán)節(jié)耗時(shí)明細(xì)見(jiàn)表1。

表1 單輪“即轟即爆”各環(huán)節(jié)耗時(shí)明細(xì)表

“即轟即爆”爆破方案的核心就是盡可能縮短炸藥留存在炮孔內(nèi)的時(shí)間，通過(guò)表1 也不難看出，雖然整個(gè)過(guò)程在25 min 左右，但炸藥留存在孔內(nèi)的時(shí)長(zhǎng)僅為8.5～11 min，從而有效地克服了鉆孔涌水對(duì)銨油炸藥的不利影響。同時(shí)，單輪“即轟即爆”可以爆破30 個(gè)炮孔，每次可以集中進(jìn)行5 輪左右的“即轟即爆”，自然也就解決了乳化對(duì)生產(chǎn)的制約。

3 結(jié)語(yǔ)

鉆孔水是每個(gè)露天礦穿爆過(guò)程中都要遇到的問(wèn)題，尤其是在雨季表現(xiàn)的更為突出。通過(guò)安家?guī)X露天礦如何來(lái)圍繞有水鉆孔進(jìn)行了一系列的思考和實(shí)踐，提出了使用空氣間隔器、轟水、塑料袋以及“即轟即爆”的方法來(lái)對(duì)付鉆孔水的影響，有效地解決了水孔使用乳化炸藥制約生產(chǎn)、炸藥單耗難控制、炸藥能量利用率低、爆破振動(dòng)大、影響充填質(zhì)量和效率以及裝藥效率低等一些列的不利影響，同時(shí)也為遇到同類型問(wèn)題的礦山提供了一定的借鑒。