電子雷管微差爆破技術(shù)在萊新鐵礦的運用

李林仲

(萊蕪萊新鐵礦有限責任公司，山東 濟南 250000)

0 引言

萊新鐵礦位于濟南市萊蕪區(qū)牛泉鎮(zhèn)境內(nèi)，現(xiàn)隸屬于魯中礦業(yè)有限公司。目前生產(chǎn)中段提升至-205 m中段及其以上，距離地表直線距離不足400 m，地表村落密布，建構(gòu)物繁多，人群密集。繼續(xù)沿用成熟的采礦工藝，爆破震動問題日益凸顯，周圍群眾反映日益激烈。如何做到減震、提升爆破質(zhì)量、降低一次爆破大塊率，成為工程技術(shù)人員的一個重要課題。結(jié)合爆破理論，實驗運用電子雷管精確控制起爆的技術(shù)，闡述其研究過程和實踐效益。

1 采礦方法結(jié)構(gòu)參數(shù)

礦房結(jié)構(gòu)布置及參數(shù)：長度40 m，寬度10 m，高度50 m。礦房垂直礦體走向布置，不留底柱，不留頂柱，礦房直接采到上中段的底板。礦房底部出礦進路間距8 m，分段高度選擇17 m(見圖1)。

圖1 階段空場法采礦方法示意圖

2 主要的爆破材料性能參數(shù)

2.1 粘性粒狀炸藥

粘性粒狀炸藥屬于一種多孔粒狀硝銨類炸藥，主要成分：粘合劑2%～4%，硝酸銨15%～20%，多孔粒狀硝銨70%～80%，柴油2%～4%。爆炸性能：裝藥密度1.02 g/cm3,爆速3 600～3 800 m/s,猛度16～18 mm。

2.2 數(shù)碼電子雷管

數(shù)碼電子雷管即采用電子控制模塊對起爆過程進行控制的電雷管?？芍苯悠鸨哂?號雷管感度的各種炸藥。延期時間設(shè)置方式為現(xiàn)場設(shè)置，延期參數(shù)中最小時間間隔為1 ms,延期范圍為12 000 ms。延期時間不大于150 ms時，誤差不大于±1.5 ms；延期時間大于150 ms時，相對誤差不大于±1%。

3 爆破參數(shù)的確定及中深孔設(shè)計

1)炮孔直徑：萊新鐵礦現(xiàn)有的中深孔設(shè)備為YGZ-90氣動鑿巖機，據(jù)其確定合理的鑿巖孔徑為d=65 mm。

2)邊孔角選取30°。

3)炮孔孔深：根據(jù)礦山階段礦房的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定了上向扇形炮孔孔深為4～18 m范圍。

4)最小抵抗線W(扇形中深孔排面距),孔底距a[1]。萊新鐵礦的礦石較堅硬，根據(jù)礦房的結(jié)構(gòu)參數(shù)，單分段的高度達到17 m。查閱現(xiàn)代采礦手冊，選取經(jīng)驗公式：W=(23-30)×d，得出最小抵抗線W的取值范圍1 495～1 950 mm。經(jīng)過前期的對比試驗，分別取1.5、1.6、1.7、1.8 m的W值進行試驗，得出最優(yōu)結(jié)果為1.6 m。因此確定萊新鐵礦的W=1.6 m。查閱現(xiàn)代采礦手冊和生產(chǎn)試驗檢驗確定孔底距a=(1.0-1.25)×W，即在1.6 m至2 m間，爆破效果較理想。

5)根據(jù)確定參數(shù)設(shè)計計算，一排扇形的中深孔為15個，單孔長度為4～18 m不等，總孔深為120～150 m之間。單孔裝藥量，炮孔直徑d=65 mm，裝藥密度ρ=1.02 g/cm3，炮孔長度L=4～18 m，炮孔裝藥系數(shù)=0.8，通過計算單孔裝藥為10～50 kg，單排裝藥量為320～400 kg。

6)安全的爆破震動最大同時起爆藥量。查閱爆破安全規(guī)程(GB 6722-2020)第6.2.3款規(guī)定：爆破振動安全允許距離，可按下式計算：

式中：R—爆破振動安全允許距離m，在上文論證-205 m中段作業(yè)距地表不到400 m，安全起見取值300 m；Q—一次爆破裝藥量，kg；V—保護對象所在地質(zhì)點振動安全允許速度，單位為cm/s，根據(jù)萊新鐵礦的地質(zhì)構(gòu)造和地表村落密布，建構(gòu)物繁多，人群密集的特點，保守取值較高安全等級為0.5 cm/s；K、a—與爆破點至計算保護對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

對照該礦地質(zhì)條件查閱手冊K=250，a=1.8，通過以上反算得：Q=108 kg。

通過上述5、6點的論證，萊新鐵礦可實現(xiàn)精確逐孔起爆技術(shù)實現(xiàn)近地表爆破作業(yè)的安全生產(chǎn)。

4 數(shù)碼電子雷管微差爆破實驗實施

1)微差爆破又叫毫秒爆破，是一種延期爆破以毫秒為單位的間隔延期爆破技術(shù)。由于前后相鄰段藥包爆炸時間間隔極短，致使各藥包的能量場相互發(fā)生疊加而提升了爆破破碎效果。前期萊新鐵礦采取普通的微差導爆管雷管，由于延期時間間隔難以準確控制，爆破時地表的震感仍舊十分明顯，同時爆破質(zhì)量很差，爆破大塊率高達45%以上，嚴重制約了生產(chǎn)效率。為此我們考察后選定數(shù)碼電子雷管作為實驗研究。

2)微差爆破的作用原理[2]。國內(nèi)外許多學者對微差爆破的破巖機理進行了實驗研究，提出了諸多論點，但還難以有一個統(tǒng)一的認識，目前比較權(quán)威的主要有這種假說：①應(yīng)力波干涉假說；②自由面假說；③巖塊碰撞假說；④殘余應(yīng)力假說。論文只借助這些假說的理論指導實驗參數(shù)設(shè)置，不對具體原理進行深入研討。

3)微差間隔時間的確定。

a)理論計算。根據(jù)前蘇聯(lián)礦山部門提出的經(jīng)驗公式：

Δt=KW(24-f)

式中：Δt—保證巖石有效破碎的最優(yōu)延遲時間，ms；f—巖石普氏硬度系數(shù)，萊新鐵礦取8；W—底盤抵抗線m，根據(jù)上述中深孔設(shè)計取1.6 m；K—巖石裂隙系數(shù)，萊新鐵礦裂隙發(fā)育的巖石取0.9。

通過計算得Δt=23.04。

b)試驗檢驗。國內(nèi)一般礦山爆破工作中實際上采用的微差間隔時間為15～75 ms。選取萊新鐵礦的同一地點的中深孔，設(shè)計施工參數(shù)完全一致的排面進行試驗測試。采取逐孔順序起爆，時間間隔分別為10、20、30、40、50、60、70、80 ms。最大單孔裝藥量為48 kg，總裝藥量為360 kg。爆破時地表感觀震動都不明顯，符合爆破減震安全要求。但爆破后大塊質(zhì)量差別明顯，其中20 ms和30 ms的時間間隔大塊率相差不大，比較低；10、40、50、60 ms時間間隔大塊率明顯上升；70 ms和80 ms兩組時間間隔大塊率不僅明顯上升，爆破后的排面明顯出現(xiàn)凹凸不平“留根”現(xiàn)象。第二次試驗分別取20、25、30 ms進行同樣的爆破觀察，整體大塊率和地表震動率僅憑感觀無法確定孰優(yōu)孰劣。

通過以上理論計算和試驗檢驗選取孔間間距為25 ms作為萊新鐵礦逐孔起爆的微差爆破時間間隔。

c)排間微差起爆時間間隔確定。根據(jù)萊新鐵礦生產(chǎn)組織特點，單次爆破單排礦量，不能滿足生產(chǎn)需要。合理的爆破量需一次同時爆破三排礦量。因此萊新鐵礦在逐孔起爆的基礎(chǔ)上擴展到3排同時起爆。排與排的時間間隔分別取100、200、300、400、500 ms，進行對照試驗。通過試驗觀察，當時間間隔為100、200 ms，盡管爆破的大塊率明顯下降，爆破質(zhì)量進一步提升，但是地表震動感觀明顯覺知，減震效果下降。當時間間隔為400、500 ms時地表震動感觀不明顯，但是爆破大塊率提升，爆破質(zhì)量下降。因此通過多次試驗檢查觀察，選取排間隔為300 ms比較合理。

d)一次起爆參數(shù)的確定。通過以上推導論證，形成萊新鐵礦的一次起爆的爆破參數(shù)為：一次爆破炸藥總量Q控制在1 200 kg以下，單孔的最大裝藥量q控制在50 kg以內(nèi)；同一排逐孔起爆孔的微差時間間隔為25 ms；相鄰排起爆微差時間間隔為300 ms?？偟钠鸨舆t時間為1 725 ms以內(nèi)。

5 結(jié)語

引進數(shù)碼電子雷管，通過不斷的試驗檢驗觀察，解決了萊新鐵礦“近地表”采礦爆破震動大和大塊率高的問題，試驗精確微差控制爆破技術(shù)。但以下兩點有待后續(xù)研究論證：

1)由于缺乏精密檢查儀器測試相關(guān)數(shù)據(jù)，爆破震動大小僅憑人為感觀覺知，難以區(qū)分更細微的微差變化，帶來爆破震動大小的變化優(yōu)劣。

2)爆破后的大塊率變化也是觀察判斷得出，缺失科學的統(tǒng)計數(shù)據(jù)論證支撐，帶來試驗誤差量較大。