露天金屬礦多排孔微差毫秒延時(shí)爆破施工技術(shù)研究

摘要：傳統(tǒng)露天金屬礦爆破施工存在能量分布不均、震動(dòng)大、塊度分布不合理等問題，影響爆破效果和采礦效率。針對(duì)此問題，提出露天金屬礦多排孔微差毫秒延時(shí)爆破施工技術(shù)，并進(jìn)行了深入研究。以某露天金屬礦為研究背景，詳細(xì)闡述了多排孔布設(shè)及鉆孔、炸藥裝設(shè)、減震干擾孔設(shè)置、延時(shí)爆破等施工關(guān)鍵要點(diǎn)，以期優(yōu)化爆破效果，提升采礦作業(yè)的安全性和效率，為相關(guān)企業(yè)提供了更加安全、環(huán)保的礦產(chǎn)開采方式。

關(guān)鍵詞：露天金屬礦；多排孔；鉆孔；炸藥裝設(shè)；減震干擾孔；延時(shí)爆破

0" "引言

露天金屬礦的開采在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是支撐國家工業(yè)化和現(xiàn)代化的基礎(chǔ)資源之一。隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，金屬礦產(chǎn)的需求日益增加，露天金屬礦山的開采規(guī)模和技術(shù)水平也在不斷提升[1]。然而，露天金屬礦的開采過程中，爆破作業(yè)是至關(guān)重要的一環(huán)，其效率和質(zhì)量直接關(guān)系到礦山的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。

傳統(tǒng)的爆破技術(shù)存在諸多問題，如瞬發(fā)爆破導(dǎo)致的爆破效果不理想、能量分布不均、震動(dòng)大以及塊度分布不合理等。這些問題不僅限制了礦山生產(chǎn)能力的提升，還增大了開采成本，并可能對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，研究和應(yīng)用更為先進(jìn)的爆破技術(shù)，特別是多排孔微差毫秒延時(shí)爆破技術(shù)，成為提高露天金屬礦開采效率和安全性的重要途徑[2]。

微差爆破是一種有效的控制爆破方法，它可以有效地降低爆破震動(dòng)的影響，提高爆破效果。微差爆破技術(shù)通過控制不同炮孔之間的起爆時(shí)間差，形成應(yīng)力波的疊加和相互抵消，從而達(dá)到優(yōu)化爆破效果的目的。盡管多排孔微差毫秒延時(shí)爆破技術(shù)在露天金屬礦開采中取得了顯著成效，但仍存在一些不足和挑戰(zhàn)，為此對(duì)露天金屬礦多排孔微差毫秒延時(shí)爆破施工技術(shù)展開進(jìn)一步研究。

1" "工程概況

以某露天金屬礦為研究背景，該金屬礦標(biāo)高為+320～+550m，黃土丘陵環(huán)繞區(qū)，礦區(qū)有兩條河流穿行。礦山東北邊坡不穩(wěn)，常有滲流水沿煤巖界面流出。礦區(qū)氣候正常，煤巖交替明顯。

礦層含細(xì)砂巖、粉砂巖，夾有黑色泥巖和炭質(zhì)泥巖，局部存在第三系地層。玄武巖多呈水平狀，形成平臺(tái)地貌，分布于河流沿岸，分致密、氣狀、橄欖類，厚約10.32m，位于露天范圍北部邊緣，面積0.89km2，成分以長石為主（80%），含橄欖石（10%）、輝石（6%）及鐵礦等。

玄武巖下部及露天礦區(qū)南側(cè)均有大量的紅壤層、砂礫層，厚度達(dá)25m。第四系蓋層以砂礫巖為主，下部以風(fēng)成砂、亞砂和亞黏土為主，其上覆以砂巖為主。南部以亞黏性或亞砂性為主，下半部分為砂礫層，中間夾中、細(xì)粒砂或黏土鏡質(zhì)體，粒度為4.26m。北區(qū)上部為壓砂土或風(fēng)積砂，下部為砂礫或砂礫與亞黏土混合物。

2" "施工關(guān)鍵要點(diǎn)

2.1" "爆破工藝在金屬礦開挖的應(yīng)用

2.1.1" "光面爆破布孔設(shè)置

在實(shí)際露天金屬礦開挖作業(yè)中，為保證露天金屬礦山圍巖的平整性，采取一種與橫向楔孔掏槽配合的光面爆破工藝。根據(jù)過往工程項(xiàng)目的寶貴經(jīng)驗(yàn)，只有當(dāng)破碎孔被精準(zhǔn)地放置在預(yù)定位置時(shí)，掏槽作業(yè)才能達(dá)到預(yù)期的最佳效果。

在鉆孔布置過程中，首先要在鉆孔的中部開一個(gè)鉆孔，根據(jù)該露天金屬礦實(shí)際情況，設(shè)置3個(gè)破碎孔，每個(gè)孔的直徑為42mm。在破碎孔周圍布設(shè)崩落孔，孔距為80cm，鉆孔深度為3.0m，炮眼的直徑同樣為42mm，露天金屬礦多排孔布設(shè)示意如圖1所示。

如圖1所示，在每個(gè)60cm處開3個(gè)鉆孔，在每個(gè)鉆孔的左側(cè)和右側(cè)都開有一行75°的楔形掏槽，孔距為190cm。次要孔按80cm×80cm的尺寸開設(shè)。

2.1.2" "鉆孔作業(yè)與參數(shù)控制

按照設(shè)計(jì)要求，使用JGHFAS-FA151型鉆機(jī)進(jìn)行精確鉆孔。在鉆孔作業(yè)開始之前，專業(yè)技術(shù)人員會(huì)使用高精度的測量儀器，對(duì)周邊輪廓線和預(yù)定的鉆孔孔位進(jìn)行放樣與定位，確保每個(gè)孔位的位置準(zhǔn)確無誤，且放樣的允許誤差被嚴(yán)格控制在±2cm以內(nèi)。

在鉆孔過程中，為了保證孔位的精度和鉆孔的質(zhì)量，對(duì)孔位誤差實(shí)施嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)。周邊孔與挖孔的孔位誤差需要控制在5cm以內(nèi)，其他類型的孔位則需控制在10cm以內(nèi)。同時(shí)，鉆機(jī)操作員需要保持穩(wěn)定的鉆進(jìn)速度和適當(dāng)?shù)你@進(jìn)壓力，避免由于鉆進(jìn)速度過快或壓力過大而導(dǎo)致鉆孔偏斜或損壞鉆孔設(shè)備。

此外，在鉆孔完成后，技術(shù)人員還需要對(duì)孔深、孔徑等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和驗(yàn)收。使用專業(yè)的測量工具對(duì)每個(gè)鉆孔的深度和直徑進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對(duì)比，確保所有參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。如果發(fā)現(xiàn)任何不符合要求的鉆孔，需要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)或重新鉆孔，以保證后續(xù)爆破作業(yè)的效果和安全性。

2.2" "炸藥裝設(shè)

2.2.1" "爆破與起爆分析

在爆破材料的選用上，常用導(dǎo)爆索以及時(shí)間誤差較小的同段別雷管。導(dǎo)爆索具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，其傳爆速度極快，達(dá)到了6500m/s，基本能滿足大多數(shù)炮孔同時(shí)起爆的需求，從而有效地降低大塊率，提升爆破效率。然而，導(dǎo)爆索也存在一定的局限性。由于其爆破能量在極短的時(shí)間內(nèi)迅速釋放，可能會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，包括震動(dòng)、沖擊波以及飛石等安全隱患[4]。

同段別雷管可以通過精確的時(shí)間控制，實(shí)現(xiàn)多排孔同段爆破，從而達(dá)到更為理想的破碎效果。多排孔同段爆破的破碎機(jī)理十分復(fù)雜，可以簡單認(rèn)為：在第一響后的20ms時(shí)間范圍內(nèi)，后續(xù)的爆破效果相當(dāng)于前面所述的多炮孔同時(shí)爆破，從而對(duì)巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和擠壓。而在20～50ms之間，爆破效果則類似于糊炮，即巖石塊在還未落地之前，就在空中相互擠壓碰撞，從而進(jìn)一步促進(jìn)巖石的破碎，提高爆破效果。

2.2.2" "藥量的計(jì)算與確定

本次露天金屬礦爆破作業(yè)中，采用Ms1到Ms8等級(jí)的非電雷管。根據(jù)實(shí)際情況確定每個(gè)孔的裝藥量，其計(jì)算公式如下：

式中：W為單個(gè)鉆孔裝藥量，V為單孔爆破巖石體積，B為孔距，S為一次炮孔爆破總方量，m為巖石阻力控制系數(shù)。

利用式（1）確定每個(gè)炮孔的裝藥量，具體內(nèi)容如下表1所示。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，將炸藥裝放到相應(yīng)的炮孔內(nèi)。在裝藥前應(yīng)對(duì)炸藥進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，確保炸藥質(zhì)量符合要求，同時(shí)裝藥過程中應(yīng)嚴(yán)格控制裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)，確保爆破效果達(dá)到最佳。

2.3" "減震干擾孔設(shè)置

在當(dāng)前露天金屬礦多排孔微差毫秒延時(shí)爆破施工實(shí)踐中，為了有效緩解爆破作業(yè)對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生的負(fù)面影響，采納兩種策略來達(dá)成這一目標(biāo)。一方面，利用自然界中已經(jīng)存在的斷層結(jié)構(gòu)，借助這些天然的斷裂帶作為應(yīng)力釋放通道，從而降低爆破沖擊波對(duì)建筑物的直接沖擊。另一方面，當(dāng)自然斷層不可用時(shí)，采取人工制造裂縫的方法，模仿自然斷層的減震效果，進(jìn)一步分散和減弱爆破產(chǎn)生的能量。

根據(jù)該露天金屬礦實(shí)際情況，在周圍布設(shè)20個(gè)空孔作為減震干擾孔。減震干擾孔設(shè)置在爆破區(qū)域周圍或內(nèi)部，孔徑為100～110mm，孔深為15～18m。采用梅花形布置方式，沿露天金屬礦開挖輪廓線內(nèi)側(cè)設(shè)置一排或多排減震干擾孔，并在鉆孔內(nèi)插入外徑適中的PE聚乙烯管或其他中空管[5]。

插管前需對(duì)管道進(jìn)行加工和清理，確保其表面平整、光滑且無明顯缺陷。插管過程中，需保持管道的垂直度和精度，并使用適當(dāng)?shù)墓潭ㄑb置進(jìn)行固定。插管完成后需對(duì)管道進(jìn)行封堵處理，以防止爆破時(shí)能量外泄。減震干擾孔在物理上可阻斷應(yīng)力波的直接傳播路徑，使得原本可能集中作用于建筑物的爆破能量得以在空中更為廣泛地釋放，而非繼續(xù)沿著原有路徑向建筑物方向推進(jìn)。

2.4" "延時(shí)爆破技術(shù)與安全控制

2.4.1" "起爆準(zhǔn)備

在實(shí)際啟動(dòng)起爆作業(yè)之前，劃定明確的爆破警戒區(qū)域。在警戒區(qū)內(nèi)，必須確保所有人員都已安全撤離，同時(shí)做好必要的安全防護(hù)準(zhǔn)備工作，包括但不限于設(shè)置警示標(biāo)志、疏散通道以及應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制等[6]。只有在確認(rèn)所有安全措施均已到位，且人員已全部撤離至安全區(qū)域后，方可進(jìn)行起爆作業(yè)。

2.4.2" "起爆機(jī)理

起爆采取多排孔微差毫秒延時(shí)爆破技術(shù)，從爆破應(yīng)力波相互作用的疊加效應(yīng)這一角度出發(fā)進(jìn)行深入分析。當(dāng)藥包首先起爆時(shí)，其產(chǎn)生的應(yīng)力波在傳播過程中，一旦接觸到自由面，會(huì)發(fā)生反射并轉(zhuǎn)化為拉伸波。這種反射回來的拉伸波，具有與原始應(yīng)力波不同的方向和性質(zhì)。因此，當(dāng)它與隨后起爆的藥包產(chǎn)生的應(yīng)力波相遇時(shí)，兩者會(huì)發(fā)生相互疊加。這種疊加效應(yīng)能夠顯著地增大整體的拉伸應(yīng)力水平，從而增強(qiáng)對(duì)巖石的破壞作用，達(dá)到更為理想的破巖效果。

2.4.3" "起爆效果與安全控制

保證這一效果的關(guān)鍵為控制爆破延時(shí)，其計(jì)算公式為：

式中：t為多排孔起爆微差毫秒延時(shí)，α為炮孔間距，Q為最小抵抗線，N為露天金屬礦巖石縱波波速。

利用式（2）計(jì)算露天金屬礦多排孔起爆微差毫秒延時(shí)，對(duì)炮孔起爆時(shí)間控制。多排孔微差毫秒延時(shí)爆破裂隙示意如圖2所示。

如圖2所示，在巖體中實(shí)施多孔介質(zhì)爆炸時(shí)，只要爆炸未將巖體完全分割為兩部分，應(yīng)力波便能夠在孔隙間自由傳播。各炮孔爆炸引起的應(yīng)力波在交匯時(shí)，或在接觸到裂縫（即自由表面）后，會(huì)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力并相互疊加。當(dāng)疊加的拉伸應(yīng)力強(qiáng)度超過巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石將出現(xiàn)更多的裂隙[7]。

若多個(gè)裝藥的炮孔在時(shí)間內(nèi)同時(shí)起爆，且時(shí)間窗口早于巖石因爆破作用而發(fā)生片幫脫離時(shí)間，則孔間的巖石在爆破應(yīng)力波相遇和疊加作用下，會(huì)形成主要裂隙，從而將露天金屬礦巖石破碎。

爆破作業(yè)結(jié)束后，為確保作業(yè)區(qū)域的安全與整潔，必須立即著手進(jìn)行現(xiàn)場清理工作。清理的重點(diǎn)在于徹底移除爆破過程中產(chǎn)生的所有碎石、塵土及其他各類雜物。調(diào)配專業(yè)的人員和適宜的設(shè)備，如清掃車、鏟車等，對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行全面而細(xì)致的清理，確保不留任何安全隱患，以此完成露天金屬礦多排孔微差毫秒延時(shí)爆破施工。

3" "結(jié)束語

本文以某露天金屬礦為研究背景，詳細(xì)闡述了多排孔布設(shè)及鉆孔、炸藥裝設(shè)、減震干擾孔設(shè)置、延時(shí)爆破等施工關(guān)鍵要點(diǎn)，以期優(yōu)化爆破效果，提升采礦作業(yè)的安全性和效率，為相關(guān)企業(yè)提供了更加安全、環(huán)保的礦產(chǎn)開采方式。這一研究不僅是對(duì)現(xiàn)有爆破技術(shù)的一次全面審視，更是對(duì)未來發(fā)展方向的一次深刻探索。

研究結(jié)果證實(shí)，多排孔微差毫秒延時(shí)爆破技術(shù)在提高爆破效率、優(yōu)化爆破效果、減輕環(huán)境破壞和保障安全生產(chǎn)方面的顯著成效。通過精確控制炮孔之間的起爆時(shí)間差，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力波的疊加與相互抵消，從而顯著提升了爆破作業(yè)的精細(xì)化水平。這不僅為礦山企業(yè)帶來了更高的經(jīng)濟(jì)效益，也為社會(huì)提供了更加安全、環(huán)保的礦產(chǎn)開采方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 柴宗杰.露天礦山開采中深孔爆破技術(shù)的應(yīng)用研究[J].新疆鋼鐵，2024（2）：73-75.

[2] 郁園園.金屬礦露天開采礦山地質(zhì)環(huán)境問題及治理對(duì)策探討[J].世界有色金屬，2024（2）：152-154.

[3] 楊興寶.公路隧道近距離上跨鐵路隧道爆破施工研究[J].施工技術(shù)（中英文），2024，53（21）：84-89.

[4] 何聰，陳忠章，何必伍.基坑爆破開挖對(duì)鄰近隧道的振動(dòng)影響分析[J].市政技術(shù)，2024，42（11）：127-134.

[5] 凡文廷，柳寧，程波.城市地鐵暗挖車站精細(xì)化爆破關(guān)鍵技術(shù)實(shí)踐[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2024，37（5）：118-122.

[6] 曾令軍，丁濤.鉆孔灌注樁球狀風(fēng)化體爆破施工[J].云南水力發(fā)電，2024，40（10）：22-26.

[7] 欒福佳.露天金屬礦開采工程的采礦方法與技術(shù)優(yōu)化研究[J].世界有色金屬，2024（10）：93-96.