石灰石礦山中深孔逐孔爆破技術*

彭廷華，梁廣妍

(1.成都中材建設工程公司， 四川 成都 610017;2.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083)

0 引言

四川利森建材集團雙橋石灰石礦為中國建材西南水泥什邡公司的石灰石原料礦山，公司有熟料生產線兩條，日需礦石10000 t，以垂直深孔多臺階開采，采用KG940A高風壓潛孔鉆機鉆垂直、傾斜深孔，爆破采用粉狀硝銨炸藥［1，2］。目前該礦存在爆破震動擾民、炸藥單耗高、大塊率高、爆破效果不理想的問題，嚴重制約了礦山的生產能力。為了改善爆破效果［3］，降低大塊率［4］，降低爆破震動［5］對周邊環境的干擾，進行了爆破實驗，優化了爆破網絡參數［6］。

1 作業環境與地質條件

四川利森雙橋石灰石礦山爆破作業區域為荒山坡，礦石為石灰石，零星分布第四系碎石土、浮土、雜草等。地質構造簡單:區域地層以茂汶斷裂為界，西部出露有元古界黃水河群和震旦系、以東為石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及第四系，石灰巖礦主要分布于石炭系和二疊系中;區域展現的構造屬龍門山華夏系構造一部分，呈NE40°～50°走向，寬20～50 km，長150 km以上，主要由三條北東向壓扭性大斷裂(茂汶斷層、映秀斷層、二王廟斷層)和兩個最大復背斜(彭灌復背斜、寶興復背斜)，以及一系列走向北東的次一級壓扭性斷裂、倒轉和正常褶曲組成，前人稱之為“九頂山華夏構造系”。在此構造系中，尚伴有一系列呈北東向展布的飛來峰構造，礦區內屬塘壩子飛來峰構造，礦區內有少許溶洞，裂隙發育，巖石堅固性系數f=6～8。爆破作業區域周圍500 m內無建筑設施，只有荒地，爆破環境較好。

2 爆破作業方式及參數選擇

2.1 爆破參數選取

臺段高度小于5 m的采用淺眼爆破，臺段高度在6～15 m的采用中深孔爆破。本文僅對中深孔爆破進行闡述。

2.1.1 中深孔爆破參數

礦山采用多排孔非電導爆管雷管逐孔爆破［7-8］，主要使用2#巖石膨化硝銨炸藥。

(1)生產中采用的爆破參數為:

炮孔直徑115 mm;

炮孔深度16.5 ～18 m(臺階高度15 m);

炮孔傾角75°;

炮孔底盤抵抗線3.5～4 m;

炮孔間距4～6 m;

炮孔排距3～4 m(炮孔呈菱形布置);每次爆破2～3排;

每次爆破30～40孔;

炮孔填塞長度≥3 m(填塞材料為鑿巖石粉);

延米爆破礦量≥19 m3;

單位炸藥消耗量約 0.32 ～0.45 kg/m3。

(2)邊坡爆破。臨近最終邊坡位置采用預裂爆破等控制爆破技術，確保采場最終邊坡的穩定。臺階高度小于5 m的采用淺孔預裂爆破，用手持風鉆鉆孔，孔間距500 mm，不耦合裝藥系數為1.7。臺階高度超過5 m的采用中深孔預裂爆破，用潛孔鉆機穿孔，孔間距為1.5～2.5 m，不耦合裝藥系數為2。

(3)延期時間及起爆網絡設計。本礦山為較軟石灰巖，毫秒延遲時間選擇見表1。

表1 毫秒延遲時間選擇

為了充分得到滿意的爆破塊度和達到良好的降振效果及確保準確的起爆順序，孔內采用大于150 ms的非電毫秒延期雷管;為了到達孔內起爆炸藥的可靠性，孔內設置兩個起爆藥包，離孔底2 m處置放一個起爆藥包逆向傳爆，離孔口7 m處置放一個起爆藥包逆向傳爆;地表孔間采用25 ms的非電毫秒延期雷管;排間采用110 ms的非電毫秒延期雷管。連接成爆破網絡用電雷管一次性起爆。網絡連接示意見圖1、延期時間表見表2。

圖1 起爆網絡連接

表2 延期時間表 單位/ms

2.2.2 中深孔爆破施工工藝

中深孔爆破施工工藝流程見圖2。

(1)施工準備。組織機械設備及人員進場，進行三級安全教育、技能培訓、安全技術交底，辦理火工產品購買協議，與當地民爆公司、公安部門聯系，取得爆破許可，完善相關手續;搭建生產生活設施，解決施工用水用電及道路建設“三通一平”工作。

(2)放線。用全站儀或經緯儀測定點、線，水準儀進行地形復測，定出標樁。在施工中經常檢查底邊線及高程，保證各平臺的高程滿足設計要求。

(3)修筑鉆機運行道路及鉆孔平臺。采用YT24鑿巖機，“一”字型釬頭鉆鑿炮孔，為潛孔鉆修筑道路及鉆孔平臺。

(4)爆破設計。按現場實際情況進行爆破參數調整，調整后的爆破設計或方案報公司總工程師審核批準后才能進行爆破施工。

圖2 中深孔爆破施工工藝流程

(5)穿孔。按中深孔爆破參數進行作業，在穿孔過程中如遇溶洞或無法鉆進至設計位置的炮孔，做好施工記錄。

(6)裝藥。為提高裝藥密度和裝藥集中度，一般采用散裝炸藥。粉狀炸藥通過漏斗往孔內裝填，用炮棍搗實保證裝藥密度。潮濕有水的炮孔，應使用防水炸藥，或用經防水處理的筒裝藥卷，每筒藥卷的重量應小于3 kg。藥卷直徑應比炮孔直徑小10～20 mm。藥卷上端設竹制吊鉤，用結實繩子將藥卷逐個吊放入炮孔內，繩子一端栓一活動小吊鉤(非鐵質)，以便藥卷放入炮孔能迅速脫鉤。邊坡孔采用不耦合裝藥，可將小藥卷綁在竹片上，以增加裝藥長度。裝藥過程中隨時用皮尺測量裝藥高度，遇有溶洞或裂隙時采用空氣間隔器間隔以預防局部形成集中藥包增大裝藥量。爆破時飛石過遠，一般采用連續柱狀裝藥或間隔裝藥結構。為避免超過傳爆長度而引起藥柱爆炸不完全，在炮孔深度大時，應在裝藥段的上部和下部1/3處各裝一個起爆藥卷。起爆藥卷的重量1～3 kg。每個起爆藥卷插入1個起爆雷管。裝入起爆藥卷后用炮棍裝填上部的炸藥時，必須輕填、輕壓，并應保護好起爆線路。操作中嚴禁用炮棍撞擊阻塞在深孔內的起爆藥卷。裝藥前，應將孔口周圍半徑70 cm內的一切巖塊、雜物及孔內堵塞物清除干凈。裝藥過程中必須防止異物掉入孔內造成裝藥困難或裝藥間隔引起藥柱不傳爆。

(7)堵塞。為提高爆破效果和控制飛石的距離，必須保證合理的堵塞長度。堵塞長度一般應不得小于最小抵抗線的0.8倍;邊坡孔在孔口1～1.5 m內用粘土堵塞。緊靠炸藥一段和孔口段(大于1 m)應用炮泥堵塞，但不得混入石塊。必須用炮泥堵塞。

(8)起爆網絡。采用非電起爆:用高能脈沖起爆器。

3 安全技術措施

3.1 安全管理工作

為了確保施工安全，在施工中貫徹“安全生產，預防為主，綜合治理”的方針。爆破嚴格執行GB6722—2003《爆破安全規程》。

(1)火工品的運輸、貯存和加工使用必須按相應的規程要求精心操作。

(2)警戒與信號必須嚴格執行安全規程，視覺信號(紅旗)，聽覺信號(警報及哨音)和標志牌等要齊全，明確。各警戒點應設在危險區的邊界以外。

(3)爆破信號分預告信號，起爆信號和解除信號，信號的下達由總指揮一人負責。預告信號應在起爆前30 min發出，所有與警戒無關的人員，設備立即撤離危險區以外的安全地點，同時派出警戒人員到指定的警戒點，當確認人員與設備均已撤離危險區外才能發出安全信號，具備起爆條件時方可發出起爆信號，由指定的專職人員負責起爆，實施爆破后警戒人員仍要堅守崗位，履行職責，當爆破后10 min，由指定的安全技術人員可進入爆區進行安全檢查，其他人員不得進入危險區，經檢查確認安全后，才允許發出解除信號，警戒人員方可撤回。

3.2 盲爆處理

發現盲爆后，由爆破工程技術人員根據現場情況制定相應的技術措施或方案，由爆破經驗豐富的爆破員進行處理，排除前必須在爆區設立警戒標志，并且派安全員值守，防止無關人員進入，當班不能排除移交另一班爆破員排除時，必須交接清楚。具體排除方法如下:

(1)爆破網路未受破壞，最小抵抗線無變化者，可重新聯線起爆，最小抵抗線有變化，應驗算安全距離，并擴大警戒范圍后，再聯線起爆;

(2)在距盲炮孔口不小于10倍炮孔直徑處另打平行孔裝藥起爆;

(3)所有炸藥若為非抗水硝銨類炸藥，且孔壁完好者，可取出部分堵塞物，向孔內灌水使之失效然后作進一步處理。

3.3 爆破安全技術控制

為有效控制爆破地震波，沖擊波及爆破飛石等爆破危害，設計與施工嚴格控制最大一段起爆藥量，控制雷管的分段順序及時間差，避免爆破危害發生。

3.3.1 爆破地震波安全距離計算

爆破地震波安全距離。

式中:Q—最大一段爆破藥量，kg;

K—系數，取K=200;

a—衰減指數a=1.65;

V—爆破震速，取V=2 cm/s。

根據公式(1)計算，確認爆破最大一段藥量Q≤400 kg對周圍建筑無影響。

3.3.2 爆破空氣沖擊波安全距離計算

爆破空氣沖擊波安全距離按式(2)計算:

式中:K—系數，取 K=1.5;

Q— 最大一段爆破藥量，kg。

根據式(2)計算，確認最大一段藥量Q≤400 kg對周圍環境(人員、動物、建筑物)無影響。

3.3.3 個別飛石的安全距離計算

個別飛石的安全距離按式(3)計算:

式中 :n—爆破作用指數，取n=0.75;

W—為最小抵抗線;

k—為系數，取k=1。

爆破個別飛石安全距離計算見表3。

表5 爆破個別飛石安全距離計算

《爆破安全規程》(GB6722－2013)規定:中深孔爆破個別飛石的最小安全距離不小于300 m。根據以上計算，個別飛石的最小安全距離在《爆破安全規程》(GB6722－2013)規定允許范圍內。

通過對周圍地形、周圍環境了解，如爆破作業環境較差，實施爆破時嚴格控制最大一段裝藥量，加強安全警戒范圍、警戒力度，可以避免爆破危害和爆破事故。

4 結論及分析

通過實驗，采用此類爆破方法進行爆破施工，炸藥單耗能降低到0.28 kg/m3，大塊率控制在2%以內，爆破震動控制在爆破安全規程允許范圍內，改用此類爆破方法后，爆破震動擾民得到了緩解(以前采用排間微差爆破，每排8～10孔，段藥量600 kg，每次爆破后，附近村民到礦山阻擾施工)，為該礦山后期采礦取得了好的經驗，獲得了較好的社會效益。此種爆破方法還可以改進孔網參數，減小單段藥量，爆破震動速度可以得到更好的控制。

［1］鄧 飛，何錦龍，賴衛東.《礦山工程爆破》［M］.北京:化學工業出版社，2013.

［2］汪旭光.爆破手冊［M］.北京:冶金工業出版社，2010.

［3］陳亞軍.礦山爆破與安全技術［M］.北京:氣象出版社，2011.

［4］耿貴剛，池恩安，劉鳳錢.中深孔爆破大塊產生的原因分析及降低大塊率的技術措施［J］.礦業研究與開發，2011，31(4):104-106，117.

［5］牛愛紅.降低礦石爆破塊度方法的研究［J］.金屬礦山，2008，38(9):40-42.

［6］程 平，郭 勇.多排孔大區微差爆破起爆網絡設計中的點燃陣面［J］.有色礦冶，2008，24(2):18-19.

［7］李永平，王 壟，茍桂森，等.“V”型逐孔起爆技術在昆陽磷礦的應用［J］.露天采礦技術，2009(4):11-13.

［8］陳 壽，周桂松，周 云.逐孔起爆技術在太和鐵礦的應用［J］.工程爆破，2011，17(1):13-15.