中深孔逐孔起爆和分段裝藥技術在冶金輔料礦山系統的應用

白勇

摘 要：在冶金輔料礦山系統中深孔臺階爆破中，成功地運用了分段裝藥和逐孔起爆先進工藝技術，大大降低了爆破大塊率，提高了爆破效果，有效降低采礦成本。并且達到了降低爆破震動危害、減少飛石影響的良好效果。

關鍵詞：分段裝藥；逐孔起爆；采礦成本；爆破震動

中圖分類號：TD235.39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0053-02

1 概 述

冶金輔料礦山爆破工序作為礦山開采的最為重要生產環節，在生產爆破中，過去一直采用排間斜線起爆方式，一方面爆破效果不理想，大塊、底根較多，爆堆松散度差，造成后續生產工藝成本偏高；另一方面，該起爆方式引起的爆破震動較大，對采場最終邊幫、采場南部周邊建構筑物的影響較大。爆破工序嚴重影響著采礦速度、安全和成本。因此，優化爆破工藝技術，提高爆破質量對整個礦山開采有著尤為重要的意義。

2 礦區地質和穿爆情況簡介

礦區位于華北地臺塊的山西臺背斜的東北部，區內地勢北高南低，最高標高979.9 m，最低標高738.17 m，相對高差241.73 m。礦區地層主要為下元古界滹沱超群東冶群瑤池村組和新生界第四系。礦區礦床為沉積淺變質型礦床。礦體與下盤千枚巖呈明顯的整合接觸。

礦區礦層基本全部出露地表，礦體呈一緩傾伏向斜產出，礦體走向由南西—北東，傾向南東157 °，傾角12 °～45 °，礦體在礦區范圍內出露長660 m，寬度100 ～400 m，平均寬250 m，礦體最小埋深0 m，最大埋深235 m。

受區域構造的影響，礦區構造形成NE—SW方向的大小斷層十余個，巖層形成一橢圓狀環形內斜式向斜，主要軸向呈NE30 °～40 °，傾向SE，傾角10 °～20 °。礦區內發育著兩組節理。

該礦山以前采用臺階高度10 m，礦區未進行分類礦巖可爆性分區和分級，φ150潛孔鉆穿孔，孔徑φ150 mm，孔深11.5±0.5 m，全部4×6m孔網梅花形布孔，底盤抵抗線3.5 m，多排孔排間微差起爆，柱狀連續裝藥，單位炸藥消耗量0.7 kg/m3，炸藥單耗2 750 kg/萬t，每次爆破用藥15～20 t。

存在的主要問題是：礦石塊度合格率低，部分爆堆大塊率過高，而部分爆堆粉礦率過高；局部甚至大面積根底；爆堆礦石塊度不均，下部粉礦多；盲炮多，爆破震動大。

3 中深孔爆破工藝技術優化

根據對影響爆破效果的原因分析，結合礦區的具體條件，主要采取了以下優化措施提高爆破質量。

3.1 礦區礦巖合理分區，不同區域采取不同的孔網參數

礦區穿孔設備和開采臺階已定，調整爆破的孔網參數主要是依據礦區地質對礦巖合理分區，然后在已經確定的礦巖分區內確定炮孔密集系數m。

礦區根據礦區地質特征結合破碎系統要求將采區大致分兩個區域，采區南部解理裂隙較發育，礦巖松軟，層面多且層間距小，炮孔排面和主結構面走向接近平行，為了避免孔間裂隙過早生成而泄露爆轟氣體，炮孔密集系數取2.0～2.1m；采區北部有兩個大的斷層經過，礦巖硬度大，解理裂隙面傾角達70度，炮孔密集系數m取值較小，根據經驗取1.7。

根據破碎系統破碎口給礦口徑要求和鏟裝設備能力，將礦石和巖石大塊粒度 進行定義，礦石粒度≤0.8 m3，巖石粒度≤1.2 m3。

根據以上分析，確定合理的爆破孔網參數為：

采區南部：

孔距a=mWd=1.8～2.0×3.5=6.3～7 m；

排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m

采區北部：

孔距a=mWd=1.7×3.5=6 m；

排距b=（0.6～1.0）Wd取4 m；

對局部裂隙發育、靠近斷層帶處采用孔距7 m，排距3 m。

3.2 利用逐孔起爆方式起爆

3.2.1 逐孔起爆技術的特點

爆破工作是采礦工作的重要組成部分，爆破效果和爆破震動受爆破器材質量、爆破參數、起爆順序、巖石性質、節理裂隙等諸多因素的影響。在現場爆破中，許多難以預期的因素，往往使爆破效果和爆破震動不可控。

但是，在同等爆破條件下，根據巖石爆破破碎的動力過程，合理分配各孔的起爆順序，確保各孔之間的精確毫秒延期，能夠充分利用炸藥能量改善爆破效果，同時明顯降低爆破地震效應，通過為每個炮孔創造更多的自由面，實現爆炸應力波的多次反射，加強相鄰炮孔之間的巖石碰撞，進一步改善爆破效果，使破碎塊度更加均勻，使大塊和底根數量減少。

逐孔起爆技術核心是單孔延時起爆。依靠非電高精度毫秒導爆管雷管，實現爆區內任何一個炮孔爆破時，在空間和時間上都是按照一定的起爆順序單獨起爆，這樣可以人為地為每個炮孔準備最充足的自由面。利用逐孔起爆技術，每個炮孔在起爆前，其前方和側方的炮孔已經爆炸，并為該孔備出了至少3個以上的自由面，因此巖石爆破所需要拋散能量大大降低，同時，合理選擇孔間和排間微差時間可以充分利用巖石破碎后的拋散能量，增加相臨炮孔間巖石的空中碰撞次數，從而顯著改善了爆破塊度。

此外，由于多個新生自由面的出現，該孔藥柱爆炸后產生的應力波傳至新自由面后將同時發生反射，應力波同時抵達藥包位置，反向拉伸波在傳播過程中首先在自由面接觸，然后依次向著藥包位置在單孔爆破區內各點處發生疊加，拉應力強度大大提高，降低了巖石破碎時彈性變形能的損失，從而降低了炸藥單耗，并極大改善了巖石爆破破碎效果。

3.2.2 孔間與排間逐孔延期時間的選擇

在逐孔起爆技術網絡設計中，分為地表延期網絡和孔內延期網絡，孔間延期決定塊度，排間延期決定爆堆松散度。其中地表延期合理微差時間的選擇是關鍵。地表延期導爆管雷管（4號雷管），根據爆破動載理論和爆震最小的要求，結合鉆孔孔徑為150 mm，確定控制排孔與孔之間的延期時間間隔為3～8 ms/m，取25 ms，分傳爆列孔與孔之間的延期時間間隔為15～30 ms/m，取65 ms。孔內導爆管雷管（8號加強雷管），延期時間均為400 ms。具體爆破地表網絡連接，如圖1所示。

通過利用逐孔起爆方式起爆，爆破后，爆堆前伸12～18 m，整體移動性好，爆堆表面隆起1～3 m，滿足鏟裝高度，爆區內部巖石破碎較均勻，松散度較好，爆區內部存在大塊的可能性較小；爆區最后排炮孔沉降2～4 m，無后沖和后翻現象；實現了“反向起爆”，松動爆破區內沒有產生飛石，為安全生產提供了保障，同時大大降低了根底出現的概率。

3.2.3 爆破震動測試

采場部分最終邊幫位于地質情況復雜區段，且高度較大（目前最大高度70 m），對爆破地震反應強烈；采場南部周邊建構筑物距爆區的最小距離約46 m，其對爆破震動反應亦很敏感，因此，解決爆破震動過大問題成了當務之急。為了確保安全生產，對比逐孔起爆方式在降震方面的表現，定量評價爆破震動等級，以便采取相應措施，企業委托澳瑞凱公司，進行了5次爆破震動測試，綜合測試結果，見表1。

另外，將位于同一區段，地質條件基本一樣的兩次爆破的詳細分析，從爆破震動測試結果可以看出，采用澳瑞凱高精度導爆管雷管和逐孔起爆方式，爆破震動速度可降低35%～40%以上，降震效果明顯。

3.3 優化裝藥結構

采用空氣間隔裝藥技術和分段裝藥技術相結合。

由于孔口充填部分沒有炸藥，并且在一定深度范圍受上一次爆破影響，容易形成大塊。為克服空口大塊的產生，同時減少根底，采用了分段裝藥結構。底部裝藥55%，充填1～1.5m后再裝45%的炸藥，最后進行孔口回填。

同時，為了克服底部礦石過于粉碎的問題，在底部裝藥時采取了空氣間隔裝藥技術，在底部先放入0.5～0.8m的空氣柱再裝藥。

4 效果分析

通過爆破工藝技術優化，大大提高了爆破質量，爆破大塊率在原有的基礎上減少了25%，粉礦率降低了20%，延米爆破量由原來的48 t/m提高到55 t/m，炸藥單耗由原來的2 750 kg/萬t減少為2 200 kg/萬t。同時由于加強了現場鉆孔作業管理和爆破作業管理，基本上消除了邊墻和根底的產生，也降低了爆破成本和整個采礦工序成本。

5 結 語

隨著爆破技術的不斷提高和新型爆破器材的應用，礦山爆破質量大大提高，爆破精確度和安全有了保障。該礦山通過爆區分區管理，調整爆破孔網參數、逐孔起爆、調整裝藥結構等技術的應用，在減少大塊率、降低粉礦率、提高爆破安全方面收到了良好的效果。

參考文獻：

[1] 郭進平，聶興信.新編爆破工程實用技術大全[M].北京：光明日報出版 社，2011.

[2] 劉殿書.中國爆破新技術Ⅱ[M]北京：冶金工業出版社，2008.