空氣間隔裝藥技術在露天礦山的應用

王銀濤，白和強，劉 堅，劉宗海，周 岳，丁言鑫

（1.北方爆破科技有限公司，北京 100089；2.山西江陽工程爆破有限公司，山西 太原 030041）

深孔臺階爆破作為大型露天礦山采剝最常用的技術因其高效性、安全性被廣泛的運用于采剝作業中。傳統的連續裝藥爆破技術存在單耗大、爆轟波作用時間短、爆破區域巖體過度粉碎等諸多缺點，空氣間隔裝藥技術可以有效地解決了這些問題。

楊宗躍等[1]發現徑向不耦合裝藥相對于軸向不耦合裝藥對爆炸能量的分布更為合理，對巖體產生的破壞范圍更為均勻；白和強等[2]在進行現場試驗后發現孔底間隔裝藥技術可以明顯降低炸藥單耗，降低爆破成本，具有可觀的經濟效；曹祺等[3]研究表明在炮孔內隨空氣柱長度增加，沖擊波峰值壓力降低；趙繼忠等[4]進行了空氣間隔裝藥結構爆破試驗研究，統計結果表明大塊率明顯減少、炸藥單耗降低，改善了爆破效果；朱紅兵等[5]在向家壩工程中采用了空氣間隔裝藥爆破技術，并取得了良好的爆破效果；劉鵬程等[6]在大孔徑深孔采礦中使用了空氣間隔裝藥技術，并試驗得出了空氣間隔長度存在1 個最佳范圍；曲艷東等[7]在露天開采的臺階爆破中進行了空氣間隔裝藥結構的應用研究，探索了適合于煤礦層的空氣層裝藥比例；王凱等[8]對爆破過程進行相關數值模擬，發現17.5%比例中部空氣間隔裝藥在開挖效果、大塊率、爆破振動及作業成本等方面綜合要優于傳統連續裝藥；丁銀貴[9]結合現場實例，發現空氣間隔爆破技術，更利于巖體破碎效果更好，大塊率下降10%～30%，同時降低了爆破后沖作用。

1 工程概況

1）露天礦山簡介。緬甸萊比塘露天銅礦是我國一帶一路建設的重點項目之一，礦山位于緬甸中部城市蒙育瓦，為緬甸中特大的有色金屬露天礦山。在剝離初期，日采剝規模已達10 萬m3，年采剝總量約3 800 萬m3。緬甸萊比塘露天銅礦在開采中的設計邊坡垂直高度15 m，炮孔深度（17±0.5）m。礦山設計孔網參數分為2 種，在廢石區域和高黏土礦石區域為9.0 m×7.0 m，在低黏土礦石區域為8.0 m×6.0 m，個別區域根據生產需要適當調整。爆破主要參數:①炮孔直徑250 mm；②裝藥量45 kg/m3(現場混裝多孔粒銨油炸藥)和70 kg/m3（現場混裝乳化炸藥）；③每次起爆3～5 排，逐孔微差爆破，起爆順序根據現場實際情況采用對角（斜線）、V 型、掏槽等3 種方式，考慮到現場操作方便，其中對角起爆方式居多。

2）爆破質量問題。緬甸萊比塘露天銅礦目前采剝總量大，爆破質量尤為關鍵。但是該露天礦山在日常爆破施工作業時，在2 個炮區銜接處時常出現炮區后沖現象。炮區后沖現場主要產生以下影響：①影響臨近炮區穿孔質量，易造成卡鉆現象；②降低延米爆破量，增加炮區炸藥單耗等施工成本；③易出現爆破質量問題，如大塊、根底等，進而影響鏟裝效率。針對此現象，現場施工中一直強調減小后排炮孔裝藥量，但是隨著后排炮孔裝藥量的減少，頂部填塞段隨之增加，炮孔上部易出現大塊現象，此種施工方式雖然解決了炮區后沖現象，但是降低了炮區爆破質量，而且在鏟裝作業過程中頂部大塊容易給鏟裝作業的挖機和車輛帶來安全隱患。

2 爆破試驗主要參數

1）空氣間隔器加工制作。本次試驗材料主要為塑料PVC 管（直徑=200 mm），制作過程中將PVC 管裁剪為0.8、1.0、1.2、1.5 m 4 種不同規格，然后用頂部采用帶倒角（防止間隔器下落過程中劃傷導爆管）的同材質的管帽將PVC 管上下管頭封住（內部充滿空氣），然后根據尺寸做好標記以備使用。

2）炮孔裝藥結構。根據試驗要求選定試驗區域，在試驗炮區后排選擇試驗炮孔15 個。為了保證爆破質量，控制炮孔深度為設計孔深的±0.5 m 以內，炮孔孔位偏差為設計孔位的±0.5 m 以內。根據爆破施工流程在炮孔內放入孔內管和起爆彈；同時為了避免放置PVC 管空氣間隔器及填塞過程中劃傷導爆管，放置起爆彈過程中讓導爆管緊緊貼住炮孔內壁，裝入混裝銨油炸藥后按照順序放入已標記的不同長度塑料PVC 空氣間隔管，并詳細記錄相關現場數據，最后用炮孔填塞機進行填塞，保證填塞質量。炮區裝藥結構如圖1。

圖1 炮區裝藥結構示意圖

3）炮區起爆網絡。炮區起爆時，采用毫秒延期非電導爆管起爆網路，孔內延期500 ms，孔外孔間42 ms 延期，排間100 ms 延期，采用逐孔起爆方式。起爆網絡如圖2。

圖2 起爆網絡示意圖

3 爆破效果綜合分析

炮區裝藥數據及爆破效果詳細統計見表1。

3.1 爆破效果分析

1）爆破后沖距離分析。根據表1 中統計數據，隨著炮孔內PVC 管空氣間隔器長度的增加，炮區后排炮孔后沖長度逐漸減小。在未放置PVC 管空氣間隔器的炮孔內，單孔炸藥單耗0.40 kg/m3，填塞高度8.5 m 的情況下，炮區后沖長度大于7.0 m。隨著放入PVC 管空氣間隔器長度的增加，炮區后沖長度逐漸減小，當PVC 管空氣間隔器長度為1.5 m 時，炮區后沖距離大約3.0 m 左右，但是從現場爆破效果看出炮孔附近只是出現微小裂痕，爆破質量較差。

表1 炮區裝藥數據及爆破效果詳細統計表

2）爆破大塊個數分析。根據緬甸萊萊比塘露天銅礦現有鏟裝設備較大的特點，將爆破后最大外形直徑超過1.2 m 巖石定為大塊巖石，需要采用機械二次破碎。爆破后利用RTK 測量儀器對試驗炮孔進行放樣標記，挖掘鏟裝到此區域時，對大塊個數進行現場統計，為了便于統計將炮孔內PVC 管長度相同的試驗炮孔編為同一組。根據表1 統計結果得出以下結論:隨著PVC 空氣間隔器長度的增加，填塞段（空氣段和填塞料段）逐漸增長，大塊個數存在逐漸增加趨勢，當PVC 空氣間隔器長度大于1.2 m 時，大塊個數增加明顯，影響挖機鏟裝運輸。

3）爆后鏟裝效率分析。整個礦山的鏟裝運輸工作主要通過集控中心的卡調系統控制，通過卡調系統可以查詢特定區域的挖機鏟裝效率，試驗炮區挖機為小松PC 2000 型反鏟，考慮到定位挖機作業區域的局限性，將PVC 管長度相同的試驗炮孔編為同一組，在保證車輛充足的前提下分別統計挖機不同組的鏟裝效率。從表1 中統計的數據可以明顯看出：隨著試驗炮孔中PVC 管空氣間隔器長度的增加，挖機鏟裝效率逐漸下降，PVC 空氣間隔器為0.8、1.0、1.2 m 時挖機鏟裝效率雖然存在降低的趨勢，但總體并無太大波動，當空氣間隔器長度為1.5 m 時，挖機鏟裝效率降低明顯，說明對現場鏟裝產生較大影響；在不影響爆破效果和挖機鏟裝效率的前提下，PVC 空氣間隔器長度越長，對爆破成本控制越有利。綜上分析PVC 空氣間隔器長度為1.2 m 時，對爆破效果影響小。

3.2 經濟效益分析

根據礦山現有的炸藥類型和直徑200 mmPVC空氣間隔器可計算出成本，PVC 塑料管為30 元/m，管帽15 元1 個，長度為1.0 m 的PVC 管空氣間隔器價格為60 元?，F場混裝銨油炸藥的單價為5 000元/t。以其中一次爆破試驗方案所采用100 個炮孔為例在采用長度為1.2 m 的PVC 管空氣間隔裝藥結構方案中，每孔增加空氣間隔器成本60 元，而炸藥用量每孔相對減少約54 kg，每孔裝藥成本相對減少210 元，以其中一次爆破試驗方案采用空氣間隔器的25 個炮孔為例，總成本降低5 250 元。

綜上所述，現場爆破施工中，炮區排距為7.0 m，理論爆后沖距離為3.0～4.0 m 時，利于下個炮區穿孔，綜合考慮爆破效果、質量、成本等因素，當PVC管空氣間隔器長度為1.2 m 時，爆破效果和爆破質量不僅滿足現場鏟裝需求，而且有效降低爆破成本，為爆破施工帶來可觀的經濟效益。

4 結語

爆破后觀察試驗炮區爆破效果，同時測量炮區后沖距離、分組統計炮區大塊個數及挖機鏟裝效率，并對數據進行綜合分析。PVC 管空氣間隔器長度為1.5 m 時，炮區后沖距離雖然最小，但是總體爆破質量差、大塊個數最多，挖機鏟裝效率最低。PVC 管空氣間隔器長度為1.2 m 時，爆破效果和爆破質量不僅滿足現場鏟裝需求，而且有效降低爆破成本。