數碼電子雷管在水廠鐵礦深孔爆破中的應用

蔡文華 尹芝足 康福軍 關曉鋒

（首鋼集團有限公司礦業公司水廠鐵礦）

數碼電子雷管是一種以電子芯片作為延期元件的新型雷管，內置雷管身份信息碼和起爆碼，安全性更高，公安部門要求自2020年開始，露天礦山停止使用非電導爆管雷管，全部改用數碼電子雷管。數碼電子雷管相比非電導爆管雷管，具有精準控制、微差時間任意可調、聯網檢測、密碼起爆等技術性能特點，在減少爆破震動、提高爆破效果等方面具有獨特的技術優勢［1-5］。

隨著電子雷管全面替代非電導爆管雷管，如何利用更加精準的起爆微差時間有效控制爆破前沖、爆破后沖、提升爆破能量利用率，進而提升爆破質量，成為必須解決的問題。因此，水廠鐵礦對數碼電子雷管合理起爆微差時間的確定進行了爆破試驗研究。

1 工程概況

水廠鐵礦于2019年11月購進山西壺化集團生產的數碼電子雷管，雷管材質為鋁殼，直徑7.0 mm，長度80 mm；腳線靜拉力35 kg 以上；延期時間范圍為0～5 000 ms；延期誤差1 ms；防水性能為30 m 水深、72 h，且對雷管的地表連接裝置做了防水密閉處理。于11月16 日，在北區采場溝底-230 m 水平有水環境通過100 發地表檢測試驗，發現該類電子雷管在防水性和抗拉性上存在缺陷，隨后要求廠家進行了提高防水和抗拉防磨的改進；到2019 年12 月底，完成了1 000 發雷管的工業應用試驗，試驗結果雷管性能穩定、無拒爆，雷管抗拉、抗砸能力適應機械化炮孔填塞的需要，爆破人員熟練掌握了基本應用技術和流程。

國產數碼電子雷管廣泛應用前，水廠鐵礦多排孔微差斜線起爆一般使用普通非電導爆管1～8 段，通過不同段別地表管和孔內管進行組合起爆。逐孔起爆采用國產高精度雷管，孔內管為400 ms，地表管為17，25，42，65，100 ms，通過孔外地表延期的方式進行聯線，使得炮孔按照合理順序逐一起爆。使用國產普通和高精度非電導爆管雷管進行深孔臺階爆破，受段別、精度限制，在通過優化微差時間控制爆破前沖和后沖、提高爆破質量等方面受到限制。如在爆破前沖控制上，因微差時間相對固定，導致爆破前沖控制誤差大，無法滿足控制爆破需求；前期使用非電導爆管雷管控制爆破后沖難度大，為提升爆破質量，有時后沖達到7～9 m，增加了輔助設備處理接爆區的工程量，同時增加了爆破質量風險；在巖石節理裂隙發育部位，起爆微差時間不合理，會導致爆破能量利用率低、大塊率升高。

2 試驗思路

為加快試驗進度和提高試驗結果的準確性，試驗采用爆破分區原則，即根據可爆性進行分組，條件基本類似的爆區分為一組。如Ⅱ組試驗爆區的地質條件為正變質巖系的混合花崗巖，普氏系數f=8～10，可爆性分級為Ⅱ級中等。該組試驗爆區采用310 mm直徑的炮孔，爆破段高15 m，采用的爆破參數除微差時間外其余保持一致。

（1）深孔臺階清碴爆破，選取17～125 ms 不同的代表性微差時間值進行試驗，爆破后測量統計整體平均前沖距離，分析孔間、排間微差時間與前沖距離之間的關系。

（2）深孔臺階壓渣爆破，選取15～150 ms 不同的代表性微差時間進行試驗，爆破后測量統計平均爆破后沖距離，分析孔間、排間微差時間與后沖距離之間的關系。

（3）深孔臺階壓渣爆破，選取15～150 ms 不同的代表性微差時間進行試驗，爆破后大塊率按照一個電鏟采掘帶寬度統計，分析微差時間與大塊率之間的關系。

3 試驗爆破參數

以Ⅱ組為例，穿孔設備為YZ-55型牙輪鉆機，孔徑D=310 mm，試驗爆區巖石f=8～10，爆破階段高度H=15 m，超深h=2.5 m，孔網采用邊長9 m的正三角形布孔。

3.1 深孔臺階清渣部位爆破參數

爆破規模40～50 孔，爆破排數3～4 排，清渣底盤抵抗線W=9 m，采用逐孔起爆的方式進行爆破，平均炮孔填塞長度l=9 m，單孔裝銨油炸藥Q=550 kg，炸藥單耗q=0.19 kg/t。在上述爆破參數保持一致的情況下，不同試驗爆區炮孔孔間微差時間分別按照17，30，42，55，65，80，100，125 ms 進行設置，進行爆破效果對比試驗。為加快試驗進度，以原來沒采用過且無歷史跟蹤數據的30，55，80，125 ms共4種微差時間為重點進行試驗。

3.2 中深孔壓渣部位爆破參數設計

爆破規模40～50 孔，爆破排數3～5 排，壓渣厚度不小于15 m，壓渣底盤抵抗線w=8 m，采用逐孔起爆的方式進行爆破，炮孔填塞長度l=8.5 m，單孔裝銨油炸藥580 kg，炸藥單耗0.2l g/t。在上述爆破參數保持一致的條件下，每個爆區炮孔排間微差時間分別按照17，30，42，50，65，80，100，125，150 ms 進行設置，進行爆破效果對比試驗。為加快試驗進度，以原來沒采用過且無歷史跟蹤數據的30，55，80，125，150 ms共5種微差時間為重點進行試驗。

4 爆破效果分析

4.1 清碴爆破效果

水廠鐵礦通過試驗研究，發現中深孔臺階清碴爆破前沖距離主要與炸藥單耗有關。此外，還與前排炮孔孔間微差時間有關。如Ⅱ組試驗中，炸藥單耗按照松動爆破取小值，選取不同的孔間微差時間，統計整體爆破前沖距離，發現前排炮孔孔間微差時間對爆破前沖有較大影響。如圖1所示。

同時還發現，雖然中深孔臺階清渣爆破增加孔間延期時間，能夠在一定程度上減少爆破前沖距離，但是大塊率卻相應增加，如前排孔間延期時間設置35～45 ms的微差時，前沖約為段高的2 倍，爆破前沖大塊較少，爆破質量好；前排孔間數碼雷管延期時間設置100～125 ms 的微差時（改變起爆方向），前沖約為一倍段高，但爆破前沖大塊較多，爆破質量較差。孔間微差時間對爆破大塊率的影響如圖2所示。

4.2 壓碴爆破效果

水廠鐵礦通過試驗研究，發現中深孔爆破后沖距離主要與后排孔裝藥單耗有關系，此外，還與后排孔排間延期時間有關，如圖3所示。

國內爆破經驗認為，一般情況下，壓碴爆破較清碴爆破前排減少大塊產出率20%～30%，主要原因是由于前面有碴堆阻擋，包含第一排孔在內的各排鉆孔都可以增加裝藥量，并在碴堆的擠壓下充分破碎。水廠鐵礦通過試驗研究，發現中深孔爆破大塊率除與壓渣厚度、孔網參數、超深、炸藥單耗、巖石硬度、裝藥結構及填塞高度有關外，還與炮孔排間微差時間有關。試驗表明，合理選取排間微差間隔時間，可以有效果降低爆破大塊率。如Ⅱ組試驗中，增加后排排間延期時間控制后沖效果明顯，但延期時間偏長時，會影響爆破質量，造成貨源硬、大塊多，排間微差時間選取為50～60 ms 時，可見爆破后沖距離控制在5～7 m，微差擠壓爆破效果相對較好，大塊率相對其它微差時間有所降低，如圖4所示。

5 結論

（1）增加數碼電子雷管的延期時間能夠在一定程度上減少爆破前沖距離，水廠鐵礦孔間微差時間較前期調整了25～40 ms，在一定程度上有效控制了爆破前沖距離。

（2）在其他爆破參數不變的情況下，孔間微差時間較前期調整了5～15 ms，排間微差時間調整了15～30 ms，后沖距離由之前的7～9 m 減少至5～7 m，有效控制了爆破后沖。

（3）采用壓縮多排孔微差間隔時間提高爆破能量利用率的方法，改進了水廠鐵礦節理裂隙發育部位的爆破質量，大塊率降低30%以上，提高了深孔爆破效果。