綠色礦山建設(shè)中的露天臺階爆破技術(shù)發(fā)展應(yīng)用

李昱捷,譚偉華,朱靖

(1.湖南鐵軍工程建設(shè)有限公司, 湖南 長沙 410003;2.湖南安仁南方水泥有限公司, 湖南 郴州市 423615)

0 引言

安仁南方老虎巖礦區(qū)水泥用灰?guī)r礦開采規(guī)模為150萬t/a,開采深度為＋389 m～＋180 m,2021年入選自然資源部國家級綠色礦山。露天臺階爆破是礦山開采的重要環(huán)節(jié),隨著近年來國家大力發(fā)展綠色礦山建設(shè),露天臺階爆破技術(shù)有了較大的調(diào)整和進(jìn)步。本文以安仁老虎巖礦區(qū)水泥用灰?guī)r礦露天臺階爆破技術(shù)應(yīng)用為工程實例,分析總結(jié)爆破技術(shù),推動綠色礦山建設(shè)。為綠色采選工藝技術(shù)、礦山環(huán)境恢復(fù)治理與土地復(fù)墾、節(jié)能減排、科技創(chuàng)新及企業(yè)文化等方面的研究提供參考和借鑒。

1 爆破器材科技化

“十四五”時期,民爆行業(yè)著力提升本質(zhì)安全,創(chuàng)新能力得到新的提升,爆破器材得到了高質(zhì)量的發(fā)展。安仁老虎巖礦區(qū)石灰?guī)r灰?guī)r礦建礦初期采用粉狀改性銨油炸藥和電雷管等爆破器材,5 a以后開始使用乳化炸藥和高精度雷管,目前全面使用數(shù)碼電子雷管,并且推廣應(yīng)用現(xiàn)場混裝炸藥。爆破器材迭代更新,更加安全環(huán)保,為綠色采選工藝提供科技化的爆破器材產(chǎn)品。

1.1 電子數(shù)碼雷管

電子數(shù)碼雷管采用具有電子延時功能的專用芯片進(jìn)行延期,高穩(wěn)定性、可靠性的工業(yè)數(shù)碼電子雷管廣泛應(yīng)用于露天臺階爆破。與傳統(tǒng)雷管相比具有以下優(yōu)點。

(1)精確延時,改善了爆破效果。電子數(shù)碼雷管網(wǎng)路進(jìn)行爆破時,各炮孔內(nèi)的導(dǎo)爆管雷管按“逐孔起爆”的要求連接,起爆時,起爆藥包要用膠帶捆牢在起爆雷管的周圍,雷管底部與傳爆方向相反。為保證起爆可靠,深孔爆破孔內(nèi)用單發(fā)電子雷管,淺孔爆破孔內(nèi)單發(fā)雷管,孔底起爆藥包;起爆網(wǎng)路均采用電子雷管聯(lián)網(wǎng)。孔間延時25 ms,排間延時37 ms。對比采用普通非電導(dǎo)爆管雷管的網(wǎng)路,數(shù)量電子數(shù)碼雷管敷設(shè)網(wǎng)路可減少地表傳爆雷管的數(shù)量,電子手持起爆器易于網(wǎng)路的檢測,當(dāng)提高起爆網(wǎng)路的穩(wěn)定性。爆破塊度均勻分布可減小根底的產(chǎn)生,減少二次破碎的成本。同時進(jìn)一步降低機械設(shè)備的能耗。對比導(dǎo)爆管雷管,電子雷管延期精度高,逐孔起爆的間隔時間一致,同一片區(qū)域爆后巖石塊度均勻,根底少,方便大型機械作業(yè),減少挖機裝運期間更換裝車平臺的次數(shù)。

(2)爆破振動易于控制。露天臺階爆破通逐孔起爆,通過電子數(shù)碼雷管控制,做到單孔單響,減小齊爆藥量,降低振動速度幅值。安仁老虎巖礦區(qū)周邊200 m范圍以外的香山寺受到爆破振動的有害效應(yīng)得到了很好地改善,做到了礦區(qū)與周圍環(huán)境和諧共生,減少了對邊坡、臺階穩(wěn)定性的破壞,一定程度上防止了水土流失情況的發(fā)生。

(3)安全性好,可追溯性強。電子數(shù)碼雷管具有良好的抗雜散電流等性能,不能被普通用電引爆。在作業(yè)現(xiàn)場可以很好地避免或減少因雜散電流產(chǎn)生的早爆事故,做到本質(zhì)安全,同時可消除延期藥生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染問題。電子數(shù)碼雷管實現(xiàn)了GPS控制,爆破電子數(shù)據(jù)實時上傳和交互,可以做到事前控制和事后控制。對比導(dǎo)爆管雷管,電子數(shù)碼雷管具備雷管網(wǎng)路檢測功能,從源頭上控制了盲炮的產(chǎn)生。

1.2 空氣間隔器

空氣間隔器應(yīng)用于露天臺階爆破技術(shù)中,可減少炸藥的使用量,提高炸藥的利用率,減少炸藥爆破產(chǎn)生的環(huán)境污染。在綠色礦山能耗管理中是一種節(jié)能的表現(xiàn),為爆破施工人員根據(jù)鉆孔附近巖石地質(zhì)情況選取合適的裝藥密度與單耗提供了一種便捷的操作方式。

2 爆破技術(shù)智能化

2.1 可視化爆破指揮平臺

露天礦山爆破作業(yè)現(xiàn)場是民用爆炸物品末端管控的重點監(jiān)管環(huán)節(jié),爆破作業(yè)現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),突破了傳統(tǒng)模式下人工監(jiān)管的方式,通過物聯(lián)網(wǎng)及5G現(xiàn)場數(shù)字信號,做到露天礦山的實施監(jiān)控,成為綠色礦山智能化的重要一環(huán)。

2.2 智能鉆機

應(yīng)用智能鉆機GPS定位系統(tǒng)可以減少現(xiàn)場測控放點,在應(yīng)用智能鉆機鉆孔時可同時采集到數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)綠色開采。鉆孔速度、回轉(zhuǎn)速度、鉆頭上軸向壓力與扭矩等參數(shù)采集能夠分析出巖石性質(zhì)和鑿巖指標(biāo)。綠色采選工藝技術(shù)得到顯著提升,指導(dǎo)用于爆破設(shè)計更加準(zhǔn)確和實效。鉆孔操作人員環(huán)境得到了改善,符合人本精神。

2.3 現(xiàn)場混裝炸藥技術(shù)

炸藥作為爆破的原材料被廣泛用于礦山采石,其屬于危險爆炸品,生產(chǎn)、運輸、儲存和使用各環(huán)節(jié)存在安全隱患。現(xiàn)場混裝炸藥是原材料運輸和現(xiàn)場制藥、運輸、裝填于一體化的新技術(shù),具有安全、高效、節(jié)能等優(yōu)點。現(xiàn)場混裝炸藥技術(shù)近年來成為露天礦山“數(shù)字化爆破”中的重要組成部分,與綠色礦山智能礦山的建設(shè)理念一致。

在安仁老虎巖石灰?guī)r礦山創(chuàng)新應(yīng)用了現(xiàn)場混裝炸藥技術(shù),由郴州七三二零化工有限公司一點生產(chǎn),遠(yuǎn)程配送。相比于傳統(tǒng)工業(yè)炸藥,在運輸和儲存及搬運過程減少了安全風(fēng)險和人工作業(yè)。現(xiàn)場混裝裝藥速度快效率高,遇到炮孔內(nèi)有積水,可通過軟管從底部裝藥將擠出積水。炸藥各組份比例實現(xiàn)了智能化控制,根據(jù)不同的巖層工程地質(zhì)情況,可動態(tài)調(diào)節(jié)炸藥密度等參數(shù),使得炸藥能量得以充分發(fā)揮,爆破效果得到改善。減少爆破作業(yè)人員的數(shù)量與工作強度,為礦山智能化、機械化作業(yè)打下良好基礎(chǔ)。

2.4 光面爆破技術(shù)

炸藥在炮孔內(nèi)爆炸時會產(chǎn)生強大的沖擊波和高壓氣體,并猛烈地沖擊炮孔四周的巖體,使得周圍的巖體破碎或開裂。當(dāng)在有限的輪廓范圍內(nèi)進(jìn)行開挖爆破時,如建筑物基坑、路塹開挖、邊坡開挖等,一方面要求爆破開挖的邊界盡量與設(shè)計的輪廓線相符合,不要出現(xiàn)超挖或欠挖,同時要求開挖邊界上的巖體能盡量保持完整無損。預(yù)裂爆破就是為達(dá)到上述目標(biāo)而采用的一種爆破技術(shù)。在正式開挖之前和爆破工作面形成之后,利用不偶合裝藥預(yù)先沿設(shè)計的輪廓線爆破出一條具有一定寬度的裂縫,以保護(hù)保留區(qū)的巖體,并起到降低地震效應(yīng)的作用。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在:可以減少超、欠挖量,節(jié)省工程投資;開挖面(預(yù)裂面)光潔平整,有利于后期作業(yè);對保留的巖體的破壞影響小,有利于邊坡的穩(wěn)定;由于預(yù)裂縫的存在,可以放寬對主爆區(qū)爆破規(guī)模的限制,提高工效;起到降低地震效應(yīng)的作用。

露天礦山按照邊開采、邊治理的原則,光面爆破技術(shù)對于礦山環(huán)境恢復(fù)治理與土地復(fù)墾及邊坡穩(wěn)定性至關(guān)重要,為復(fù)墾綠植等二次覆土的工作提供了良好的穩(wěn)定邊坡,避免邊坡局部垮塌等不良地質(zhì)影響。

3 爆破控制綠色化

露天臺階爆破產(chǎn)生的有害效應(yīng)包括振動、飛石、噪聲、沖擊波等。綠色礦山建設(shè)中通過各種手段來降低或消除有害效應(yīng)。包括加強爆破振動監(jiān)測,定期走訪礦區(qū)周邊村民建筑物,調(diào)整和改善爆破參數(shù),減少振動;爆破抑塵技術(shù)逐漸成熟,在露天臺階礦山采用車載壓力水罐噴水降塵的方法;優(yōu)質(zhì)的爆破填塞質(zhì)量能夠減少爆破沖擊波對環(huán)境的影響。炮孔的覆蓋能夠減少飛石的拋擲距離,綠色礦山的建設(shè)中,爆破技術(shù)越來越注重對環(huán)境保護(hù)。

安仁老虎巖石灰?guī)r礦山在礦區(qū)周界設(shè)置環(huán)保監(jiān)測標(biāo)牌,對作業(yè)過程中的空氣質(zhì)量、施工噪聲進(jìn)行在線監(jiān)控,爆破作業(yè)過程中精心施工,使得爆破作業(yè)綠色環(huán)保節(jié)能。繼續(xù)推進(jìn)并完善綠色礦山建設(shè)工作,保持并維護(hù)好綠色礦山建設(shè)的工作成果。按照綠色礦山建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)履行“邊生產(chǎn)、邊修復(fù)、邊治理”義務(wù),做好礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作,制定年度礦山生態(tài)保護(hù)修復(fù)方案并組織實施。

4 結(jié)語

露天臺階爆破技術(shù)的革新推動著整個行業(yè)的進(jìn)步,同時改變了露天礦山粗放的開采局面,綠色礦山的建設(shè)將露天礦山的發(fā)展推向了新的征程。爆破技術(shù)保持原有的良好經(jīng)驗,用科技化、智能化和綠色化的思路積極推進(jìn)綠色礦山的建設(shè),提高資源綜合利用的水平。減少了一線作業(yè)人員的人數(shù)和工作強度,推動礦山建設(shè)的無人化、機械化、安全化。