逐孔爆破技术在葛洲坝水泥厂矿山的应用

胡世士,刘 勇

(1.荆门市葛洲坝水泥厂矿山部,湖北荆门 400041; 2.澳瑞凯(威海)爆破器材有限公司,山东威海 264207)

逐孔爆破技术在葛洲坝水泥厂矿山的应用

胡世士1,刘 勇2

(1.荆门市葛洲坝水泥厂矿山部,湖北荆门 400041; 2.澳瑞凯(威海)爆破器材有限公司,山东威海 264207)

本文首先分析了澳瑞凯公司逐孔起爆技术的原理,介绍了澳瑞凯逐孔起爆技术的特点,其次详细地分析了澳瑞凯爆破技术在葛洲坝水泥厂矿山的应用情况。

起爆技术;逐孔;应用

Abstract:Introduce the applied blasting theory of hole by hole and the pivotal applied experiencebased on the complicated geological factor at Gezhouba cement quarry.The paper is presented toshow the review suggestion.The technical papers can be revised by authors according to thesuggestion,and it can also be processed in the form of this short paper.

Key words:initiation technology;hole by hole;application

目前在我国露天矿山采矿爆破中,大部分爆破基本上采用排间起爆技术,包括直线排间、斜线排间、V型或W型起爆等多种形式。近年来,随着爆破器材的更新发展,雷管微差时间的越来越精确,特别是澳瑞凯(威海)爆破器材有限公司生产的高精度导爆管雷管,使逐孔起爆技术开始广泛得到应用。由于这种起爆技术基本上实行了逐孔起爆,增加了每个炮孔的起爆自由面,改善了爆破条件,使得爆破效果明显改善,爆破更加安全可行,实际生产中产生了巨大的经济效益。本文结合相关技术和理论资料,总结了葛洲坝水泥厂矿山的复杂地质条件下的爆破实践经验,为同类矿山爆破提供了较好的借鉴和参照。

1 逐孔起爆原理

所谓逐孔起爆技术是指在预爆破区域的布孔水平面内,处于横向排和纵向列上的炮孔分别采用不同的延期时间,但通常位于一排或一列中的炮孔具有相同的地表延期时间间隔。从起爆点开始二维平面内每个炮孔的起爆时间按孔、排间延期时间累加实现,相对于周围炮孔各自独立起爆。这样,爆破过程在时空发展上按某一起爆走时线向前推进,直至爆破过程完毕。爆区中任何一个炮孔爆破时在空间上都是按照一定的起爆顺序,相对于邻近炮孔单独起爆的爆破技术。其作用原理如下:

(1)应力波叠加作用

高速摄影资料表明,当底部抵抗线小于1m时,从起爆到台阶坡面出现裂缝,历时约10～25ms,台阶顶部臌起历时约80～150ms,此时,爆破生成高压气体开始逸出,岩体臌包开始破裂。

在逐孔爆破时,后爆药包较先爆药包延迟数十毫秒起爆,这样后爆药包在相邻先爆药包的应力震动作用下处于预应力的状态中(即应力波尚未完全消失)起爆的,两组深孔爆破产生的应力波相互叠加,可以加强和改善破碎效果。

(2)增强自由面作用

在先爆破深孔破裂漏斗形成后,对后爆破炮孔来说相当于新增加了自由面,逐孔微差爆破的后爆破炮孔自由面由排间微差爆破的两个自由面增至3个自由面,后爆破炮孔的最小抵抗线和爆破作用方向都有改变,增多了入射压应力波和反射拉应力波的反射,增强了岩石的破碎作用,并有效减小夹制角。

(3)增加岩块相互碰撞作用

先爆破的炮孔起爆后,爆破漏斗内的破碎岩石起飞尚未回落时,后爆破的炮孔在先爆破炮孔的“岩块幕中”起爆,后爆破药包的爆生气体不易逸散到大气中,从而又增加了补充破碎机会。逐孔爆破由于所有相邻的两孔都有微差时间,较排间微差爆破提供的补充破碎机会多,因而在碰撞破碎过程中,岩石中的动能降低,导致抛掷能量减弱,爆堆相对集中。

(4)降低爆破震动作用

爆破震动计算公式为:

式中:k′—修正系数,一般k′取0.25;k、α—爆破条件、岩石系数,k取200,α取1.5。

从上公式可以看出,V在其它参数不变的前提下,随Q增减而增减。逐孔起爆把每个孔的起爆时间错开和延长,同时起爆炮孔的数目明显减少,几乎达到了单孔起爆,最大段的起爆药量比排间微差的起爆药量成倍降低,爆破的震动速度大幅降低。据实际爆破测试统计,震动速度三向和降幅可以达到30%～50%。

(5)减少空气冲击波危害

露天爆破时,空气冲击波的超压值公式为:

式中:r-测点到药柱长轴L的距离;K、α-常数,深孔爆破时,毫秒起爆:K=1.48,α=1.55。

因为逐孔起爆几乎达到了单孔起爆,空气冲击波的超压值由单孔装药量决定,所以空气冲击波必然减少。

(6)减少飞石

逐孔起爆除起爆点向前方扑出以外,其他孔由于自由面增多,块石可以向多个方向扑开,炸药能量可以控制在一定时间范围内实现逆向起爆,使得炸药能量向多个方向分解,每个方向的能量也相应减少,飞石危害的概率大大减少。消除了安全隐患,为安全生产提供了保证。

2 葛洲坝水泥厂矿山概况

2.1 矿山概况

葛洲坝水泥厂矿山位于荆门市市郊西北角处,苏畈石灰石矿山北部,与厂区水泥生产线仅一条公路之隔。采区与最近的建筑物只有50m。其矿产属沉积相矿石,矿区整体为一单斜层状构,岩层总体走向北西向,倾向230°～350°,岩层倾角地表较陡,一般为21°～27°,个别达30°左右,深部相对较缓,一般为21°～22°,整体产状较稳定。矿区断裂构造较发育,断层整体走向北西向,与区域断裂构造方向一致。矿区节理裂隙比较发育,主要为溶蚀裂隙,溶隙深达近200m。葛洲坝水泥厂矿山是一座大型机械化开采的山坡露天矿山,主要钻孔设备为钻孔直径φ165mm的SWB165型液压潜孔钻机和钻孔直径φ200mm的KY-200型牙轮钻机。台阶高为14～15m,孔网参数为3～4m× 5.5～7m。梅花型布孔,大间距小排距斜排微差起爆。采用不连续装药结构,炸药平均单耗约为0.24kg/t。

2.2 矿山存在的主要问题

葛洲坝水泥厂矿山爆破中存在的主要问题为:

(1)受普通导爆管雷管延时精度限制,只能实现排间微差起爆,爆破震动较大,爆破规模受限制。由于矿山毗邻市区和厂区水泥生产线,为了减少对建构筑物和环境安全的影响,对爆破震动控制非常严格。每次起爆药量被地方安全部门强制控制在10t以下,严重影响了矿山生产正常组织。

(2)普通导爆管质量不稳定,为了确保传爆的正常进行,对连接网络实行双发普通导爆管雷管复式连接。增加了施工量和难度。由于实行了不连续装药,上下间隔之间用两个起爆药包,但是仍有传爆不稳定情况发生。每年有数起拒爆和盲炮爆破事故,为矿山生产带来很大的爆破安全风险和后续处理成本费用。

(3)排间微差起爆时,爆破效果难于达到最优化,爆堆松散程度不够,后翻、侧翻较难控制,影响铲装效率及下次爆破穿孔作业。

3 逐孔爆破应用和爆破效果

3.1 延期时间的选择

逐孔爆破实施初期,其爆破孔网参数和原来使用普通导爆管雷管的参数一样。通过多次的试验和总结,我们将爆破孔网参数结合不同的地质条件和工程设计要求,不同程度的优化调大,爆破效果仍然非常理想。由于每孔装药量不变,炸药单耗得到相应降低。葛洲坝水泥厂矿山台阶爆破一般以三排孔和四排孔的爆破网络为主。

逐孔爆破延期时间是由地雷管表延期时间和孔内雷管延期时间搭配组合而成,而地表雷管延期时间和孔内雷管延期时间则是根据澳瑞凯爆破技术参数指标来确定。地表雷管包括控制排雷管和雁行列雷管,其延期时间分别根据2～5ms/m的孔间延期时间标准(如图1)和8～30ms/m的排间延期时间标准(如图2)进行标准延期时间计算而选择的,控制排地表雷管可以选择9ms、17ms、25ms地表雷管,雁行列地表雷管可以选择42ms、65ms、100ms地表雷管。

孔内雷管延期时间则根据局部点燃阵面参数计算。澳瑞凯点燃阵面概念系指在工程爆破中,当地表延时起爆网路正常引爆、爆轰波依次从炮孔的地表网路向前传播时,由炸药正在爆轰和孔内雷管延期体正在燃烧而尚未引爆的所有孔内雷管所形成的空间几何平面。

点燃阵面的大小用点燃正面的宽度表示,它包括正在爆轰的炮孔以及延期体正在燃烧的炮孔所构成的炮孔排数。根据澳瑞凯爆破技术参数计算,确定孔内雷管延期时间选为400ms为宜。

在标准延期时间计算基础上,最终的地表雷管延期时间组合选择必须充分考虑葛洲坝水泥厂矿山爆破规模、工程目的和安全要求等情况综合而定。

当爆破三排孔(或少于三排孔)的控制排地表雷管微差间隔时间控制为17ms,雁行列地表雷管微差间隔时间控制为42ms,因为排数较少,爆堆抛掷问题、松散度问题不明显,延期时间组合主要考虑矿岩的破碎问题;当爆破四排孔(或多于四排孔)的控制排地表雷管微差间隔时间控制为25ms,雁行列地表雷管微差间隔时间则控制为65ms,因为排数增多,爆堆的抛掷问题、松散度问题开始凸现,延期时间组合主要综合考虑爆堆抛掷和矿岩破碎问题;如果排数过多,爆堆抛掷、松散度问题较明显,这时可以考虑将控制排地表雷管微差间隔时间控制为42ms,雁行列地表雷管微差间隔时间控制为100ms。

逐孔爆破孔内延期时间组合采用单孔同段双发组合,孔内放两发16段导爆管雷管(微差时间为400ms,一发脚线长9m放在孔中上部,一发脚线16m放在孔底部),使用两个起爆药包上下同时引爆孔内炸药。因此,最终每孔起爆微差时间依靠地表连接导爆管雷管和孔内导爆管雷管搭配组合连接来实现。葛洲坝水泥厂矿山台阶爆破应用澳瑞凯逐孔爆破技术的雷管延期时间规格搭配组合见表1。逐孔爆破地表连接网络如图3所示。

表1 澳瑞凯逐孔爆破延期时间组合

图3 逐孔爆破地表网络连接示意图

3.2 爆破效果

地表连接导爆管雷管只能引爆导爆管,而不能直接引爆炸药。只有孔内导爆管雷管才能直接引爆炸药,这样一来导爆管雷管的危险性减少了一半,爆破作业安全风险控制得到保证。由于孔内导爆管雷管微差时间为400ms,第一个孔孔内导爆管雷管被引爆后要等到400ms后才引爆孔内炸药。这时地表连接雷管基本上已经传递完毕(如果爆破规模太大,这时第一个被引爆孔与正在传递网络距离超过50m,由于距离较远,基本上不可能对其造成影响。),确保地表连接导爆管雷管正常传爆,来达到整个爆破网络的安全传爆。葛洲坝水泥厂矿山通过近三年的持续使用,没有发生一起盲炮或残炮,爆破振动大幅度降低,矿石块度均匀,爆堆形状及松散度均匀一致,铲车的铲装效率也大幅度的提高。目前,矿山台阶深孔爆破规模基本不受安全条件的限制,起爆总药量时常超过了20t以上。

4 结论

总结葛洲坝水泥厂矿山近三年来对逐孔爆破技术的应用,极大地改善了爆破效果,为后续生产组织提供了便利条件。铲装效率和破碎机的台时产量效率分别提高20%和30%,使得矿石综合成本有所降低。特别是其可靠的安全性能,使矿山开采安全风险降到了最低,为矿山开采起到了保驾护航的作用,取得了最大化的社会效益,为同类矿山应用澳瑞凯逐孔爆破技术提供了较好的参照案例。

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Apllication of hole by hole blasting technology at Gezhouba cement quarry

HU Shi-shi1,LIU Yong2
(1.Mining Department of Gezhouba Cement,Jingmen 400041,China; 2.Orica(Weihai)Explosives Company,Weihai 264207,China)

TD235.33

A

1004-4051(2010)02-0111-03

2009-10-27

胡世士(1976-),男,学士,1998年毕业于西安建筑科技大学采矿工程专业,现任湖北省荆门市葛洲坝水泥厂矿山部主任,长期从事矿山开采管理和采矿技术工作。