逐孔起爆技术应用实验研究

肖志武,王小平,陈志阳,李必红

(1.国防科技大学, 湖南长沙 410072;2.中南水电勘察设计院, 湖南长沙 410007)

逐孔起爆技术应用实验研究

肖志武1,王小平2,陈志阳1,李必红1

(1.国防科技大学, 湖南长沙 410072;2.中南水电勘察设计院, 湖南长沙 410007)

结合上海阳山国际深水港大指头岛石方爆破工程,从爆破效果、爆破危害控制、爆破经济性等方面研究逐孔爆破技术的实用性。实践证明,随着高精度导爆管雷管在实际工程中的使用,逐孔爆破技术可以有效改善爆破效果,提高爆破质量,达到对爆破块度、爆破振动、爆破飞石等爆破危害进行有效控制的目的。

逐孔爆破;高精度雷管;孔网参数;爆破振动;经济成本

0 引 言

逐孔起爆技术主要是利用孔内和孔外不同延期段高精度导爆管雷管配合使用,使每个炮孔按照爆破设计的延期时间顺序起爆,为单个炮孔创造更多的动态自由面,增强了爆炸应力波的反射,岩石间碰撞增加,爆炸能量得以充分利用,从而改善了爆破效果;同时可以使一次爆破最大一段药量限定于最大单孔药量,最大限度地降低爆破振动。

本文结合上海阳山国际深水港大指头岛石方爆破工程,利用某公司生产的高精度雷管,通过现场实验从爆破效果、爆破危害控制、爆破经济成本等方面进行比较,研究逐孔起爆技术的实用性。

1 逐孔起爆机理

逐孔起爆即单孔延时起爆,虽然其爆破机理比较复杂,具有许多尚未确定的因素,但根据逐孔起爆的爆破特点,逐孔起爆技术与多排孔微差起爆比较有以下几个优点:

(1)先爆炮孔为后爆炮孔多创造 1个自由面。自由面的增加能够大幅提高炸药的能量利用率。在相同的条件下,连续适当的延期时间和由此增加的动态自由面,可以改善爆破效果。逐孔起爆技术,可以使每个炮孔在起爆前其前方和侧方的炮孔已经爆炸,为该孔准备 3个自由面,岩石爆破所需抛散能量大大降低,同时合理的孔间微差时间可以增加相临炮孔间岩石爆破后的相互碰撞,改善爆破效果。

(2)爆炸应力波沿自由面充分反射,加强岩石破碎。由于存在多个自由面,单孔装药爆炸后产生的应力波传至新自由面后将发生反射,应力波同时抵达药包位置,反向拉伸波在传播过程中首先在自由面接触,然后依次向着药包位置在单孔爆破区内各点处发生叠加,拉应力强度大大提高,降低了岩石破碎时弹性变形能的损失,实际增加了岩石破碎需要的能量在总能量中的比例,从而降低了炸药单耗,极大地改善了岩石爆破破碎效果。

(3)相邻炮孔相互碰撞、挤压,增强岩石二次破碎。利用逐孔起爆技术,岩石爆破效果好,爆破后大块率较低,减少了二次爆破量,能够有效提高后继工作(铲装和运输)的工作效率。

(4)控制和减少爆破地震波等危害。逐孔起爆技术充分利用了炸药爆炸的总能量,同时,由于利用高强度、高精度毫秒导爆管雷管实现了逐孔起爆,爆破时的最大单段药量大大减小,能有效地控制和减少地震波、冲击波和飞石等危害。

2 逐孔起爆相关实验及分析

结合上海阳山国际港大指头岛石方爆破工程,利用某公司生产的高精度雷管,从爆破效果、爆破危害控制、爆破经济成本等方面进行比较实验。

2.1 现场实验

实验主要分为 2个阶段:第一阶段首先在维持原有孔网参数不变的情况下,对高精度雷管逐孔起爆技术使用前后的爆破效果进行比较,检验高精度雷管逐孔起爆技术的优点;第二阶段采用高精度雷管逐孔起爆技术,通过比较爆破效果不断调整孔网参数,得到最优化的爆破方案,并以此指导相关的爆破实践。

实验具体情况为:

(1)使用一般毫秒延期导爆管雷管爆破,每孔内均置入 2个MS8段(250 ms)非电导爆管雷管,形成孔内延期;相邻两排之间用 MS2段(25 ms)非电导爆管雷管依次形成孔外微差,从一端向另一端依次起爆,点火时采用瞬发电雷管串联线路起爆非电导爆网络。

(2)采用高精度雷管逐孔起爆技术,进行不同参数爆破实验。图1 为其中某一炮次的爆破前后现场照片。逐孔起爆网路见图2,具体爆破参数见表1。

图1 各高精度雷管逐孔起爆爆破前后效果

图2 逐孔起爆网路设计

表1 爆破参数选取及相关数据

为了保证试验效果,特别对爆破施工质量和质量评估过程提出了相关要求:首先在试验前对爆破队技术员进行了高精度雷管使用培训,实际操作过程中,技术员严格按照厂家的使用要求进行网络连接并确保质量,孔网布置必须做到合理化,每次试验要求画出网络图,并对装药情况进行详细记录;其次,针对试验前后的质量评估,对爆破前现场状况和爆破后的效果进行拍照记录,以便于进行直观的比较,同时向挖机手进行岩石爆破后的块度、均匀度的情况的调查;同时,在爆破前后及时和爆破震动监测单位进行联系,确保监测数据的有效性,对爆破时监测到的有效数据进行了分析。

2.2 实验分析

在维持爆破参数不变的情况下,通过现场爆破效果验证和爆破振动数据的分析处理可以得到结论:采用逐孔起爆技术,可有效改善爆破效果,爆破根底明显减少;与此同时,爆破振动也得到了有效控制,完全能够适应对爆破要求较高爆破环境的要求。

通过比较爆破效果不断调整孔网参数,在爆破振动允许的范围内,得到最优化的爆破方案。针对台阶高度为 20 m的爆区,又进行了一系列类似的实验,参数选取及相关数据见表1。

从爆破效果方面来看,由于高精度雷管逐孔起爆技术具有充分发挥炸药能量的作用,所以可大大提高炸药的利用率,爆破后块度均匀、无根底,按预期要求的抛掷方向形成爆堆,爆堆松散、利于铲装,爆破效果理想。但个别炮次也存在着局部块度过细的现象,不利于爆破石料的再利用,所以具体使用时,必须根据实际情况,及时调整爆破参数,才能更好地发挥高精度雷管逐孔起爆技术的特点。

从爆破振动控制方面来看,爆破监测结果和振动波形图上可以看出:采用高精度导爆管雷管逐孔起爆时,爆破振动波形峰值没有叠加,同其他起爆方法相比明显降低,最大值可以得到控制。图3为某2个炮次高精度雷管逐孔起爆引起的一定距离上的 地面质点爆破振动波形图。

图3 爆破振动波形

逐孔起爆的爆区中炮孔在空间上是独立起爆的,但是计算爆区振动的一段药量并不一定是单孔药量。如何根据不同的岩石性质,综合考虑孔网参数、岩体破碎和移动等因素的影响,选取更为合理的孔间、排间微差延时时间,最终达到爆破时间段内爆破振动互相消减的最佳效果,这也是需要更深入地研究。

在经济性方面,通过表1可以看出:在台阶高度、孔深、超深、线装药量和填塞长度相同的条件下,炸药单耗与孔距和排距的选取有着密切的联系。采用高精度雷管运用逐孔起爆技术,通过选取优化后的爆破参数,可以有效减少炸药单耗,明显降低爆破成本。

3 结 语

通过对高精度导爆管雷管逐孔起爆技术应用实验研究,分别从爆破效果、爆破危害控制、爆破经济成本进行了比较。采用合理优化爆破参数,可以大大改善了爆破效果,提高了矿山的延米爆破量和铲运效率,降低采矿综合成本,并能够有效地控制爆破危害效应。

高精度导爆管雷管逐孔起爆技术以其良好的性能和实际使用特点,逐渐取代传统的普通非电雷管排间微差爆破技术,将是岩石爆破技术发展的趋势。

[1] 林大超,白春华,等.爆炸地震效应 [M].北京:地质出版社,2007.

[2] GB6722-2003.爆破安全规程[S].

[3] 银开州,王利平,等.“逐孔起爆技术”在永平铜矿的应用[J].爆破,2003,20(2):34-36.

[4] 贾 伟.逐孔起爆技术在武家塔露天煤矿的应用[J].露天采矿技术,2006,(5):5-6.

2011-06-26)

肖志武(1961-),男,副教授,硕导,长期从事爆破工程与防护方面的研究与教学。