电子雷管在矿柱回收大爆破中的应用

2014-05-30叶光祥解联库郭利杰史晓鹏

中国矿业 2014年2期

叶光祥，解联库，郭利杰，史晓鹏，王贺

（北京矿冶研究总院，北京100160）

随着工业社会的发展，矿产资源消耗不断增大，矿产资源越来越缺乏，残矿资源回收的重要性、紧迫性逐渐得到大家的认同［1］。然而不可否认的是，残矿资源的回收往往面临着回采技术复杂，安全条件差等问题，特别是利用崩落法处理采空区时，矿柱回收往往需要一次崩落大量矿石，这使得残矿回采爆破作业时控制爆破振动效应成为突出问题。由于矿房顶柱往往是薄板形状，一般的回收方式是在矿体的上、下盘或两旁间柱开挖凿岩巷道，凿平行中深孔或扇形孔，进行中深孔爆破。中深孔爆破的爆破规模较一般浅孔爆破大，需对其爆破振动等危害进行严格控制。

中深孔大爆破一般采用毫秒微差起爆来控制爆破振动危害，现阶段，毫秒微差爆破主要是通过孔内微差、孔外微差或者两者共同作用实现。传统的毫秒延期雷管通常依靠化学延期药的稳定燃烧实现延时功能，其延时精度较低且缺乏稳定性，往往无法满足复杂环境下精细爆破技术的要求［1］。此外，普通毫秒延期雷管高段位的缺乏往往成为制约大爆破进行的最大问题，对于电子雷管而言，其延时可控，无形中增加了雷管段数，使得问题迎刃而解。电子雷管以其延时精确性、灵活性，使得复杂环境下精细化微差爆破得以实现。

本文结合某矿山矿房顶柱回收，探讨电子雷管起爆技术及其在复杂环境下中深孔微差爆破中的应用，结合爆破振动监测结果，分析电子雷管在微差爆破中控制爆破振动的优势。

1 电子雷管简介

电子雷管利用可以精确延时的电子元件代替普通电雷管中的延期药，具有延期高精度与延期灵活等特点［2－4］。在电子延期药的基础上，电子雷管还添加了一些提高使用方便灵活性的现场编程功能、提高雷管可靠性的在线检测功能和防静电、防辐射等安全保护措施。

电子雷管技术的研究工作始于20世纪80年代，80年代中后期开始进入起爆器材市场，但总体水平还处于研究开发和试验阶段。20世纪90年代电子雷管及其起爆系统取得了快速的发展，电子雷管技术正逐步趋于成熟和爆破工程实用化阶段。

与普通毫秒延期电雷管相比，数码电子雷管高精度延时主要体现在电子元件延时。首先，数码电子雷管采用电子元件延时，延期精度与延期时间远高于普通电子雷管，其延时精度一般小于±0.2ms。延时时间可在0～16000ms之间任意选取［5］；其次，电子雷管起爆系统在起爆前可任意设置炮孔延时时间，这就无形中增加了雷管段数，提高了爆破方案设计的灵活性；最后，电子雷管起爆系统现场组网中所有延时均通过孔内雷管实现，无需复杂的地表延时，简化了爆破网络的设计，提高了爆破延时精度和现场作业安全［6］。

2 矿柱回采爆破设计方案

2.1 工程概况

某铅锌矿是以铅、锌为主的矽卡岩型多金属矿床，矿山自建矿以来采用无底柱留矿法开采，四中段以上留有大量间柱和顶柱。其中仅三中段和四中段残留矿柱矿量达273.54万t。为保证矿山资源最大程度的回收利用，矿区采用分区域整体崩落回收四中段以上矿柱。

2.2 开采技术条件

矿体平均走向北东59°，倾向北西，倾角70～85°，属于急倾斜矿体。矿体呈似层状，平均厚度28m。矿岩坚硬，f＝10～16，矿石体重3.6t／m3，岩石体重2.7t／m3，矿岩松散系数1.6，自然安息角39°，水文地质条件简单，有利于开采。矿体下盘分布有矽质板岩、板岩、大理岩；矿体赋存在矽卡岩带之中，矿体的直接围岩为矽卡岩。矿体中夹石有板岩、大理岩和矽卡岩。

试验矿柱4104顶柱上部为3205采空区，空区充满矿石和废石，直接与地表贯通。4104间柱下部10m已回采，四周为上盘切割槽、4103采空区和4104采空区，间柱底部及4103采空区充满矿石，4104间柱仅与上部顶柱及下盘围岩相连接。试验矿柱实际位置图如图1所示。如若分次回收4104顶柱，势必造成4104顶柱太薄或处于悬臂梁状态，爆破装药、爆破网络连线工作困难，存在极大的安全隐患。因此，决定将4104顶柱一次性回收。

图1 试验矿柱实际位置图

2.3 爆破施工方案

本次设计开采爆破区域为4104空区顶柱，爆破矿量42882t，爆破总药量10.826t。采用扇形中深孔孔内延时微差爆破。根据矿区前期关于爆破振动效应试验结果，为降低爆破振动效应，装药时应严格控制单段最大装药量，单段最大装药量不超过600kg。设计雷管分段27段，单段最大药量560kg。

在4105间柱内开挖垂直矿体走向的凿岩巷道，向4104顶柱布置直径为90mm的水平及倾斜排面的扇形孔，排距：2.2m，孔底距2.3m。

炮孔连续装药，孔口堵塞。由于4105间柱及4105间柱上方顶柱在4104空区顶柱回采完毕后进行爆破回收，因此须保留间柱中的凿岩巷道，以方便间柱与间柱上方顶柱回收时凿岩爆破工作。因此炮孔装药及堵塞遵循两大原则：①为保证间柱的基本完整，所有炮孔孔口堵塞长度不小于7m；②在此基础上通过控制孔口距进行装药。炮孔布置及装药如图2所示。

根据前期爆破振动测试分析研究，确定雷管两两之间延时时间为25～50ms为宜，为后续寻求爆破最佳延时时间，此次延时时间设置为25ms、30ms、40ms、50ms，总延时1000ms。爆破时以4104采空区及顶柱中部切割槽为补偿空间进行爆破。4104空区对应的顶柱每排孔内的炮孔爆破顺序为由下到上。

3 爆破振动监测与分析

3.1 爆破振动监测方案

爆破振动的破坏作用是爆破公害中最为重要的问题之一。当爆破振动达到一定强度时，在爆源一定范围内就会产生各种破坏现象，如建筑物震裂、边坡滑坡等，带来生命与财产的重大损失。为了对矿柱回采方案及电子雷管在大爆破中的应用效果进行评价，须对本次爆破进行爆破振动监测。

监测采用成都泰测科技有限公司生产的Mini－Blast I型爆破测振仪，该监测系统由传感器、振动监测仪和微型计算机等组成。按照“近密远疏，对数布置”的监测布点原则，沿矿区办公大楼布置6个测点。测点与爆源相对位置如图3所示。

图2 炮孔布置及装药长度示意图

图3 爆破振动监测测点与爆源相对位置平面图

3.2 爆破振动减震分析

《爆破安全规程》（GB6722－2003）由国家质量监督检验检疫总局于2003年09月12日发布，2004年05月01日正式实施。

地面建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率。安全允许标准如表1所示。

通过对矿区建筑物进行调研，认为受保护对象为“一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物”。本次爆破共布置6个监测点，各测点相关数据如表2所示。其中1＃点距离爆源最近，最大振速为0.7607cm／s。在爆破振动安全允许范围内。

微差爆破中降低爆破振动的常用方法是减小单段爆破药量、错开爆破振动峰值、爆破振动波峰与波谷叠加抵消等措施。以1＃测点波形图为例，对爆破振动控制效果进行分析：①从图4中可以发现，振速大于0.6cm／s的爆破有3次，振速大于0.4cm／s的爆破共14次，这说明药量的分段起爆对于爆破振动控制起着关键作用，也就是说增加雷管段数是控制爆破振动的有效途径；②图4中0.8～1.1s处，各分段爆破振动波形完整，即控制合理延时时间错开爆破振动峰值，无叠加，从而达到控制爆破振速；③由于各分段雷管延时时间的不同，在不同时间段里（0～0.8s、），爆破振动相互干扰，有减弱也有增强。