空气间隔装药孔内孔间微差爆破试验

曹 锋 蔡泽军

(广东肇庆广地爆破工程公司)

空气间隔装药孔内孔间微差爆破试验

曹 锋 蔡泽军

(广东肇庆广地爆破工程公司)

某露天采石场随着开采规模的扩大，出现了炸药用量过大、爆破震动控制不好、爆破效果不理想的状况。为降低爆破震动有害效应，提高爆破效果和节约炸药量，进行空气间隔装药、孔内孔间微差爆破试验。试验结果表明，空气间隔装药比连续装药节省炸药12%左右；孔内孔间微差爆破与排间微差爆破相比，大块率减小，爆破震动明显降低。采用空气间隔装药、孔内孔间微差爆破技术，可有效解决问题，达到满意效果。

露天采石场 空气间隔装药 孔内孔间微差爆破 爆破震动 装药量 大块率

某露天采石场位于高要市南岸街道办科德村委会大坑村菜园坑，有3.5 km简易矿山公路至国道G324线，交通方便。矿区岩石为软岩、坚硬块状岩类，软岩为风化-半风化花岗岩、石英砂岩，坚硬块状岩类为微风化花岗岩、石英砂岩。爆破区北、南、西面均为山体，500 m范围内无建筑物，东面380 m处为采石场办公生活区，1.5 km处为高要市中心小学，爆破环境条件相对简单。

随着采石场开采规模的扩大(年产500万m3)，出现的问题也比较多，之前采用排间微差起爆，连续装药结构，爆破震动较大，炸药用量大，爆破大块率比较高。为了解决上述问题，采取了一系列措施降低爆破单耗，控制爆破震动及提高爆破质量。通过试验，取得了较好的效果。

1 爆破试验

1.1 爆破方案

试验地点选择采石场4#台阶中部位置，该处为标准台阶，岩石硬度中等。采石场平面示意见图1。

图1 采石场平面示意

根据工程环境、施工进度以及对爆破震动、飞石的控制要求，确定爆破设计方案：

(1)采用深孔松动爆破技术，严格控制单孔装药量和堵塞段，将飞石控制在5 m范围。

(2)采用空气间隔装药技术，在满足工程质量要求的前提下，节省炸药消耗。

(3)采用非电毫秒延期导爆管网络，实现孔内和孔外延期爆破，严格控制最大一段药量，以减小爆破震动的危害。

1.2 空气间隔装药理论

近年来，空气间隔装药技术在矿山爆破中得到越来越多的运用，并为矿山创造了巨大的经济效益。空气间隔装药可以降低爆炸冲击波的峰值压力，减少炮孔周围岩石的过分粉碎；岩石受到爆炸冲击波的作用后，还受到爆炸气体所形成的压力波和来自炮孔孔底的反射波作用，当这种二次应力波的压力超过岩石的极限破裂强度(裂隙进一步扩展所需的压力)时，岩石的微裂隙将得到进一步扩展；空气间隔延长了应力波的作用时间。正是由于空气间隔的上述作用，可以使岩石破碎块度更加均匀[1-4]。

1.3 孔内孔间微差爆破的特点

微差爆破在国内许多矿山已有成功的经验，其主要技术特点是单孔延时起爆，爆破区域所有的炮孔在一定的时间和空间上按照一定顺序起爆，每个炮孔在起爆之前，其前方或侧方的炮孔已经起爆，为其创造了充足的自由面。

孔内孔间微差爆破有2次微差时间，能产生应力波叠加，创造新的自由面，加强岩块相互碰撞和减小爆破震动，孔内采用分段装药结构，使用空气间隔器。间隔上下部分采用毫秒延时分段起爆，孔外采用单孔串联、并联的爆破接力方式。孔内微差毫秒起爆网络可以使装药量更加均匀，减少单段起爆药量，使震动强度大大减小。

1.4 爆破参数设计

1.4.1 炮孔深度

根据计算公式，炮孔深度为

L=H/sinα+h ，

(1)

式中，H为台阶高度，10～14 m；h为炮孔超深,1.5 m；α为倾角，75°。

计算得出L=12～16 m，一次性钻到底。

1.4.2 炮孔直径

非金属露天矿一般使用浅孔钻机钻孔，孔径为100～200 mm，孔径d取115 mm。

1.4.3 底盘抵抗线

按孔径计算底盘抵抗线：

W=Kd ，

(2)

式中，K为系数，取24～35。

计算得出W=3.0～3.6 m。

1.4.4 孔距和排距

间排距按下列计算

a=mW ，

(3)

b=W ,

(4)

式中，m为炮孔密集系数，1.4～1.6。

计算得出孔距a=4.8～5.2 m,排距b=3.0～3.8 m，梅花形布孔。

1.4.5 堵塞长度

根据经验，堵塞长度l=3.5～4.0 m。

深孔爆破孔网参数见表1。

表1 深孔爆破孔网参数

1.5 装药结构

试验考虑到炮孔底部岩石受夹制作用大，结合类似工程经验，为减少根底，增加下部的药量。本次试验空气间隔设置在中间上下位置。间隔长度分别取1.5，1.8 m，与排间微差连续装药结构进行对比。

试验分3次进行，选择的台阶高度均为14 m，坡脚无根底，石渣全部清空，各钻30个炮孔，孔径为115 mm，分3排，每排10个炮孔，三角形布孔，炮孔深16 m，堵塞长度为4 m，孔距为5.2 m，排距为3.8 m，钻孔倾角为75°。装药结构：

(1)连续装药结构，装药高度为12.0 m。

(2)间隔1.5 m分段装药结构，下部装药高度为6.0 m，上部装药高度4.5 m，中间间隔1.5 m。

(3)间隔1.8 m的分段结构，下部装药高度6.0 m，上部装药高度4.2 m，中间间隔1.8 m。

装药参数见表2，装药结构对比见图2。

表2 装药参数

图2装药结构对比(单位：m)

1.6 微差间隔时间及起爆网络

1.6.1 孔内微差时间

为了爆破网络的安全，孔内一般应选取延期时间较长的导爆管雷管，以便延迟孔内炸药爆炸的时间，使地面未传爆的导爆管网络不受前面先起爆炮孔产生的震动、冲击波的破坏影响。孔内微差选择2个延期时间不同的高段别高精度导爆管雷管，参考相关孔内微差爆破工程经验，对于坚硬岩石，孔深16 m，孔内上下装药部分起爆微差时间一般较小，取25 ms。本次试验孔内选择15段(350 ms)和16段(375 ms)高段别高精度雷管，可满足地表网络的安全技术要求。

1.6.2 孔间、排间微差时间

根据相关资料及施工经验，孔间一般使用25，50 ms间隔时间，本次孔间选择3段(50 ms)雷管；排间一般使用75，110 ms间隔时间，本次排间选择5段(110 ms)雷管。

1.6.3 起爆网络

孔内从下往上起爆，可以加强台阶底部的破碎，不留或少留根底。地表起爆网路见图3。

图3 微差起爆网路(单位:ms)

2 爆破效果

2.1 爆破质量对比

2.1.1 大块率

孔内孔间微差爆破试验之前，该采石场大块率比较高，经常要进行二次爆破，不仅降低了挖掘机的装车效率，而且增加了爆破成本。进行空气间隔、孔内孔间微差爆破试验后，岩石的破碎质量改善显著，大块率明显下降，挖运设备效率明显提高。经过初步统计，与排间微差爆破相比，孔内孔间微差爆破的大块率下降30%左右。爆破效果见图4。

图4 爆破效果对比

2.1.2 爆破根底

相比孔内连续装药爆破，孔内孔间空气间隔微差爆破会产生30～40 cm的爆破根底，可以判断是间隔装药结构总体装药量减少所致。为解决根底问题，可以在钻孔环节将炮孔加深30～40 cm。爆破大块率和根底对比见表3。

表3 爆破大块率和根底对比

2.2 炸药量对比

在同等炮孔数量和孔网参数下，间隔装药相比连续装药，降低了炸药单耗，节省炸药12%左右，取得很好的经济效益。炸药量对比见表4。

表4 炸药量对比

2.3 爆破震动对比

采用NUBOX-6016智能振动监测仪分别对排间微差连续装药和孔内孔间微差间隔装药爆破进行震动监测。

1#监测点位于采石场办公室墙角处(砖混结构房屋)，2#监测点位于1.5 km处的高要市中心小学主楼钢筋混凝土立柱处。监测数据见表5。

表5 爆破震动对比

从表5可以看出，震动监测数据均不超过建筑物安全标准，孔内孔间微差间隔装药爆破相对于排间微差连续装药爆破产生的爆破振动明显小得多[5]。

3 结 论

(1)孔内孔间微差爆破技术通过孔内分段，孔外逐孔延期起爆，使每个炮孔在起爆前拥有充足的自由面，应力波叠加作用能加强岩石相互碰撞，改善爆破效果；其次，减小最大一段起爆药量，明显降低了爆破震动，有利于保护采石场周边建筑物。

(2)采用空气间隔装药技术可以降低炸药消耗量，每次爆破可节省炸药12%左右，经济效益显著。

(3)关于空气间隔位置、高度以及避免或尽量减少爆破根底的产生等问题。由于没有相应的理论支撑，目前只停留在试验和推理的层面上，还需进一步研究。

(4)采用空气间隔装药、孔内孔间微差爆破技术，有利于提高采装设备工作效率，降低施工成本，有效减小爆破震动，成功地解决了采石场所面临的问题，该技术值得广泛推广应用。

[1] 张立新.吴集铁矿-200 m中段二步骤矿柱回采试验[C]∥中国矿业科技文汇(2014).北京：冶金工业出版社，2014:155-158.

[2] 朱志彬，刘成平.充填体强度计算及稳定性分析[J]采矿技术，2008(3):15-17,25.

[3] 朱国涛，郝红星，王晓飞.李楼铁矿厚大矿体采矿安全回采实践研究[J].现代矿业，2013(11):1-4.

[4] 张立新.李楼铁矿采矿方法和充填工艺探讨[J].矿业研究与开发，2012(1):1-3,11.

2015-05-05)

曹 锋(1983—)，男，项目经理，工程师，526020 广东省肇庆市端州区梅庵路9号。