石灰石矿在爆破减振方面的实际经验Mine Expe rience o f Red uc ing Blasting Vib ra tion in Lim estone M ine

李昌国，石鹏雄

石灰石矿在爆破减振方面的实际经验
Mine Expe rience o f Red uc ing Blasting Vib ra tion in Lim estone M ine

李昌国1，石鹏雄2

1　矿山地形地质概况

笔者曾在南方某石灰石矿工作多年，该矿是水泥厂的原料矿山，属于山坡型露天矿，山脉南北走向，东西两侧为沟谷。矿区地层为三叠统嘉陵江组灰岩，位于背斜轴部地段，背斜核部矿层平缓，岩层产状：南东翼倾向110°～130°，倾角16°～31°，北西翼倾向290°～320°，倾角21°～61°，因次级波状褶皱发育，故岩层倾角变化较大。岩石硬度系数（f）为8～14，矿石容重2.72t/m3，爆破难易性属中等。矿区原地貌为中间高，东西两侧低，有较多民房分布在矿区东西两翼沟谷地带。

2　普通导爆管毫秒雷管的使用

上世纪八十年代使用非电雷管，因为当时水泥厂矿山设备选型流行KQG-150型潜孔钻机配WK-4A电铲（斗容4.0m3），炮孔孔径d=165mm较大，采用φ32mm小条药卷、连续不耦合装药结构减少单孔药量，经过多年实践和总结，采用斜向排间微差起爆（一般不超过3排炮孔），爆破类型为松动爆破。90年代请研究所测试爆破地震效应，对采区周围住家户比较集中区域的k、α值进行回归，经计算采用50ms微差延时起爆的振动波叠加系数小，指导日常爆破设计。

但随着不断下采，爆破区与民房间距变小、相对高差变小，即使将孔径d从165mm改为140mm，设计台段高度从15m降低为12m，单孔设计炸药量从168kg调小至92kg，仍无法满足控制爆破振动的要求。

因而在2003年依据点燃阵面和逐孔起爆技术，选用孔内九段非电雷管、孔外三段非电雷管，起爆顺序采用斜向单孔微差起爆，将最大分段药量从2～3孔降低至1个孔。

图1　斜向单孔微差起爆网络设计示意图

3　单孔微差

图1为斜向单孔微差起爆网络设计示意图。

2004年经有资质单位对单孔微差起爆、分段延时50ms、单孔最大药量171kg条件下进行安全监测，测试结果表明，质点峰值振动速度和主振频率均在《爆破安全规程》允许范围内。测试综合情况见表1。

4　使用澳瑞凯导爆管雷管，引进逐孔起爆技术

2005年公司二线投产，产量翻番，爆破次数增多，纠纷也增多，开始使用高精度高强度的澳瑞凯非电雷管。澳瑞凯非电雷管的逐孔起爆设计步骤如下：

（1）画出炮孔布置图（相对位置要准确），如图2所示。

（2）选择起爆点，如图2所示。

（3）确定起爆方向，控制排传爆方向和分传爆列传爆方向应相反（反斜向起爆），它们之间的夹角应≥90°。

（4）确定排及列的地表雷管延期时间，如图3所示。

a孔间最佳延期时间的选取

为使两个炮孔之间的作用达到最大，取得最好的破碎效果，同一排炮孔间的最佳延期时间为每米孔距3～8ms；以降振为主要目的时取大值，以破碎为主要目的时取小值。

b排间最佳延期时间的选取

排与排之间的延期时间的长短决定了爆堆的形状和松散度；排间延期时间与排距的大小、岩石的软硬有关系，最佳延期时间为每米排距8～15ms。澳瑞凯高精度非电雷管充分考虑了破碎块度及松散度两个基本需求，通过17ms、25ms、42ms、65ms和100ms等五种延期雷管的不同组合，可以满足台阶爆破的需求。

（5）利用澳瑞凯的计算机模拟爆破设计软件Shotp lus，可以进一步优化设计，预测、控制爆破的前冲与振动，改善爆破效果。

表1　测试综合情况

图2　炮孔布置图

表2　澳瑞凯高精度雷管延期时间及精度表

5　改进逐孔起爆的延期时间，以减小振动叠加

5.1 8ms内叠加几率小理论

利用澳瑞凯爆破设计软件Shotp lus，实现8ms时间段内只有一个孔起爆，即单段最大起爆药量为单孔装药量。但8ms内叠加几率小理论适应澳瑞凯等高精度雷管，因普通导爆管雷管延期误差大并不适应。而且澳瑞凯的地表延期雷管9ms、17ms、25ms、42ms、65ms和100ms等六种延期雷管是按照8ms内叠加几率小理论设计的。表2为澳瑞凯高精度雷管延期时间及精度表。

5.2爆破设计软件Shotplus应用（图4、5）

图3　延期时间选择

用爆破设计软件按孔径165mm、孔距5.3m、排距4m、孔深12.5m、台段高11m，孔内15段15m、孔外控制排7m脚线、雁行列9m脚线，用控制排25ms、42ms、42ms、65ms分别配雁行列42ms、65ms、100ms、100ms。在以上标准条件下，仅调整控制排和雁行列时间模拟爆破叠加情况。

从爆破效果出发，主控制排采用25ms，分传爆列（雁行列）采用42ms，从8ms窗口可以看到单段最大装药为两孔实装药量（注：红色数字为地表管延期时间，图片右边带黑色宽横纹的即是软件的“8ms窗口”）。

按以上标准条件拟合的模拟图，显示42～100ms降振效果最佳。但是如果现场条件变化，例如孔网不是标准的，可能最佳搭配就不一定是42～100ms。

为了达到较好的减振效果，不能完全照搬澳瑞凯逐孔起爆理论，2007年公司通过爆破测振指导设计和施工，并对澳瑞凯逐孔起爆网络加以改进，加强现场施工管理，主要经验如下：（1）现场布孔严格按照设计参数，为防止穿孔偏差，用油漆标记孔位，用测角仪防止钻杆定位偏斜。（2）实际单孔装药量尽量按设计控制在± 4kg内。（3）按设计网络联线。因澳瑞凯导爆管传爆速度为2 000m/s，是恒速，规定联线时U型卡子距离尾端1.5±0.2m。（4）不拘泥同一排炮孔间的最佳延期时间为每米孔距3～8ms理论，排间最佳延期时间为每米排距8～15ms，试验主控制排采用100ms，分传爆列（雁行列）采用42ms、65ms组合。（5）在矿区边缘部分，澳瑞凯高精度雷管按照图1的斜向单孔微差起爆网络连接，避免爆破振动叠加。

图4　25～42ms起爆时间模拟图

图5　42～100ms起爆时间模拟图

表3　φ165mm孔径的孔内微差和孔间微差参数对比表

6　孔内微差

深孔爆破频率范围根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）6.2.2条选为10～60Hz，一般砖房安全允许振速为2.3～2.8cm/s，土窑洞、土坯房、毛石房屋安全允许振速为0.7～1.2cm/s，本矿根据四邻农房建筑结构类型确保社员住房安全取下限值0.7cm/s作为进行安全距离校核的判据。

为避免采区边缘爆破时村民投诉，在采场中部位置用澳瑞凯非电雷管试验孔内微差，孔内间隔50ms，孔间间隔100ms。但爆破质量差，主要原因：一是延期时间太长、爆破振动波叠加小；二是单孔先起爆部分对后起爆部分岩石造成一定破坏，爆生气体泄漏。在孔径φ165mm、φ140mm条件下，孔内中间间隔钻孔屑长度0.8～1.0m，孔内微差间隔时间50ms，先起爆孔内上部分段还是下部分段，通过对比试验确定。从挖机铲装效果和实测爆破振动数据，最后确定孔内间隔钻孔屑长度为1.8～2.0m，孔内微差间隔时间25ms，孔间65ms，采用图1的逐孔联线网络，先起爆孔内下部分段，降低了爆破振动，爆破质量比较好。经验是不论孔径是φ 165mm，还是φ140mm、φ102mm，采用孔内微差，为减振炮孔中间间隔钻屑或碎石长度要适当，如间隔过短达不到减振效果，如间隔过长则大块较多；因为延期时间长，必须调小孔网参数，增加穿孔、爆破材料成本。表3为φ165mm孔径的孔内微差和孔间微差参数对比表。

7　结语

为达到破碎块度合理、爆堆形状及松散度好、爆破振动小的效果，在具体实施逐孔起爆技术时，对起爆器材的延期序列、延期精度、可靠性等都有特别的要求。

但有的矿山爆破作业环境较好，根据澳瑞凯逐孔起爆技术，选用第一系列非电毫秒延期雷管，控制排使用三段雷管，雁行列使用四段雷管，爆破效果好，爆破振动可接受。

爆破作业实践性强，不必拘泥于某种理论，可边实践边总结，根据自己矿山具体环境特点，以降振、爆破效果、穿爆成本某个指标为主，同时兼顾这三个指标。

毫秒延时爆破的地震效应受很多因素影响，而在开采过程中地形地质条件不断变化，所以我矿坚持通过爆破测振验证爆破设计，理论与实际相结合降低爆破振动。

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［2］庄世勇，卢文川，高洪亮.逐孔起爆在南芬露天矿深孔爆破中的应用［J］.金属矿山，2002，（8）：58-62.

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［4］郭进平，聂兴信，等.新编爆破工程实用技术大全［M］.北京：光明日报出版社，2002.

TD235.39文献标识码：A

1001-6171（2015）05-0096-03

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2014-12-27；编辑：赵莲