改善露天矿水孔爆破效果

李金平

摘 要：镜铁山黑沟露天矿是酒泉钢铁公司最主要的铁矿石原料基地，位于甘肃省肃南裕固族自治县祁丰乡境内，分期开采，一期设计规模为200万t/a，二期设计规模为300万t/a。生产任务比较紧张，然而中深孔爆破中水孔问题尤为突出，严重影响爆破效果和产量的顺利完成。受降雨量、地质地形影响，甘肃省嘉峪关市酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司镜铁山矿水孔问题主要集中在7-10月份，水孔主要集中在靠近边坡风化矿石区域和矿岩交界区域。本文通过对孔内水形成的原因进行分析、探讨造成爆破效果差的根本原因，通过原因分析找出应对方法，为中深孔水孔爆破效果改善提供有力的保障。

关键词：水孔形成原因；水孔处理；爆破效果；炸药线密度

1 水孔的形成原因

通過爆破施工过程的测孔和观察，发现炮孔内积水的主要原因有：岩层裂隙渗水、边坡区域受风化作用影响含水量高。

1.1 岩层裂隙渗水

黑沟露天矿台阶高度为15m，穿孔深度一般为17-17.5m（含超深2-2.5m）。据作业过程的观测分析，有水炮孔主要是岩层裂隙渗水孔。裂隙是指固结的坚硬岩石在各种应力作用下破裂变形而产生的空隙，裂隙是断裂构造的一种，通常把岩体中产生的无明显位移的裂缝叫作裂隙。裂隙主要产生在矿岩交界和断层处，由于结构面的存在，给水孔创造了条件，当台阶在此区域穿孔时，岩层裂隙水流入炮孔，水孔深度随时间逐渐增加，积水深度一般在0.5-8m左右。

1.2 边坡区域受风化作用影响含水量高

北部边坡长期受风化作用影响严重，属于节理较发育区域，岩体破碎严重，风化层约40m，含水量较高，从而造成此区域穿孔困难，穿孔质量差，炮孔容易变形变细，同时有近九成的水孔，给后续工序带来极大困难。

2 造成爆破效果差的主要原因

2.1 孔内积水影响炮孔质量

孔内积水影响炮孔质量主要体现在两方面：结冰使炮孔孔径变细、孔壁掉渣或松软使孔径变细。

2.1.1 结冰使炮孔孔径变细

目前黑沟露天采场开采高度位于3640-3820m之间，属于高海拔区域，温度较低，昼夜温差大，孔内积水极容易结冰。冰附着在孔壁上，随冻结时间延长，附着的冰越来越厚，从而使孔壁越来越细，孔壁变细不利于装药，势必会降低线装药密度，使炸药爆炸能量不足以克服底盘抵抗线而造成爆破效果差。

2.1.2 孔内塌落使孔径变细

在地质条件较差，有裂隙、层理较发育区域穿孔时，受到岩层性质及结构的影响炮孔上部孔壁会产生掉块、疏松现象。由于穿孔过于超前，孔壁长时间浸泡在水中使孔壁上岩渣局部塌落，岩渣塌落极易造成炮孔堵塞，如果在装药过程中岩渣或岩块塌落使装药炮孔堵塞，造成装药量不足，直接影响线装药密度，造成爆破效果差。

2.2 孔内积水影响炸药性能

在乳化炸药中，水是氧化剂的主要溶剂，是造成分散相对均匀溶液的唯一介质，水的含量对炸药稳定性和爆炸性能有很大影响。从稳定性和爆炸性能两方面的因素，乳化炸药的最佳含水量应在9%-12%。但是当炸药总含水量超过此范围时，严重影响爆破效果。

2.2.1 水含量对炸药爆速的影响

爆速是衡量乳化炸药性能好坏的一个重要指标。爆速高则猛度高，对介质的局部破坏作用就大，有利于提高爆破效果。在乳化炸药体系中，水作为溶剂，溶解氧化剂与可燃剂，组成乳化炸药的分散相。水的含量对乳化炸药的稳定性有显著影响。当孔内积水过多时，炸药含水量会超出12%，会直接降低密度，导致炸药化学反应不彻底，炸药能量没有充分释放，从而导致爆速急剧下降，没有足够能量破坏岩体，爆破效果必定极差。

2.2.2 水含量对爆炸威力的影响

爆炸威力是反映炸药做功能力的相对指标，威力大，对岩体的破坏能力强，爆破效果好。炸药爆炸是炸药能量急剧释放的过程，伴随着高温、高压的产生。但是当孔内积水过多时，炸药起爆后，所含的水变为蒸汽要吸收大量的热能，炸药的爆温会急剧下降，同时会延期炸药的爆轰时间，破坏能力瞬间降低，无法达到预期效果。

2.3 乳化炸药悬浮在水中使线装药密度不足

乳化炸药密度约1.10-1.15g/cm3，比水略重，按理论值应该能沉到孔底，但是在装药过程中由于岩渣悬混入水中，容易形成泥浆，使混合液密度增大，导致混合液密度大于炸药密度，乳化炸药就会漂浮在液面上，导致炮孔装不进药。

通过进一步分析，发现KY-250孔干孔装药时乳化炸药线装药密度为60kg/m；而水孔装药时，根据水孔深度而定。当水孔深度小于2.5m时，线装药密度一般在45-50kg/m；当水孔深度2.5-5m时，线装药密度一般在30～45kg/m；当水孔深度大于5m时，线装药密度一般在20-30kg/m。

由于水孔的存在，导致炸药不能到达孔低超深位置，而超深位置正是克服底盘抵抗线的位置，是底板抬高的主要原因。

2.4 起爆器放不到合适位置导致盲炮产生

由于孔低水的存在，导致气爆具不能放到设计位置，气爆具不能与炸药充分接触，导致拒爆的产生。给生产和安全带了极大威胁。

3 改善水孔爆破效果的技术措施

3.1 增加钻孔深度

孔深是影响炮孔装药量及爆破效果的重要参数。本矿采用KY-250垂直孔穿孔，孔深可用（1）式计算求得：

L=H+h（1）

式中：L——孔深，m；

H——台阶高度，m；

h——超深，m。

对于干燥的炮孔来说，孔深等于钻孔深度。对于水孔，由于孔壁周围静水压作用，钻孔时部分岩渣不能排出孔外而重新落回孔底，从而使有效孔深不够。所以水孔的钻孔深度应大于孔深，其值用（2）式计算：

Ls=1/K*（H+h）（2）

式中：Ls——水孔的钻孔深度，m；

K——有效孔深率，%，K等于钻杆提出后炮孔深度与钻机钻进深度之比，可通过试钻求得。

3.2 爆破前采用爆破法排水

组织爆破前，先对炮孔进行仔细检查，应做到“一测、二看、三确认”。先测炮孔深度和积水深度，是否设计要求，是否需要处理；看孔壁是否完整、孔内是否有岩块或冰层；确认炮孔深度是否符合设计要求、炮孔质量是否完好、炮孔是否需要处理。经过确认可以用爆破法的水孔。当积水高度小于1.5m，可不做处理，直接装药；当积水高度1.5-2.5m时，可在炮孔底部装乳化大包，在上部采用基质车装乳化基质；当积水高度大于2.5m，应处理后直接装药。

黑沟露天矿采用爆破法处理水孔，具体步骤如下：先测量炮孔积水深度，深度大于5m时，用乳化炸药2kg左右加工药包，要求加工成条状，在药包下面捆绑1kg左右岩块，使药包能充分进入积水下部，然后起爆。起爆完后，立即测量水孔，水深小于2.5m时，开始装药，水深大于2.5m，继续处理，药量要适当的减少，是上次的一半。

3.3 中间间隔装药

间隔装药时把药柱分为两段，下部人工裝入乳化大包炸药，药量根据水深决定，中间放入间隔器，上部使用基质混装车装药，药量根据填塞高度决定，间隔器距下部药柱不宜过高，不能超过3m。底部炸药能有效地克服根底，中间间隔器的有效使用提高了药柱高度，使炸药的部分能量分配到炮孔顶部，能有效地减少顶部大块。

3.4 加工蜂窝状药卷

通过现场施工发现，无论有积水的炮孔使用基质车装药，还是人工装药，均不能使炸药到达孔低，炸药线密度远小于设计要求，同时药柱连续性难以保证，爆破效果和爆破安全难以确保。

3.5 合理组织穿孔节奏

在降雨季节应合理组织好穿孔工作，使穿孔工序和铲装工序能有序的衔接，避免穿孔工序太超前，造成孔内积水过多引起的爆破效果差和成本浪费的问题。

4 结论

通过合理的实施水孔解决措施，黑沟露天矿改善了水孔爆破质量不仅能确保产量的顺利完成，同时能降低因处理根底而造成的成本费用，给矿山带来客观的经济效益。

参考文献：

[1]袁绍国，杜保平，崔毛毛.露天矿水孔爆破优化研究[J].西部探矿工程，2012，09（1）：121-125.

[2]黄绍威.水孔爆破施工的对应措施研究[J].酒钢科技，2013（02）.