孔底间隔装药技术在和尚桥铁矿的应用

袁英杰

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)



·实用技术·

孔底间隔装药技术在和尚桥铁矿的应用

袁英杰

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)

露天矿山进入凹陷开采后，炮孔内积水较多。当炮孔内积水较浅时，为消除炮孔积水对深孔爆破质量的影响，以便能够充分利用炮孔底部积水改善爆破效果，提出了采用孔底间隔装药的爆破方法。在马鞍山和尚桥铁矿进行了现场实践，结果表明，孔底间隔装药既消除了水炮孔爆破的不利影响，改善了爆破效果，又提高了经济效益。

孔底间隔装药深孔爆破水炮孔

和尚桥铁矿隶属于马钢集团南山矿业公司，位于马鞍山市向山镇西南5km佳山乡、向山镇境内，年采剥总量1 500万t，为凹陷露天矿山。目前已开采至-60m水平，矿体主要为磁铁矿，矿石普氏系数为10～15，裂隙较发育；围岩主要为闪长玢岩，普氏系数为8～10，裂隙较发育。矿山浅部矿体及围岩较破碎，而深部矿体和围岩坚硬，且节理裂隙较发育。矿床与围岩均含水，富水性小—中等，局部裂隙富水性较强，常造成炮孔内积水较多，特别是在雨季，该类现象更为严重。地下富水区域不仅穿孔困难，而且对施工组织、爆破质量、爆破成本影响较大。为此，本研究对该矿山爆破方法进行探讨。

1　炮孔含水对爆破效果的影响

(1)炮孔中岩粉遇水极易形成泥浆，易出现炮孔堵塞。炮孔长时间在积水浸泡下，导致岩石松软破碎，易出现塌孔，成孔率较低，药卷易卡于炮孔内。

(2)水的密度与乳化炸药的密度相当，由于水的浮力，乳化炸药难以沉底，导致底部炸药爆力不足、破碎不良，出现根底。

(3)在水的浸泡下，孔壁上岩渣松动掉落或疏松，岩渣掉落易造成炮孔堵塞，炮孔的孔径变小或变形，造成炸药卷被卡住，在重力和上部药卷下落的冲击作用下，一部分药卷可缓慢滑过含泥层，易出现炮孔底部炸药与上部药柱之间有一段无炸药的水柱，若间隔长度超过炸药在水介质中自身殉爆距离，便就会造成底部药卷拒爆，或因线装药密度降低而使爆力不足[1]。

对此，通常采取的措施为：①在富水区域增加炮孔穿孔深度，装药前对炮孔逐孔检查，防止出现塌孔现象，发现特殊情况应及时处理；②对于含水较少的浅水炮孔可采取爆破前人工排水、高压风管吹、人工用小铁桶掏、潜水泵抽水等措施；③针对药卷不易下沉，且易于出现药卷被卡于炮孔内的问题，采用打开炸药塑料包装袋，将黏度较大的乳化炸药切块入孔，尽量使炸药沉入孔底，保证药柱连续，在装完炸药后，上部用竹竿逐孔捣实。该类措施投资大、现场操作复杂，且对于地下水系较发育或孔壁有裂缝的炮孔作用较小，无法从根本上消除水对爆破效果的负面影响。

2　孔底间隔装药作用机理

为消除水对爆破质量的影响，并充分利用炮孔中的水介质在爆破中所发挥的积极作用，在炮孔内含水较浅时，可采用孔底间隔装药技术。在炮孔底部水面以上放置空气间隔器，间隔器以上放置药包，使药包和孔底之间有一段水柱，即孔底含水区域不装药，使炸药与水分离(图1)。

图1　孔底水间隔装药结构

水具有各向均匀传递压力的特性，在一般压力下，水不可被压缩，但在较高压力作用下，水可被压缩，并在水中形成冲击波。同时，由于水介质的波阻抗远大于空气，应变强度衰减慢，对矿岩的冲击和加载过程相对平缓，加载时间延长[2]。基于水的该类特性，决定了药包爆炸初期水柱和装药壁同样受到动载荷作用，爆炸气体膨胀作功时，水中积蓄的能量伴随着释放，增强了对矿岩的破碎作用。由于应力波作用于岩体上的时间延长，传递给岩体的爆炸冲量有所增加，扩大了岩石的破碎范围。在露天矿深孔台阶爆破中，克服底盘抵抗线主要依靠爆炸产物膨胀产生的剪切作用，由于孔底水间隔延长了爆生气体产物的膨胀作用，与连续装药相比，更有利于克服根底。底部水间隔使装药位置相对提高，使孔内炸药爆炸能量沿轴向的分布更加均匀，可降低大块率的产生。试验表明，确保深孔药包爆炸分解能量得到合理利用的最佳孔底水间隔高度为1.2～1.8m[3]。

根据冲击波理论，炮孔中水柱上下炸药起爆后，爆轰波阵面到达上下水柱表面，受到强烈的冲击压缩，在炮孔轴向继续沿水柱传播，同时也向水柱径向周围孔壁岩石压缩，由于孔壁处岩石压缩变形小，形成反射冲击波[4]。若沿入射和反射冲击波阵面压力分别为P1和P2，两者关系可用下式表示：

式中，P1为入射冲击波阵面压力，Pa；P2为反射冲击波阵面压力，Pa；n为常数，3～8。

由上式可知，水柱中激起的冲击波的强度为原入射的炸药爆轰冲击波强度的5～8倍，因此水介质发挥了一段“等效”药柱的作用。

3　现场试验

在和尚桥铁矿-12m平台进行了4次孔底间隔装药爆破试验，试验区域内炮孔普遍含水在2m以下。采用潜孔钻机穿垂直孔，孔径200mm，孔距8.5m，排距5.5m，孔深根据穿孔位置处标高确定，为14～15m。采用条型岩石乳化药包人工装药，底部选择BJK型空气间隔器。根据炮孔含水情况，底部间隔1.5～2m。炸药参数见表1。

表1　炸药参数

爆破采用非电导爆管雷管起爆，孔内、孔外微差爆破相结合。由于爆区周围环境复杂，考虑到居民楼等的建筑物安全，设计采用奥瑞凯高精度毫秒延期导爆管雷管，逐孔顺序起爆网路。孔内均放高段位400ms延期雷管，孔外同一排炮孔间采用25ms延期雷管传爆，排与排之间采用42ms延期雷管传爆。试验结果见表2。

表2　试验结果

爆破试验结果表明，用空气间隔器进行底部水间隔装药，通过采取水孔处理措施，有效消除了水孔给爆破施工带来的不利影响，消除了因部分区域装药量不足造成根底多的现象，与常规爆破的4.1%大块率相比，大块率降低了31.7%，大大提高了炸药利用率，降低了根底和大块处理费用，为铲装工序创造了便利条件，同时也避免了由于耦合装药爆轰初始阶段压力过大而造成的底板矿岩的过度粉碎给下一台阶穿孔造成的不便。试验炮区单耗降低量为0.064kg/m3，平均每孔少装药30～40kg，炸药降低率约16%，产生了良好的经济效益。

4　结　语

针对露天采场炮孔含水情况，分析了炮孔含水对爆破效果的不利影响，以及常用的处理炮孔水的方法。基于水介质爆破理论，提出了采用孔底间隔装药的爆破方法，和尚桥铁矿现场试验表明，针对炮孔内水深较小时，用空气间隔器进行底部间隔装药既可有效抑制水孔给爆破施工带来的不利影响，又可改善爆破效果，大块率降低了31.7%，节约了生产成本，经济效益显著。

[1]邵明静.中深孔爆破炮孔积水问题解决方法[J].中国水泥，2004(2)：74-75.

[2]刘为洲，袁英杰，张西良，等.水力增压爆破试验[J].工程爆破，2014，20(2)：10-13.

[3]郭德禧.深孔水压爆破技术在含水岩体中的应用[J].铁道建筑技术，2001(5)：1-3.

[4]向远芝.露天深孔水介质爆破[J].金属矿山，1993(12)：13-17.

2016-06-16)

袁英杰(1979—)，男，工程师，243031 安徽省马鞍山市向山镇。