气体间隔器在司家营铁矿的应用

黄汉波+张树东

摘 要：司家营铁矿露天矿自投产以来，台阶深孔爆破一直沿用连续装药结构，这种装药结构药柱重心偏于台阶下部，炸药能量沿炮孔轴向很不均匀，在难爆区炮孔孔口部位往往产生较多大块，在易爆区域常有过度粉碎现象，同时爆破震动一直影响着附近居民的生活。为减少爆破产生的大块率和降低爆破震动，司家营铁矿露天矿台阶深孔爆破中使用气体间隔器，采用空气间隔装药技术以达到控制爆破矿岩块度，降低炸药单耗，减轻爆破震动的目的。

关键词：气体间隔器；爆破震动；大块率；露天矿；间隔装药

中图分类号：TD23 文献标识码：A

0.引言

司家营铁矿区为我国铁矿资源重要基地之一，司家营铁矿隶属于河北钢铁集团矿业公司，整个矿区分为露天开采和地下开采，其中露天开采部分为年产2100万吨铁矿，铁精粉737.95万吨的采选联合大型矿山。司家营铁矿露天矿自投产以来，台阶深孔爆破一直沿用连续装药结构，这种装药结构药柱重心偏于台阶下部，炸药能量沿炮孔轴向很不均匀，在难爆区炮孔孔口部位往往产生较多大块，在易爆区域常有过度粉碎现象，炸药单耗高，采矿成本居高不下，铲装及破碎工艺的生产效率也受到严重影響。同时由于采场距周围村庄较近，爆破震动一直影响着附近居民的生活。因此研究高效节能的爆破与降震技术是现阶段矿山发展亟待解决的问题。

1.矿区概况

司家营铁矿北区露天开采范围内，地势北高南低，地形标高最高为125.60m，一般为20m～40m，矿体仅在局部出露，出露标高最高为96.30m，最低为19.40m，其他均被第四系表土覆盖，厚度为20m～30m，最厚60m。岩石在地表疏松破碎，深部致密坚硬，节理、裂隙不发育。

矿石主要赋存于黑云变粒岩中，产状与围岩一致。区内矿体多呈层状似层状，部分呈透镜状或扁豆状，层位稳定。矿体由东向西划分为I～Ⅳ号4个矿体，呈平行带状排列，各矿体走向近南北，倾向西，倾角40°～50°。受构造和古地形影响，矿体沿走向和倾向厚度变化较大，形态变化较复杂。区内矿石的矿物成份较简单，矿石矿物以磁铁矿、假象赤铁矿为主，次为赤铁矿；脉石矿物以石英为主。

司家营铁矿属鞍山式沉积变质矿床，矿体围岩裂隙较多，节理发育，矿石致密坚硬，属于较难爆矿岩类型，矿岩性质见表1。

2.空气间隔装药技术

根据岩石爆破破坏的应力波反射拉伸破坏假说可知，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。岩石破碎机理研究表明，岩石的极限破碎强度是随着爆轰压力的加载速度的增加而增加即加载的速度越快，岩石的破碎越难，因为爆破的初始脉冲压力越大，消耗在压碎区的能量就越大，而作用在破碎区的能量就越小，如果适当地减少爆破的初始脉冲压力，则可减小消耗在压碎区的能量；另一方面，根据冲量原理，当爆破脉冲压力一定时，作用时间越长，爆破脉冲冲量越大，对岩石破碎越有利。

空气间隔装药结构，就是在孔中进行分段间隔装药，各段之间形成空气间隔，由于空气可以改善爆破能量传递过程的匹配关系降低爆轰产物对孔壁的初始压力，调节爆破的脉冲系数，即降低爆破的脉冲初始峰值延长爆破脉冲持续时间，提高能量的利用率。

另一方面，当装药爆炸后，首先在空气柱内激起相向传播的空气冲击波，并在空气柱中心发生碰撞，使压力增高，同时产生反射冲击波于相反方向传播，其后又发生反射和碰撞，炮眼内空气冲击波往返传播，发生多次碰撞，增加了冲击压力及其激起的应力波作用时间，从而提高了应力波在爆破中的破碎作用，提高了炸药能量的有效利用率，降低了炸药消耗量。

近年来，气体间隔爆破技术在国内一些大、中型露天矿山中得到广泛应用，都获得了较好的爆破效果和技术、经济效益，其优势主要表现在以下几个方面：

（a）爆堆隆起、集中，能控制爆堆移动方向，降低损失和贫化；

（b）爆堆松散度好，爆破块度好，大块率低，二次爆破量少，便于挖掘、装运和排土，提高铲装效率，降低设备故障率，提高矿山企业的经济效益；

（c）爆破根底少或无根底，底板平整，便于电铲抄平底板挖掘作业，减少了重复爆破量；

（d）爆破后冲和侧冲小，爆破后形成新的坡顶线比较整齐，清渣工作完成后，新形成的台阶自由面整齐，为后继爆破施工创造了有利条件；

（e）扩大爆破规模，减少爆破次数，减少设备移动次数；

（f）降低爆破成本和工人劳动强度；

（g）降低爆破震动，安全性更好。

3.现场应用情况

司家营铁矿露天矿台阶深孔爆破中采用气体间隔器，使用空气间隔装药之后，根据历次爆破试验积累爆破相关数据，建立了司家营铁矿气体间隔装药爆破数据库。主要内容有使用炸药类型、矿岩特性、孔网参数、布孔方式、超深量、爆破类型、爆破量、总药量、间隔高度、间隔位置、前排孔药量、炸药单耗、延米爆量、填塞高度、密集系数、延迟时段、水孔/干孔、大块率、前冲距离、爆堆形状等，针对不同药种、不同矿岩特性下间隔位置选择进行了试验分析，不断对爆破参数进行优化。

3.1 降低爆破成本

气体间隔器主要用于底部间隔和顶部间隔，底部空气柱爆破机理是采用空气间隔器对炮孔底部进行间隔，形成孔底空气柱，使孔内炸药爆炸时，降低孔内产生的爆破压力，减缓炸药爆炸能量作用时间，扩大爆破裂区的范围，提高了炸药爆破能量的有效利用率。同时，提高了装药中心位置，使炸药在炮孔内沿孔轴线分布更加合理，有效地克服根底与上部的过度粉碎，令爆后炮堆形状均匀、松动，便于铲装作业，提高铲装效率。顶部间隔，既可以延长爆破作用气体在炮孔中的作用时间，又能减小余高，降低工人劳动强度。在岩石硬度不大，炮孔水深≤1m的炮区主要进行间隔器底部间隔，间隔高度为1m～2m，在风化岩层和岩土混合的炮区主要进行间隔器顶部间隔。底部间隔和顶部间隔均能减少单孔装药量，降低炸药单耗。表2列举了部分炮区应用空气间隔器爆破情况，从表中可以看出无论间隔位置有何变化，都能减少装药量降低爆破成本，但不影响爆破效果。

3.2 减轻爆破震动

对相同爆破区域的不同间隔类型进行爆破震动的测量，测量结果见表3。

表3中可知采用空气间隔技术装药时的爆破震动明显小于不采用空气间隔装药技术爆破时的爆破震动速度。其结果对比如图1所示。

通过图1可知在其他条件相差不大的情况下，使用空气间隔装药技术能够明显降低爆破震动，由于采用空气间隔装药，单孔装药量相对减少，一次爆破炸药量降低，因此，爆破产生的振动也会降低；采用空气间隔装药，爆破后炮孔内爆炸气体相对增大，使爆炸能量更能充分作用于巖体的破碎，炸药有效利用率提高，产生震动的能量相对降低；孔内采用空气间隔装药后，炸药在孔内位置相对抬高，减弱了对底板的作用力。

通过气体间隔装药技术，减轻了爆破震动对附近居民的影响，缓解了企业与周边村民的矛盾，增大了爆破规模，从一定程度上保证了生产爆破工作的顺利进行。

3.3 使用效果分析

空气间隔装药技术的应用，使得在单孔爆破量不变的情况下降低了单孔装药量，从而降低了炸药单耗，平均单孔装药量减少140kg～200kg，全年节省炸药量600t～800t，折合人民币235.2万元；由于药柱高度的提升，令炮孔内的爆炸压力沿炮孔轴向分度更加均匀，有效地杜绝了根底和岩墙的出现，前冲适中，大块率降低，为后续的铲装和运输创造了良好的条件；同时，由于空气间隔装药技术能有效地降低爆破震动，缓解了矿山和周围居民的矛盾，其社会效益更加可观。

结论

在露天矿开采深孔爆破中使用气体间隔器，可降低孔内爆炸压力，减少甚至避免因耦合装药而形成的矿岩冲击粉碎，扩大破裂范围，提高炸药爆破能量的有效利用率，为矿山开采爆破节约炸药，降低采矿成本，降低炸药单耗，能有效地克服根底和降低爆破大块率，为铲装、运输等后续工序的高效生产创造有利条件，可在类似矿山爆破中推广应用。

参考文献

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