矿山民爆一体化在高硫矿山中的应用与优化设计分析

伍鼎灿

（中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆 401147）

近年来，企业对矿石的需求逐渐增大，矿石爆破开采技术获得了进一步发展，炸药厂设计生产能力发生了巨大改变，具有高密度与高强度的特点，从之前的1500t/y 转变为2000t/y，增强了爆破效果。由于矿脉具有多变性与复杂性，炸药产能难以满足市场需求，再加上钻孔设备缺失，硫铁矿具有一定的安全隐患，可能会发生自燃现象，因此，提出了民爆一体化管理，有利于优化矿山施工流程，从而使矿山开采处于主动地位。

1 矿山民爆一体化的应用分析

在矿山生产中，爆破作业是重要环节之一，对施工人员的爆破技术具有较高要求，提高爆破质量的关键在于优化爆破设计，可以满足不同条件的技术要求，不断可以提高施工工艺的效率，增强爆破效果，而且可以降低施工成本。民爆行业是从事爆破方面经济活动企业的总称，例如，从事爆破工程设计、物品的生产与科研、质量检测、施工服务等，在国民经济组成中占据重要地位，肩负着促进经济发展的职能与责任。经过多年来的努力，民爆行业已经形成了初步的工业体系，其中包括工业雷管和工业炸药等，在矿山开采过程中，民用爆炸物品具有重要作用，对工程建设具有重要意义，例如：油气开采、工程开挖、岩石爆破、矿山开采等，促进了生产领域的发展。施工人员需要合理使用装药车，事先输入爆破设计的相关参数，利用GPS 系统，清晰传达炮孔的编号，确保混装车对炮孔进行自动识别，之后，需要使用主控系统与网络，适当调整装药量，在炮孔中送入输药管，在完成装药后，需要利用计算机记录具体的装药情况，将其传递控制中心，在完成爆破后，需要分析爆破中的数据，利用自动成像系统调整炸药参数[1]。

2 矿山民爆一体化在高硫矿山应用中存在的问题

在硫铁矿爆破过程中存在以下问题，第一，没有科学合理的匹配岩石与自产乳化炸药，导致出现了不合理的现象，对于高强度与高密度的硫铁矿，却使用低爆速与低密度的自产炸药，无法充分发挥炸药的作用，降低了乳化效果，不利于形成炸药微观结构体系。第二，炮孔中的水与炸药中的硝酸铵接触后发生放热反应，主要原因发生了酸碱中和，硝酸铵属于碱性，而水属于酸性，将会促进炸药的变质与分解，埋下了一定的安全隐患，容易出现误爆或早爆的情况。第三，自产乳化炸药中的流动介质不连续，其流动性较低，炮孔中的岩屑、泥沙、混合水等物质，容易出现断层的现象，从而导致在爆破过程中出现盲炮，对爆破效果产生一定影响。第四，一般情况下使用压渣爆破的方式，对硫铁矿进行爆破，可以使前排孔的大块减少，但是在爆破过程中发现设计参数存在失误的情况，导致产生诸多负面影响，例如爆破根底多，爆破后冲大、炸药单耗高、底板不平、爆破效果差，限制了正常采装。同时，钻孔平台上往往具有较厚的虚渣，减慢了钻孔工作效率，甚至出现塌孔的情况，不利于进行爆破施工。

此外，新型的炸药技术要求将半成品和炸药原料放在专门的装药车上，之后开进爆破现场，将原料制作成炸药，利用车载系统完成炮孔装填工作，确保安全进行使用、运输、制备等环节，提高矿用炸药技术水平。炸药在生产运输储存的过程中具有一定危险性，若是管理不当，容易导致安全事故，为响应群众呼应，各级政府要求加强炸药的安全管理工作，尽量减少使用量，以此降低对社会的危害，施工人员需要提高开采技术水平，确保安全使用民用炸药，在实验的过程中，需要选择适合的炸药，分析爆破可能存在的危险性，最终确定爆破参数，最大化提高矿山的施工效率，增强经济效益，促进矿山的长久发展。

3 优化矿山民爆一体化在高硫矿山应用的具体措施

3.1 提高炸药技术

施工人员需要遵循经济性和安全性原则，对生产工艺进行优化，增强原乳化炸药配方的合理性，防止污染当地的环境，通过民爆一体化，使用混装乳化装药车的方式，充分发挥包括技术与炸药技术的优势，从整体上提高爆破水平，改变当下采矿生产的状态，使其处于主动局面。在配制炸药配方时，需要参考硫铁矿的安全生产原则，确保不会对当地的水文地质产生危害，研究的主要方向是提高炸药性能，可以从油相组分、氧平衡、硝酸钠含量、水含量等方面入手，从而对水含量与氧平衡进行相应调整、使硝酸钠的含量逐渐降低，并且改善油相组分，以此实现研究的优化[2]。

在矿山开采过程中，施工人员需要采用有效手段，科学调整炸药配方，合理控制其中组成成分，确保炸药的威力、爆速、爆热、密度等符合相关规定，可以增强岩石与炸药之间的匹配度，为爆破施工提供有利条件，从而获得预期的爆破效果。

首先，需要降低水相酸度，需要合理设置氧化剂水溶液的pH 值，对于乳胶基质而言，pH 值需要保持在3～4，确保气泡大小和发泡速度符合要求，若是不添加敏化剂，水溶液的pH 值大概为5，需要降低pH 值，添加适量的酸嗯，确保pH 值降到3～4，但是由于炮孔中本身含有的水属于酸性，若是再加入酸量，将会使pH 值变小，导致出现气泡大，发泡速度快的情况，对炸药威力产生一定影响，因此，在硫铁矿中，由于水具有一定酸性，因此需要减少敏化剂和酸的添加量，确保气泡均匀，分布大小适中，从而增强炸药的威力。

其次，可以不再使用硝酸钠，使用硝酸铵进行代替。一般情况下，在乳化炸药中需要引入硝酸钠，其主要作用可以看作为富氧源，可以使溶液的析晶点降低，确保炸药更加安全稳定。但是缺点在于，当进行爆轰反应时，硝酸钠需要消耗大量的能量，远大于硝酸铵消耗的能量，硝酸钠即使是1%的含量，其爆热大概为19.3KJ/mol。由于硫铁矿具有高强度与高密度的特点，因此需要使用硝酸铵配制炸药，确保制作出乳化炸药，增强岩石与炸药的匹配度，确保具有较高的爆破威力。

最后，需要选择适合的乳化剂。在炸药配方中，若是减少使用硝酸钠，将会影响炸药的稳定性，降低乳化效果，乳化炸药在“破乳”时，硫铁矿与析晶出的硝酸铵将会发生反应，酸性物质与碱性物质发生化学反应，埋下一定的安全隐患。施工人员需要选择适合的乳化剂，通过“油包水”体系的建立，增强炸药的稳定性与乳化效果，减少硝酸钠不足的负面作用，此外，还可以确保炸药具有良好的流动性，防止出现孔内不爆炸的情况。

3.2 提高爆破技术

3.2.1 进行漏斗试验

矿区地层岩相具有特殊性与多样性，为获得预期的爆破效果，需要合理匹配炸药的组成，确保具有不同的爆速与密度。混装炸药与普通炸药的不同之处在于可以合理调整炸药的组成成分，增强爆破威力，确保满足爆破需求。在调试炸药的含量时，可以进行漏斗试验，对岩石与炸药之间的匹配度进行测试，完成利文斯顿爆破实验，主要原理是对乳化炸药进行测试，将性能不同但质量相同的炸药进行不同深度的埋置，确保在最佳埋深基础上，获得爆破漏斗体积的最大值，从而研究出与岩石匹配最高的炸药。在开展爆破漏斗试验时，需要分析当地的地质条件，例如，对于厚条带状黄铁矿，其位于380 水平1 线～4 线之间，矿石密度为2.78t/m3、f 处于18～26 之间、炮孔规格为φ140mm、矿石品位保持在16～36 内、钻孔深度为0.7m～2m，需要将1kg 炸药放置在每个孔中，之后进行爆破（如图1 所示）。

在爆破后，需要测量埋深不同的相关数据，详细记录漏斗的体积与半径，使用MATLAB 软件对获得的一组数据进行处理，获得三次项回归的曲线（如图2 所示），从而获得1.224m3爆破体积和1.15m 埋深是最佳数据。最佳埋深可以最大程度发挥不同性能的炸药，防止埋置深度影响爆破效果，而且还可以增强匹配炸药的准确性，提高炸药的利用率。利用爆破漏斗试验，可以获得较为全面的L-V 曲线，测试不同性能的炸药，在具有最佳埋深，以及相同地质条件和质量的基础上，可以根据炸药的体积，判断是否与爆破岩石最匹配，当体积达到最大时，可以获得单耗最低的炸药[3]。

3.2.2 优化爆破参数

从爆堆的形态、快度组成、大块率等爆破效果中，可以反映出爆破方法和设计参数的合理性，直接影响采矿的总成本，理想的爆破效果可以为后续施工提供保障，降低运输工作的负担。若是爆破质量没有达到理想的效果，将会增大后续工作的施工成本，因此，对爆破优化的研究势在必行。施工人员需要全面统计现场资料，进一步分析获得的数据，确定最终的爆破参数，增强实际爆破中的稳定性与安全性。

在对深孔进行爆破中，爆破效果容易受到各方面因素的影响，例如起爆顺序和方式、装填长度、装药结构、孔网参数、布孔方式、炸药消耗量等，生产单位的主要目标是增强经济效益，在实际施工中，需要确保减少爆堆集中、无根底、不合格大块等，使其符合生产要求，从而获得高质量的破碎效果，减低生产成本。乳化炸药具有较高性能，经过工业对比试验后，可以获得最佳的炸药参数，其中包括延迟时间、起爆顺序、起爆方式、装药结构等，使炸药的功效得到最大化发挥，提高矿山开采效率。

4 结论

综上所述，民爆行业集爆破服务、生产加工、研发设计为一体，对经济发展具有促进作用。在高硫矿山中，需要进行矿山民爆一体化管理，对炸药的参数设计进行优化，同时，需要根据矿山的具体情况，对爆破效果进行预测，从而建立爆破质量评估模型，对爆破方法进行优化，可以有效解决钻孔设备缺口和炸药产能不足的难题，提高矿山的开采效率。