空气间隔器在露天台阶爆破中的应用

作者简介：潘卫红（1986-），江西人，本科，采矿中级职称，主要从事工作：采矿技术和管理，爆破。

摘 要： 在露天采矿中，钻爆效果会对采矿效益产生较大影响。在露天台阶爆破中，通过应用空气间隔器，能够有效提升爆破效果，提高矿产资源铲装效率。对此，本文首先对空气间隔理论进行介绍，然后对空气间隔器的应用优势进行分析，并结合实例，对露天台阶爆破中空气间隔器的应用要点进行详细探究。

关键词： 空气间隔理论;优势;应用

【中图分类号】P618.51 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）22-0210-02

1 引言

在露天矿产资源深孔爆破施工中，一般采用连续装药结构形式，炸药消耗量比较大，并且在复杂地质条件下容易发生过度破碎问题。现如今，在空气间隔器已逐渐得到推广应用，在深孔爆破中，通过空气分隔药柱，能够有效提高装药高度，减少炸药消耗量，同时还可降低爆破振动，不仅可减低爆破施工难度，同时还可提高爆破效果。因此，亟需对空气间隔器在在露天台阶爆破中的应用方式进行深入研究。

2 空气间隔理论概述

在露天台阶爆破施工中，空气间隔装药爆破技术的应用具有丰富的理论依据，通过应用空气间隔装药结构，可降低爆破压力峰值，进而减少爆破过程中粉矿产生量。另外，通过将空气间隔装药结构应用于爆破施工中，能够延长爆破压力在孔内持续作用的时间，进而提高爆破有效能量利用率。在空气间隔装药技术的应用中，空气层比例以及空气层位置的设计至关重要。空气间隔器的装药方式主要有三种，包括顶部间隔装药、中部间隔装药以及底部间隔装药。

2.1 底部空气间隔特点

在底部空间装药形式的应用中，需在炸药与孔底之间安装空气间隔器，在这一装药形式下，在炸药作用下，空气中能够产生爆生气体，进而对矿区围岩结果产生巨大压力。底部空间装药操作便捷，随着装药高度的不断提升，在爆破施工中，炸药所产生的爆炸应力可在岩石中均匀分布，保证岩石受力均匀。由于孔底间隔装药方式结构简单，并且应用方式便捷，因此被广泛应用于矿区爆破施工中。

在孔底间隔装药形式的应用中，当炸药释放能量后，即可产生爆轰波，爆轰波通过药包表面，然后与空气进行充分混合，进而形成高压爆轰气体，在对空气层产生压缩作用后，即可形成冲击波，并向孔底快速传播。在冲击波到达孔底岩石表面时，即可形成反射波，波阵面压力设为P，计算公式如下：

2.2 顶部空气间隔特点

在顶部空间间隔方式的应用中，需在炸药上方保留一定距离，然后在适宜位置安装空气间隔器，并填塞炸药。顶部空间间隔法的应用方式简单，但是很难达到理想的爆破控制效果。在炸药爆炸后，即可产生爆轰波，并且与空气充分混合，进而形成冲击波，在遇到填塞后可发生反射作用，即反射超压。通常情况下，填塞物结构松散，因此可吸收部分反射波，导致反射波能量损耗，影响爆破施工效果。

2.3 中部空气间隔特点

在中间间隔装药爆破施工昂视的应用中，在炸药爆炸后，其所产生的冲击波能够直接作用于孔壁岩石表面，然后逐渐向间隔内移动，进而导致孔壁表面出现裂缝。在爆破过程中，如果上下两段炸药在爆破过程中所产生的冲击波在间隔空气柱内相遇，则在达到冲击波波峰后即可发生反射，并逐渐向孔底以及填塞物方向发生移动，进而对孔壁岩石再次产生冲击作用，导致裂隙深度增加。爆生气体可逐渐朝向间隔空气柱内发生运动，进而产生压力波，并在间隔空气柱内相遇，并形成新高压源，在发生反弹后即可向填塞物以及孔底发生移动，并再次作用于孔壁岩石表面，进而达到破碎效果。

中部间隔最大压力位如图1所示，通过对图1进行分析可见，在理想情况下，最大压力与炮孔轴线保持垂直，相对的冲击波阵面能够在空气间隔中间发生迭加，因此会产生巨大冲击波压力，进而对介质产生多种重载，提升介质破碎效果。另外，在中间间隔方式的应用中，还能够避免炸药分布集中而影响破碎效果。

3 空气间隔器的应用优势

在矿区爆破施工中，对于中硬以下岩矿，或者在大孔径深孔爆破施工中，可推广应用空气间隔器，另外，还可应用于以下情况：露天台阶高度比较大，炮孔需穿越强度差异较大的岩层;露天边坡预裂控制爆破;孔内水深低于超深0.5m以下水孔。在煤台阶爆破施工中，通过应用空气间隔器，能够有效提高块煤率以及煤炭质量，提高矿产资源开发利用经济效益。如果台阶下部有硬岩，或者出现根底，主要原因在于台阶下部硬岩临空面不足，在孔内炸药爆炸过程中，在应力波作用下，岩石表面可产生裂缝，但是在高温高压气体影响下，裂縫没有扩大，对此，可采用推土机进行勾动。空气间隔器的应用优势主要包括以下几点：

（1）通过将空气间隔器应用于露天台阶爆破施工中，能够有效减少爆炸冲击波的峰值压力，避免炮孔四周岩土过度破碎，进而对台阶边坡起到良好的保护作用。（2）能够有效延长应力作用时间，在炸药爆破并产生冲击波后，能够直接作用于填塞物表面或者孔底，然后再返回至空气间隔中，在冲击波影响下，应力场明显增强，应力波的作用时间也可得到有效延长。（3）能够对孔内装药结构形式进行优化调整，可充分利用炸药爆破所产生的能量，同时还可减少爆破振动对于周边环境的不良影响，保证爆破施工现场安全性。（4）可有效提高孔内炸药高度，通过采用空气间隔器，可增加炮孔填塞长度，能够避免在爆破施工中孔底过度破碎。（5）可有效提高能源利用率水平，减少炸药单耗，减少炸药用量，降低爆破施工所需成本。

4 矿区概况

在露天磷矿山台阶爆破施工中，如果采用连续装药结构，则会破碎效果不均匀，同时还会影响底板爆破效果。露天磷矿山台阶高度12m，穿孔直径165mm，穿孔孔深12.5m，间隔器直径165mm，矿岩硬度系数f：6-14，采用空气间隔器，对装药结构进行优化调整，能够有效改善爆破施工效果。

5 空气间隔器在露天台阶爆破中的应用方式

5.1 顶部空气间隔装药结构

该磷矿岩性主要为砂岩，台阶高度为12m，钻孔孔径为165mm，堵塞材料为钻孔岩屑以及细小石子。在上部间隔试验过程中，连续装药结构如图2所示，而顶部间隔装药结构形式如图3所示，堵塞长度为空气间隔器长度与岩屑填塞长度之和。

在本次试验中，试验部位为该磷矿1164至1200台阶4个台阶，在试验过程中，顶部间隔对比试验6次，堵塞长度为4.8m。通过采用顶部间隔方式，当空气间隔器在孔内达到静载压力后，能够与炮孔紧密贴合，进而避免在爆破施工中发生冲孔。但是，根据试验研究发现，在顶部空间间隔的应用中，爆破根底的效果不理想，并且依然存在大块问题。

5.2 中部空气间隔装药结构

在该矿区爆破施工中，中部空间间隔装药形式如图4所示，中部空间间隔长度为0.8m，每孔可节约炸药用量14.5kg。共进行6次试验，通过对试验结果进行分析，通过采用中部空间间隔装药方式，能够有效解决爆破大块问题，但是爆破根底依然有一定残留。通过采用中部空气间隔装药方式，在空气间隔器上下两个部分，均能够使用独立起爆弹，在爆破过程中，在表面反应与混合反应的作用下，间隔器上下部分爆破冲击波能够向四周传播，进而有效提升爆破效果。

5.3 底部空氣间隔装药结构

在该露天台阶爆破中，底部空间间隔装药结构形式如图5所示。

在本次试验中，空气间隔器的长度为0.8m，直接放置孔底，间隔长度为0.8米，能够达到良好的爆破效果，单孔炸药节约14.5kg。根据试验分析，如果孔内积水深度在0.2m～1.0m之间，则能够直接应用空气间隔器下空，实现混装铵油装药，不仅能够有效减少爆破施工人员劳动强度，同时还能够保证爆破施工效率。

在底部空间间隔的应用中，炸药球形药包的半径为r，爆破产物的主要作用区为R=（7～20）r范围。另外，在在离中心距离R=（14～20）r范围是爆破产物与冲击波的共同作用范围，在R>20r范围，是冲击波作用范围。在底部空气间隔器的实际应用中，如果间隔长度H在（14～20）r以内，则在该范围内，冲击波传播速度大于爆破产物的运动速度，进而导致二者相分离，在冲击波影响下，爆破产物能够逐渐向前运动，该区域为裂隙区的形成区域。在露天台阶爆破施工中，通过应用底部空气间隔器，不仅能够增加裂隙区范围，同时还可缩小粉碎区范围，进而避免在爆破施工中发生根底爆破残留问题，与顶部和中部空气间隔器应用效果相比优势明显。

6 结语

综上所述，本文主要结合实例，对空气间隔器在露天台阶爆破施工中的应用方式进行了详细探究。空气间隔器主要有三种形式，即顶部空间间隔、中部空气间隔以及底部空间间隔。在本文所述案例中，选择孔口、孔中间以及孔底三个位置进行空间间隔试验，根据试验分析，通过应用顶部空气间隔，能够有效避免冲孔问题，但是无法解决大块问题，并且爆破根底不理想;而利用中部空气间隔，能够有效解决爆破大块问题，但是无法完全避免爆破根底;最后采用底部空间间隔，能够有效增加裂隙区面积，同时还可减小粉碎区，提高爆破施工效率，降低爆破施工人员劳动强度，应用优势明显。由此可见，在露天台阶爆破中，应结合实际情况制定适宜的空气间隔器应用方案，保证爆破施工效果。

参考文献

[1] 曾志军.空气间隔器装药爆破技术在华新水泥露天石灰石矿的应用[J].现代矿业，2017，000（007）：104-106.

[2] 秦忠虎，黄小彬，王振昌，等.简易空气间隔器在紫金山地下矿深孔爆破中的应用[J].矿业研究与开发，2017，037（012）：58-63.

[3] 王凯，张智宇，高腾飞.某露天采场深孔台阶爆破空气间隔装药的应用[J].爆破，2018，035（001）：80-85.