数码电子雷管在宝塔山石灰石矿爆破中的应用

2021-05-13黄志坚杨明东

露天采矿技术 2021年2期

黄志坚，杨明东

（南京安吉特矿山工程有限公司，江苏南京 210000）

数码电子雷管是一种采用电子控制模块取代传统延期药实现精准延时的新型起爆器材。20 世纪80年代初，南非AEL 和瑞典Dynamit Nobel 公司分别发布了各自的第一代电子延时起爆系统Dynatronie和ExExl000[1]。1999 年德国Dynamit Nobel 公司和澳大利亚Orica 研制开发出I-Kon 电子起爆系统（即EBS），陆续出现了其他种类的数码电子雷管系统，如EDD、Smartdet、Electrodet 数码电子雷管系统[2]。我国数码电子雷管的研究工作于20 世纪90 年代末期开始。2006 年6 月6 日，葛洲坝易普力公司成功将数码电子雷管应用于三峡工程三期RCC 围堰拆除爆破[3]，开启了国内数码电子雷管技术蓬勃发展的序幕。目前，我国对民爆物品使用的安全管控需求日益迫切，数码电子雷管的出现，满足了国家精准管控要求，在爆破工程中应用将越来越多[4]。

随着爆破工程技术的发展，数码电子雷管得益于其自身精确度高、安全性好、操作简单、能极大优化爆破方案等优点[5-8]，得到了公安部和全国爆协的大力推广。南京安吉特矿山工程有限公司是南京地区首家将数码电子雷管应用于露天石灰石矿山中深孔爆破工程的爆破公司，在实际操作过程中，通过多次参数优化，取得了较好的爆破效果。

1 工程概况

江苏信宁水泥宝塔山石灰石矿位于南京市浦口区星甸街道，周边环境简单，矿区东侧约3 km 为老山生态风景区，矿区距宁合高速公路最近为1.5 km，最近工业厂房距离为400 m，2 km 内无居民居住，仅1 条进矿道路，方便警戒。宝塔山石灰石矿采用露天台阶式自上而下分层开采，采场台阶高度15 m，最低开采标高＋30 m，最小工作平台宽度大于40 m，矿山边坡角度控制在65°以内，作业帮角度70°以内，终了边坡清扫平台8 m，安全平台4 m，间隔设置。矿山开采采取“边开采，边治理，边复绿”的原则，最大程度避免对周围环境的破坏，本着“着力打造绿色环保生态型智慧矿山”的理念，南京安吉特矿山工程有限公司通过10 余年的建设，已将江苏信宁宝塔山石灰石矿打造成为了南京地区露天矿山的标杆。爆破周边地理环境示意图如图1。

图1 爆破周边地理环境示意图

矿层内石灰岩主矿层是震且系上统黄墟组上段下层内3 层矿，矿层矿石抗压强度大于60 MPa，抗剪强度为7.15～12.08 MPa，属于坚硬岩层，平均RQD 值大于50，岩体完整性中等。总体上矿区内石灰岩内3 个矿层中一般岩性单一，极少含泥页岩夹层，但3 层矿之间夹中薄层泥灰岩、泥页岩，厚度一般为40～60 m，为2 个软弱夹层。矿区工程地质条件中等复杂。矿区发有1 组走向北西-南东的垂直岩溶裂隙，对矿体开采边坡的定性有一定的影响，矿区局部岩溶发育，背斜核部转折段发育溶洞，采取预防措施后未对施工开采造成影响。

2 数码电子雷管简介及起爆流程

2.1 数码电子雷管

工程采用的是南京理工科技化工有限责任公司生产的数码电子雷管，数码电子雷管性能[9-11]如下：

1）抗震性能。在震动试验机上震动10 min 后，不发生爆炸、结构松散或损坏现象。

2）起爆能力。起爆后能炸穿5 mm 厚铅板，穿孔直径不小于数码电子雷管外径。

3）延时精度。可在0～21 000 ms 范围内1 ms 为间隔任意设置。在-20、70 ℃及常温试验条件下延期时间精度为：0～150 ms 时的误差小于1.5 ms，151～21 000 ms 时的误差小于1%。

4）抗水性能。常温下，将数码电子雷管浸入压力为（0.05±0.002）MPa 的水中保持4 h 取出后，数码电子雷管能正常起爆。

5）耐温性能。数码电子雷管在-40 ℃～85 ℃的环境中保持4 h，取出后能正常起爆。

6）抗拉性能。数码电子雷管在19.6 N 的静拉力作用下持续1 min，数码电子雷管密封塞和脚线不发生目视可见的损环和移动，数码电子雷管能正常起爆。

7）抗直流性能。向数码电子雷管施加48 V 直流电压，保持10 s，数码电子雷管不发生爆炸。

8）抗交流性能。向数码电子雷管施加220 V、50 Hz 交流电压，保持10 s，数码电子雷管不发生爆炸。

该型数码电子雷管抗静电、抗杂散电流、抗射频、抗交直流等性能良好，其采用内置专有ID 及密码，必须采用专用且授权过的起爆设备和密钥起爆，在系统连接形成起爆网路后，起爆手持机可对全网路的安全性和可靠性进行检测，确保每发数码电子雷管都处于正常可起爆状态，故障率低，能较大满足本工程的爆破需要。

2.2 起爆流程

数码电子雷管起爆操作流程如图2。

图2 起爆流程示意图

3 爆破方案

为了更有效的将矿石科学的开采出来，方便运输和加工，就需要爆破出来的石方大块率和根底率要小，并且最大限度的减少爆破危害效应。南京安吉特矿山工程有限公司通过多次应用实践，调整爆破参数，控制爆破危害效应，以达到经济、科学的开发矿山。本矿山采用逐孔起爆的方式爆破，现场炮孔多采用三角形布置，宽孔距窄排距，通过多次调整目前采用的爆破各项参数如下：①台阶设计高度H 为15 m；②底盘抵抗线W 为5～6 m；③本工程使用阿特拉斯潜孔钻机，钻孔直径为140 mm；④超深h 为1.5～2 m；⑤孔距a 为6.5 m；⑥排距b 为4 m；⑦一次最大起爆药量Q 为160 kg；⑧填塞长度L 为5～7 m。

4 爆破危害效应控制

根据爆破现场周边环境和保护对象，本爆破工程的危害效应仅考虑防护爆破地震波和爆破飞石，爆破空气冲击波和噪音强度很小，不对其进行防护。根据爆破振动速度V 公式：

式中：Q 为起爆药量，160 kg；R 为爆破震动点到建筑物的最近距离，按本工程建筑物距爆破位置最近为400 m 计算；V 为工业厂房安全允许的最大质点振动速度，按GB 6722—2014 爆破安全规程规定，工业厂房安全振速为3 cm/s；K 为与岩石、爆破方案等因素有关的系数，本工程取170；α 为与地质条件有关的地震波衰减系数，本工程取1.5。

由式（1）可得：

将以上数据代入式（2）计算可得，距离爆破中心400 m 处的建筑物振动速度为0.27 cm/s。

现场技术人员采用TC-4850 爆破测振仪记录爆破振动数据，测振的爆破测振图如图3，通过研究测振图发现最大爆破振速不大于0.28 cm/s，与理论计算数值相符。

根据GB 6722—2014 爆破安全规程各种建筑物的爆破振动安全允许振速标准见表1。

理论计算数值和仪器测量数值对比表1 发现，理论计算数值和仪器测量数值均远小于爆破振动安全允许值，故证明采用该爆破方案能保证爆破产生的地震波不会对最近400 m 处工业厂房产生危害。进一步论证了采用数码电子雷管爆破能有效控制爆破振动，使爆破产生的危害效应对周边的影响更小。

图3 爆破测振图

表1 爆破振动安全允许标准

5 爆破效果

通过近1 年多的实际应用，发现采用数码电子雷管逐孔起爆技术爆破效果比普通导爆管雷管更好。爆后爆堆集中无飞石，呈自然塌落状；现场振感不明显；爆破石方的破碎度更高，未发现直径100 cm 以上大块，便于挖装、运输和后续加工。数码电子雷管的连线作业比导爆管雷管更加方便快捷，连线后能对整个爆破网络进行测试，保证整个网络畅通。使用传统导爆管雷管作业不可避免的会产生盲炮事件，在宝塔山石灰石矿开采中，通过使用数码电子雷管在近千次的爆破作业中没有发生盲炮事件，有效的减少了盲炮处理流程和工作量。爆破作业中孔内仅需使用一发数码电子雷管，孔外无需使用延期雷管，也能有效的节省了成本。