数码电子雷管在露天矿深孔预裂爆破中的应用

陈远忠

（中铁十九局集团矿业投资有限公司新巴尔虎右旗分公司，内蒙古呼伦贝尔 021300）

0 引言

数码电子雷管为民用爆破器材领域的高尖端产品，具有操作方便、性能优越、安全监管可控、延时精度高等突出优点。在国家对露天采矿爆破用物品安全管控要求日益提升的背景下，数码电子雷管有效满足了露天矿精准安全管控的要求，在露天矿深孔预裂爆破中得到了广泛应用。基于此，结合露天矿深孔预裂爆破施工要求，分析数码电子雷管的应用，具有非常重要的意义。

1 露天矿深孔预裂爆破作业基本情况

某露天矿产物类型主要为石灰石，拟采用台阶深孔预裂爆破技术，设计单位台阶高度为12.0 m，台阶坡面角为85.0°，超深为1.5 m，为连续装药结构。通过进一步调查该露天矿现场爆破作业情况，发现存在大块率过高、周边区域振动幅度大、炸药单次损耗大、雷管使用量超标和成本高等问题，不仅影响铲装作业及后续一系列作业的有序开展，而且对周边居民及采矿作业效益造成较大不利影响。为解决上述问题，拟在露天矿爆破中采用数码电子雷管，开展爆破试验。

2 数码电子雷管在露天矿深孔预裂爆破中的应用流程及要点

2.1 工艺参数设计

为保证钻孔质量，基于孔径小则半孔率高的特点，可以采用TQ458B 型潜孔钻机钻设115.0 mm 孔径的预裂孔[1]。同时考虑到某露天矿爆破用2 号Φ90 mm×450 mm 岩石乳化炸药，可以设定其不耦合系数为1.280。

根据给定孔径，选择孔径7～12 倍的数值作为炮孔间距，即最小炮孔间距为805 mm，最大炮孔间距为1380 mm。根据台阶高度（12.0 m）、台阶坡面角、超深，根据公式：预裂孔深=台阶高/sin 台阶坡面角+超深，计算预裂孔深度为13.5m。

鉴于预裂炮孔深对底部夹制力的较高要求，应增加3 倍或者5 倍的装药密度，达到提高预裂缝贯穿质量、阻振效果的目的。具体操作时，可以设定底部装药长度为1.85 m，线装药密度为6.67 kg/m，预裂孔底部加强部位、中部正常装药段装药量分别为12.5 kg、6.0 kg，则在预裂爆破孔为20 孔时，同段起爆药量为370 kg（20 孔×12.5 kg+20 孔×6 kg）。

2.2 装药结构及孔网布置

基于炸药能量合理利用需求，可以采用空气间隔装药技术，最大限度延长爆轰波作业时间并控制炮孔周边岩体粉碎程度。具体操作时，首先，需要作业人员在底部加强装药段装填乳化炸药，将数码电子雷管与起爆具组合成起爆药包，利用绑绳将其缓慢向下塞填到药柱中间位置，避免直接垂直下放导致的药卷之间挤压变形，对空气径向不耦合装药效果的影响。其次，在孔内距离端口8.0 m 位置下放提拉式气体间隔器后提拉测绳促使其充气膨胀完全，正常装药后，再次下放起爆药包并装药至距离孔口2.50 m 位置。最后，下放第二个气体间隔期，利用孔口细碎岩石渣密实填塞炮孔。

根据台阶高度及炮孔直径，可以设定主爆孔孔网为三角形布置方式，参数为5.0 m×4.5 m，超深为1.5 m，塞填长度为5.0 m。具体装药结构需要在现场混装车的支持下进行连续耦合模式下的乳化类炸药炸药装填，单孔内具有2 个发电雷管、2 发起爆具，单耗为0.38 kg/m3；辅助孔孔网则借鉴垂直预裂孔爆破中主炮孔、预裂孔间一排设置，控制孔间距离为主爆孔的1/2～2/3，与预裂孔间距离为1.50～2.40 m，与主爆孔间排距离为3.0 m，超深为1.5 m。单孔装药量在133.56～180.24 kg，塞填高度在7.60～9.45 m，预裂爆破辅助孔数量为6 孔。

2.3 起爆网路设置

为最大限度降低爆破振动有害效应，可以设定主爆孔间、排间延时分别为24.0 ms、64.0 ms。辅助起爆孔在临近正常炮孔后方，延时时间与正常炮孔一致。预裂孔同时起爆，时间为0.0 ms，早于主爆孔100.0 ms。在孔内起爆药包应用的基础上，孔外采用电子雷管专用双股铜母线，沿着预裂孔、主爆孔、辅助孔的顺序，进行孔外网路顺次连结起爆。

3 数码电子雷管在露天矿深孔预裂爆破中的应用监测及效果

3.1 监测方案设计

鉴于露天矿爆破危害涉及空气冲击波、爆破振动效应、噪声、飞石等多种类型，对周边生态环境及生物体生命健康均具有较大威胁。特别是爆破振动效应不仅影响边坡稳定性，而且会威胁临近建筑物、设施安全性[2]。针对这种情况，露天矿深孔预裂爆破作业人员可以采用TC-4850 振动测振仪，在爆区相同台阶上沿直线进行6 个测点设置，监控侧向爆破振动变化规律、振动强度。同时提前24 h 利用手锤清除振动体上破碎岩土，露出原岩面后利用石膏牢固设置传感器。此时，在爆破开始后，振动波就可以传播至测点。一旦测点振动幅度达到触发值，振动测振仪就会自动记录波形，直至振动结束达到指定采样时间长度。

3.2 监测结果分析

（1）爆破振动频谱（表1）。将数码电子雷管应用于露天矿深孔预裂爆破，横向、轴向、垂向的爆破振动频带较宽、频率较高，距离建筑物共振易发生的范围较远。

表1 爆破振动频谱（局部）

（2）爆破振动强度（表2）。横向、垂向、轴向持续振动强度均在4.3 cm/s 以内，垂向、横向振动强度较接近。

表2 爆破振动强度范围

（3）爆破效果。面对同一工作面，利用高精度导爆管雷管进行规模一致的爆破，通过分析爆破振动强度得出：在距离一定的情况下，采用数码电子雷管代替导爆管雷管，可以促使横向振动速度下降约0.085 cm/s，垂直振动速度下降约0.18 cm/s，轴向振动速度下降约0.07 cm/s。采用数码电子雷管后，振动强度约降低44.5%。分析两者爆破主要频率得出：数码电子雷管应用背景下的露天矿深孔预裂爆破横向、轴向、垂向频率提升幅度在1.20～3.20 Hz，可以保证爆破堆内部无大块根底，提高挖掘、装载效率，为成本控制提供依据[3]。

4 总结

数码电子雷管内部具有先进的电子芯片，可以将延时误差控制在1 ms 内，杜绝跳段、窜断问题，在起爆前期任意设置炮孔延时时间，保证整个爆破操作过程的灵活性。因此，露天矿深孔预裂爆破作业人员可以综合考虑岩层、岩土条件等地质结构参数，结合爆破方法特点，恰当设置爆破参数。同时从控制爆破工程危害入手，设置爆破振动监测方案，从爆破振动强度、爆破振动频谱和爆破效果等方面入手，开展立体监控，保证数码电子雷管在露天矿深孔预裂爆破中的安全应用，降低露天矿爆破的有害效应。