绿色矿山建设中的露天台阶爆破技术发展应用

李昱捷,谭伟华,朱靖

(1.湖南铁军工程建设有限公司, 湖南 长沙 410003;2.湖南安仁南方水泥有限公司, 湖南 郴州市 423615)

0 引言

安仁南方老虎岩矿区水泥用灰岩矿开采规模为150万t/a,开采深度为＋389 m～＋180 m,2021年入选自然资源部国家级绿色矿山。露天台阶爆破是矿山开采的重要环节,随着近年来国家大力发展绿色矿山建设,露天台阶爆破技术有了较大的调整和进步。本文以安仁老虎岩矿区水泥用灰岩矿露天台阶爆破技术应用为工程实例,分析总结爆破技术,推动绿色矿山建设。为绿色采选工艺技术、矿山环境恢复治理与土地复垦、节能减排、科技创新及企业文化等方面的研究提供参考和借鉴。

1 爆破器材科技化

“十四五”时期,民爆行业着力提升本质安全,创新能力得到新的提升,爆破器材得到了高质量的发展。安仁老虎岩矿区石灰岩灰岩矿建矿初期采用粉状改性铵油炸药和电雷管等爆破器材,5 a以后开始使用乳化炸药和高精度雷管,目前全面使用数码电子雷管,并且推广应用现场混装炸药。爆破器材迭代更新,更加安全环保,为绿色采选工艺提供科技化的爆破器材产品。

1.1 电子数码雷管

电子数码雷管采用具有电子延时功能的专用芯片进行延期,高稳定性、可靠性的工业数码电子雷管广泛应用于露天台阶爆破。与传统雷管相比具有以下优点。

(1)精确延时,改善了爆破效果。电子数码雷管网路进行爆破时,各炮孔内的导爆管雷管按“逐孔起爆”的要求连接,起爆时,起爆药包要用胶带捆牢在起爆雷管的周围,雷管底部与传爆方向相反。为保证起爆可靠,深孔爆破孔内用单发电子雷管,浅孔爆破孔内单发雷管,孔底起爆药包;起爆网路均采用电子雷管联网。孔间延时25 ms,排间延时37 ms。对比采用普通非电导爆管雷管的网路,数量电子数码雷管敷设网路可减少地表传爆雷管的数量,电子手持起爆器易于网路的检测,当提高起爆网路的稳定性。爆破块度均匀分布可减小根底的产生,减少二次破碎的成本。同时进一步降低机械设备的能耗。对比导爆管雷管,电子雷管延期精度高,逐孔起爆的间隔时间一致,同一片区域爆后岩石块度均匀,根底少,方便大型机械作业,减少挖机装运期间更换装车平台的次数。

(2)爆破振动易于控制。露天台阶爆破通逐孔起爆,通过电子数码雷管控制,做到单孔单响,减小齐爆药量,降低振动速度幅值。安仁老虎岩矿区周边200 m范围以外的香山寺受到爆破振动的有害效应得到了很好地改善,做到了矿区与周围环境和谐共生,减少了对边坡、台阶稳定性的破坏,一定程度上防止了水土流失情况的发生。

(3)安全性好,可追溯性强。电子数码雷管具有良好的抗杂散电流等性能,不能被普通用电引爆。在作业现场可以很好地避免或减少因杂散电流产生的早爆事故,做到本质安全,同时可消除延期药生产过程中的环境污染问题。电子数码雷管实现了GPS控制,爆破电子数据实时上传和交互,可以做到事前控制和事后控制。对比导爆管雷管,电子数码雷管具备雷管网路检测功能,从源头上控制了盲炮的产生。

1.2 空气间隔器

空气间隔器应用于露天台阶爆破技术中,可减少炸药的使用量,提高炸药的利用率,减少炸药爆破产生的环境污染。在绿色矿山能耗管理中是一种节能的表现,为爆破施工人员根据钻孔附近岩石地质情况选取合适的装药密度与单耗提供了一种便捷的操作方式。

2 爆破技术智能化

2.1 可视化爆破指挥平台

露天矿山爆破作业现场是民用爆炸物品末端管控的重点监管环节,爆破作业现场视频监控系统以物联网技术,突破了传统模式下人工监管的方式,通过物联网及5G现场数字信号,做到露天矿山的实施监控,成为绿色矿山智能化的重要一环。

2.2 智能钻机

应用智能钻机GPS定位系统可以减少现场测控放点,在应用智能钻机钻孔时可同时采集到数据用于指导绿色开采。钻孔速度、回转速度、钻头上轴向压力与扭矩等参数采集能够分析出岩石性质和凿岩指标。绿色采选工艺技术得到显著提升,指导用于爆破设计更加准确和实效。钻孔操作人员环境得到了改善,符合人本精神。

2.3 现场混装炸药技术

炸药作为爆破的原材料被广泛用于矿山采石,其属于危险爆炸品,生产、运输、储存和使用各环节存在安全隐患。现场混装炸药是原材料运输和现场制药、运输、装填于一体化的新技术,具有安全、高效、节能等优点。现场混装炸药技术近年来成为露天矿山“数字化爆破”中的重要组成部分,与绿色矿山智能矿山的建设理念一致。

在安仁老虎岩石灰岩矿山创新应用了现场混装炸药技术,由郴州七三二零化工有限公司一点生产,远程配送。相比于传统工业炸药,在运输和储存及搬运过程减少了安全风险和人工作业。现场混装装药速度快效率高,遇到炮孔内有积水,可通过软管从底部装药将挤出积水。炸药各组份比例实现了智能化控制,根据不同的岩层工程地质情况,可动态调节炸药密度等参数,使得炸药能量得以充分发挥,爆破效果得到改善。减少爆破作业人员的数量与工作强度,为矿山智能化、机械化作业打下良好基础。

2.4 光面爆破技术

炸药在炮孔内爆炸时会产生强大的冲击波和高压气体,并猛烈地冲击炮孔四周的岩体,使得周围的岩体破碎或开裂。当在有限的轮廓范围内进行开挖爆破时,如建筑物基坑、路堑开挖、边坡开挖等,一方面要求爆破开挖的边界尽量与设计的轮廓线相符合,不要出现超挖或欠挖,同时要求开挖边界上的岩体能尽量保持完整无损。预裂爆破就是为达到上述目标而采用的一种爆破技术。在正式开挖之前和爆破工作面形成之后,利用不偶合装药预先沿设计的轮廓线爆破出一条具有一定宽度的裂缝,以保护保留区的岩体,并起到降低地震效应的作用。其优点主要表现在:可以减少超、欠挖量,节省工程投资;开挖面(预裂面)光洁平整,有利于后期作业;对保留的岩体的破坏影响小,有利于边坡的稳定;由于预裂缝的存在,可以放宽对主爆区爆破规模的限制,提高工效;起到降低地震效应的作用。

露天矿山按照边开采、边治理的原则,光面爆破技术对于矿山环境恢复治理与土地复垦及边坡稳定性至关重要,为复垦绿植等二次覆土的工作提供了良好的稳定边坡,避免边坡局部垮塌等不良地质影响。

3 爆破控制绿色化

露天台阶爆破产生的有害效应包括振动、飞石、噪声、冲击波等。绿色矿山建设中通过各种手段来降低或消除有害效应。包括加强爆破振动监测,定期走访矿区周边村民建筑物,调整和改善爆破参数,减少振动;爆破抑尘技术逐渐成熟,在露天台阶矿山采用车载压力水罐喷水降尘的方法;优质的爆破填塞质量能够减少爆破冲击波对环境的影响。炮孔的覆盖能够减少飞石的抛掷距离,绿色矿山的建设中,爆破技术越来越注重对环境保护。

安仁老虎岩石灰岩矿山在矿区周界设置环保监测标牌,对作业过程中的空气质量、施工噪声进行在线监控,爆破作业过程中精心施工,使得爆破作业绿色环保节能。继续推进并完善绿色矿山建设工作,保持并维护好绿色矿山建设的工作成果。按照绿色矿山建设标准履行“边生产、边修复、边治理”义务,做好矿山生态保护修复工作,制定年度矿山生态保护修复方案并组织实施。

4 结语

露天台阶爆破技术的革新推动着整个行业的进步,同时改变了露天矿山粗放的开采局面,绿色矿山的建设将露天矿山的发展推向了新的征程。爆破技术保持原有的良好经验,用科技化、智能化和绿色化的思路积极推进绿色矿山的建设,提高资源综合利用的水平。减少了一线作业人员的人数和工作强度,推动矿山建设的无人化、机械化、安全化。