胡世士,劉 勇

(1.荊門市葛洲壩水泥廠礦山部,湖北荊門 400041; 2.澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司,山東威海 264207)

逐孔爆破技術(shù)在葛洲壩水泥廠礦山的應(yīng)用

胡世士1,劉 勇2

(1.荊門市葛洲壩水泥廠礦山部,湖北荊門 400041; 2.澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司,山東威海 264207)

本文首先分析了澳瑞凱公司逐孔起爆技術(shù)的原理,介紹了澳瑞凱逐孔起爆技術(shù)的特點(diǎn),其次詳細(xì)地分析了澳瑞凱爆破技術(shù)在葛洲壩水泥廠礦山的應(yīng)用情況。

起爆技術(shù);逐孔;應(yīng)用

Abstract:Introduce the applied blasting theory of hole by hole and the pivotal applied experiencebased on the complicated geological factor at Gezhouba cement quarry.The paper is presented toshow the review suggestion.The technical papers can be revised by authors according to thesuggestion,and it can also be processed in the form of this short paper.

Key words:initiation technology;hole by hole;application

目前在我國露天礦山采礦爆破中,大部分爆破基本上采用排間起爆技術(shù),包括直線排間、斜線排間、V型或W型起爆等多種形式。近年來,隨著爆破器材的更新發(fā)展,雷管微差時(shí)間的越來越精確,特別是澳瑞凱(威海)爆破器材有限公司生產(chǎn)的高精度導(dǎo)爆管雷管,使逐孔起爆技術(shù)開始廣泛得到應(yīng)用。由于這種起爆技術(shù)基本上實(shí)行了逐孔起爆,增加了每個(gè)炮孔的起爆自由面,改善了爆破條件,使得爆破效果明顯改善,爆破更加安全可行,實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合相關(guān)技術(shù)和理論資料,總結(jié)了葛洲壩水泥廠礦山的復(fù)雜地質(zhì)條件下的爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為同類礦山爆破提供了較好的借鑒和參照。

1 逐孔起爆原理

所謂逐孔起爆技術(shù)是指在預(yù)爆破區(qū)域的布孔水平面內(nèi),處于橫向排和縱向列上的炮孔分別采用不同的延期時(shí)間,但通常位于一排或一列中的炮孔具有相同的地表延期時(shí)間間隔。從起爆點(diǎn)開始二維平面內(nèi)每個(gè)炮孔的起爆時(shí)間按孔、排間延期時(shí)間累加實(shí)現(xiàn),相對于周圍炮孔各自獨(dú)立起爆。這樣,爆破過程在時(shí)空發(fā)展上按某一起爆走時(shí)線向前推進(jìn),直至爆破過程完畢。爆區(qū)中任何一個(gè)炮孔爆破時(shí)在空間上都是按照一定的起爆順序,相對于鄰近炮孔單獨(dú)起爆的爆破技術(shù)。其作用原理如下:

(1)應(yīng)力波疊加作用

高速攝影資料表明,當(dāng)?shù)撞康挚咕€小于1m時(shí),從起爆到臺階坡面出現(xiàn)裂縫,歷時(shí)約10～25ms,臺階頂部臌起歷時(shí)約80～150ms,此時(shí),爆破生成高壓氣體開始逸出,巖體臌包開始破裂。

在逐孔爆破時(shí),后爆藥包較先爆藥包延遲數(shù)十毫秒起爆,這樣后爆藥包在相鄰先爆藥包的應(yīng)力震動作用下處于預(yù)應(yīng)力的狀態(tài)中(即應(yīng)力波尚未完全消失)起爆的,兩組深孔爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波相互疊加,可以加強(qiáng)和改善破碎效果。

(2)增強(qiáng)自由面作用

在先爆破深孔破裂漏斗形成后,對后爆破炮孔來說相當(dāng)于新增加了自由面,逐孔微差爆破的后爆破炮孔自由面由排間微差爆破的兩個(gè)自由面增至3個(gè)自由面,后爆破炮孔的最小抵抗線和爆破作用方向都有改變,增多了入射壓應(yīng)力波和反射拉應(yīng)力波的反射,增強(qiáng)了巖石的破碎作用,并有效減小夾制角。

(3)增加巖塊相互碰撞作用

先爆破的炮孔起爆后,爆破漏斗內(nèi)的破碎巖石起飛尚未回落時(shí),后爆破的炮孔在先爆破炮孔的“巖塊幕中”起爆,后爆破藥包的爆生氣體不易逸散到大氣中,從而又增加了補(bǔ)充破碎機(jī)會。逐孔爆破由于所有相鄰的兩孔都有微差時(shí)間,較排間微差爆破提供的補(bǔ)充破碎機(jī)會多,因而在碰撞破碎過程中,巖石中的動能降低,導(dǎo)致拋擲能量減弱,爆堆相對集中。

(4)降低爆破震動作用

爆破震動計(jì)算公式為:

式中:k′—修正系數(shù),一般k′取0.25;k、α—爆破條件、巖石系數(shù),k取200,α取1.5。

從上公式可以看出,V在其它參數(shù)不變的前提下,隨Q增減而增減。逐孔起爆把每個(gè)孔的起爆時(shí)間錯(cuò)開和延長,同時(shí)起爆炮孔的數(shù)目明顯減少,幾乎達(dá)到了單孔起爆,最大段的起爆藥量比排間微差的起爆藥量成倍降低,爆破的震動速度大幅降低。據(jù)實(shí)際爆破測試統(tǒng)計(jì),震動速度三向和降幅可以達(dá)到30%～50%。

(5)減少空氣沖擊波危害

露天爆破時(shí),空氣沖擊波的超壓值公式為:

式中:r-測點(diǎn)到藥柱長軸L的距離;K、α-常數(shù),深孔爆破時(shí),毫秒起爆:K=1.48,α=1.55。

因?yàn)橹鹂灼鸨瑤缀踹_(dá)到了單孔起爆,空氣沖擊波的超壓值由單孔裝藥量決定,所以空氣沖擊波必然減少。

(6)減少飛石

逐孔起爆除起爆點(diǎn)向前方撲出以外,其他孔由于自由面增多,塊石可以向多個(gè)方向撲開,炸藥能量可以控制在一定時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)逆向起爆,使得炸藥能量向多個(gè)方向分解,每個(gè)方向的能量也相應(yīng)減少,飛石危害的概率大大減少。消除了安全隱患,為安全生產(chǎn)提供了保證。

2 葛洲壩水泥廠礦山概況

2.1 礦山概況

葛洲壩水泥廠礦山位于荊門市市郊西北角處,蘇畈石灰石礦山北部,與廠區(qū)水泥生產(chǎn)線僅一條公路之隔。采區(qū)與最近的建筑物只有50m。其礦產(chǎn)屬沉積相礦石,礦區(qū)整體為一單斜層狀構(gòu),巖層總體走向北西向,傾向230°～350°,巖層傾角地表較陡,一般為21°～27°,個(gè)別達(dá)30°左右,深部相對較緩,一般為21°～22°,整體產(chǎn)狀較穩(wěn)定。礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育,斷層整體走向北西向,與區(qū)域斷裂構(gòu)造方向一致。礦區(qū)節(jié)理裂隙比較發(fā)育,主要為溶蝕裂隙,溶隙深達(dá)近200m。葛洲壩水泥廠礦山是一座大型機(jī)械化開采的山坡露天礦山,主要鉆孔設(shè)備為鉆孔直徑φ165mm的SWB165型液壓潛孔鉆機(jī)和鉆孔直徑φ200mm的KY-200型牙輪鉆機(jī)。臺階高為14～15m,孔網(wǎng)參數(shù)為3～4m× 5.5～7m。梅花型布孔,大間距小排距斜排微差起爆。采用不連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),炸藥平均單耗約為0.24kg/t。

2.2 礦山存在的主要問題

葛洲壩水泥廠礦山爆破中存在的主要問題為:

(1)受普通導(dǎo)爆管雷管延時(shí)精度限制,只能實(shí)現(xiàn)排間微差起爆,爆破震動較大,爆破規(guī)模受限制。由于礦山毗鄰市區(qū)和廠區(qū)水泥生產(chǎn)線,為了減少對建構(gòu)筑物和環(huán)境安全的影響,對爆破震動控制非常嚴(yán)格。每次起爆藥量被地方安全部門強(qiáng)制控制在10t以下,嚴(yán)重影響了礦山生產(chǎn)正常組織。

(2)普通導(dǎo)爆管質(zhì)量不穩(wěn)定,為了確保傳爆的正常進(jìn)行,對連接網(wǎng)絡(luò)實(shí)行雙發(fā)普通導(dǎo)爆管雷管復(fù)式連接。增加了施工量和難度。由于實(shí)行了不連續(xù)裝藥,上下間隔之間用兩個(gè)起爆藥包,但是仍有傳爆不穩(wěn)定情況發(fā)生。每年有數(shù)起拒爆和盲炮爆破事故,為礦山生產(chǎn)帶來很大的爆破安全風(fēng)險(xiǎn)和后續(xù)處理成本費(fèi)用。

(3)排間微差起爆時(shí),爆破效果難于達(dá)到最優(yōu)化,爆堆松散程度不夠,后翻、側(cè)翻較難控制,影響鏟裝效率及下次爆破穿孔作業(yè)。

3 逐孔爆破應(yīng)用和爆破效果

3.1 延期時(shí)間的選擇

逐孔爆破實(shí)施初期,其爆破孔網(wǎng)參數(shù)和原來使用普通導(dǎo)爆管雷管的參數(shù)一樣。通過多次的試驗(yàn)和總結(jié),我們將爆破孔網(wǎng)參數(shù)結(jié)合不同的地質(zhì)條件和工程設(shè)計(jì)要求,不同程度的優(yōu)化調(diào)大,爆破效果仍然非常理想。由于每孔裝藥量不變,炸藥單耗得到相應(yīng)降低。葛洲壩水泥廠礦山臺階爆破一般以三排孔和四排孔的爆破網(wǎng)絡(luò)為主。

逐孔爆破延期時(shí)間是由地雷管表延期時(shí)間和孔內(nèi)雷管延期時(shí)間搭配組合而成,而地表雷管延期時(shí)間和孔內(nèi)雷管延期時(shí)間則是根據(jù)澳瑞凱爆破技術(shù)參數(shù)指標(biāo)來確定。地表雷管包括控制排雷管和雁行列雷管,其延期時(shí)間分別根據(jù)2～5ms/m的孔間延期時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)(如圖1)和8～30ms/m的排間延期時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)(如圖2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)延期時(shí)間計(jì)算而選擇的,控制排地表雷管可以選擇9ms、17ms、25ms地表雷管,雁行列地表雷管可以選擇42ms、65ms、100ms地表雷管。

孔內(nèi)雷管延期時(shí)間則根據(jù)局部點(diǎn)燃陣面參數(shù)計(jì)算。澳瑞凱點(diǎn)燃陣面概念系指在工程爆破中,當(dāng)?shù)乇硌訒r(shí)起爆網(wǎng)路正常引爆、爆轟波依次從炮孔的地表網(wǎng)路向前傳播時(shí),由炸藥正在爆轟和孔內(nèi)雷管延期體正在燃燒而尚未引爆的所有孔內(nèi)雷管所形成的空間幾何平面。

點(diǎn)燃陣面的大小用點(diǎn)燃正面的寬度表示,它包括正在爆轟的炮孔以及延期體正在燃燒的炮孔所構(gòu)成的炮孔排數(shù)。根據(jù)澳瑞凱爆破技術(shù)參數(shù)計(jì)算,確定孔內(nèi)雷管延期時(shí)間選為400ms為宜。

在標(biāo)準(zhǔn)延期時(shí)間計(jì)算基礎(chǔ)上,最終的地表雷管延期時(shí)間組合選擇必須充分考慮葛洲壩水泥廠礦山爆破規(guī)模、工程目的和安全要求等情況綜合而定。

當(dāng)爆破三排孔(或少于三排孔)的控制排地表雷管微差間隔時(shí)間控制為17ms,雁行列地表雷管微差間隔時(shí)間控制為42ms,因?yàn)榕艛?shù)較少,爆堆拋擲問題、松散度問題不明顯,延期時(shí)間組合主要考慮礦巖的破碎問題;當(dāng)爆破四排孔(或多于四排孔)的控制排地表雷管微差間隔時(shí)間控制為25ms,雁行列地表雷管微差間隔時(shí)間則控制為65ms,因?yàn)榕艛?shù)增多,爆堆的拋擲問題、松散度問題開始凸現(xiàn),延期時(shí)間組合主要綜合考慮爆堆拋擲和礦巖破碎問題;如果排數(shù)過多,爆堆拋擲、松散度問題較明顯,這時(shí)可以考慮將控制排地表雷管微差間隔時(shí)間控制為42ms,雁行列地表雷管微差間隔時(shí)間控制為100ms。

逐孔爆破孔內(nèi)延期時(shí)間組合采用單孔同段雙發(fā)組合,孔內(nèi)放兩發(fā)16段導(dǎo)爆管雷管(微差時(shí)間為400ms,一發(fā)腳線長9m放在孔中上部,一發(fā)腳線16m放在孔底部),使用兩個(gè)起爆藥包上下同時(shí)引爆孔內(nèi)炸藥。因此,最終每孔起爆微差時(shí)間依靠地表連接導(dǎo)爆管雷管和孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管搭配組合連接來實(shí)現(xiàn)。葛洲壩水泥廠礦山臺階爆破應(yīng)用澳瑞凱逐孔爆破技術(shù)的雷管延期時(shí)間規(guī)格搭配組合見表1。逐孔爆破地表連接網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

表1 澳瑞凱逐孔爆破延期時(shí)間組合

圖3 逐孔爆破地表網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

3.2 爆破效果

地表連接導(dǎo)爆管雷管只能引爆導(dǎo)爆管,而不能直接引爆炸藥。只有孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管才能直接引爆炸藥,這樣一來導(dǎo)爆管雷管的危險(xiǎn)性減少了一半,爆破作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制得到保證。由于孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管微差時(shí)間為400ms,第一個(gè)孔孔內(nèi)導(dǎo)爆管雷管被引爆后要等到400ms后才引爆孔內(nèi)炸藥。這時(shí)地表連接雷管基本上已經(jīng)傳遞完畢(如果爆破規(guī)模太大,這時(shí)第一個(gè)被引爆孔與正在傳遞網(wǎng)絡(luò)距離超過50m,由于距離較遠(yuǎn),基本上不可能對其造成影響。),確保地表連接導(dǎo)爆管雷管正常傳爆,來達(dá)到整個(gè)爆破網(wǎng)絡(luò)的安全傳爆。葛洲壩水泥廠礦山通過近三年的持續(xù)使用,沒有發(fā)生一起盲炮或殘炮,爆破振動大幅度降低,礦石塊度均勻,爆堆形狀及松散度均勻一致,鏟車的鏟裝效率也大幅度的提高。目前,礦山臺階深孔爆破規(guī)?；静皇馨踩珬l件的限制,起爆總藥量時(shí)常超過了20t以上。

4 結(jié)論

總結(jié)葛洲壩水泥廠礦山近三年來對逐孔爆破技術(shù)的應(yīng)用,極大地改善了爆破效果,為后續(xù)生產(chǎn)組織提供了便利條件。鏟裝效率和破碎機(jī)的臺時(shí)產(chǎn)量效率分別提高20%和30%,使得礦石綜合成本有所降低。特別是其可靠的安全性能,使礦山開采安全風(fēng)險(xiǎn)降到了最低,為礦山開采起到了保駕護(hù)航的作用,取得了最大化的社會效益,為同類礦山應(yīng)用澳瑞凱逐孔爆破技術(shù)提供了較好的參照案例。

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Apllication of hole by hole blasting technology at Gezhouba cement quarry

HU Shi-shi1,LIU Yong2
(1.Mining Department of Gezhouba Cement,Jingmen 400041,China; 2.Orica(Weihai)Explosives Company,Weihai 264207,China)

TD235.33

A

1004-4051(2010)02-0111-03

2009-10-27

胡世士(1976-),男,學(xué)士,1998年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)采礦工程專業(yè),現(xiàn)任湖北省荊門市葛洲壩水泥廠礦山部主任,長期從事礦山開采管理和采礦技術(shù)工作。