蔣文斌

(湖南南嶺民爆工程有限公司， 湖南 長沙 410013)

0 引 言

現(xiàn)場混裝炸藥技術(shù)作為一項(xiàng)集原材料運(yùn)輸、機(jī)械化裝藥、爆破作業(yè)于一體的爆破新技術(shù)，與傳統(tǒng)炸藥和爆破作業(yè)方式相比，有效降低了運(yùn)輸、儲存環(huán)節(jié)安全風(fēng)險，提升了民用爆炸物品本質(zhì)安全水平，符合國家安全、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展方向。

目前，地下礦山的上向孔裝藥只有極少部分礦山使用機(jī)械化裝藥，但使用效果不佳，且安全可靠性問題突出，絕大部分地下礦山仍以人工裝填成品炸藥為主，存在裝藥人數(shù)多、火工品使用操作不規(guī)范、安全監(jiān)管難以到位、本質(zhì)安全性差、勞動強(qiáng)度大、效率低，工藝落后、設(shè)備安全可靠性差等缺陷，特別是遇到炮孔變形或局部堵塞時裝藥質(zhì)量更差，直接導(dǎo)致爆破效果惡化。

因此，如何實(shí)現(xiàn)上向中深孔的高效機(jī)械化裝藥，已成為地下礦山能否實(shí)現(xiàn)高效低成本采礦的關(guān)鍵。深入研究滿足地下礦山上向中深孔的散裝乳化炸藥技術(shù)、大力推廣現(xiàn)場混裝裝備是民爆生產(chǎn)朝著本質(zhì)安全、高效發(fā)展的必然要求，是礦業(yè)生產(chǎn)和工程爆破行業(yè)發(fā)展的必然方向。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

地下礦山裝藥的機(jī)械化是在露天現(xiàn)場混裝炸藥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，上世紀(jì)中期，芬蘭諾麥特公司等單位先后研制了粉、粒狀銨油、乳化炸藥裝藥器(車)，1990年至今，廣東凡口鉛鋅礦、南京梅山鐵礦、湖北大冶鐵礦等先后引進(jìn)了芬蘭 Normet、瑞典 GIA 公司的裝藥車，均因炸藥工藝與設(shè)備不匹配、裝藥深度淺、密度達(dá)不到、質(zhì)量不穩(wěn)定、返藥率高等問題無法解決，效果均不理想，國外引進(jìn)的技術(shù)也未得到廣泛的應(yīng)用。

繼長治礦山機(jī)械廠之后，北京礦冶院、深圳金奧博、長斧眾和公司等科研單位進(jìn)行了大量的研究工作，先后研制出國產(chǎn)的井下乳化(銨油)炸藥裝藥器(車)，取得了科技成果，但均沒有在適合地下礦山上向中深孔的乳化基質(zhì)工藝與原材料、裝藥工藝與裝備系統(tǒng)集成方面取得全面突破。由于這些成果技術(shù)在實(shí)際使用過程中，尤其是在地下礦山上向中深孔的裝藥過程中，出現(xiàn)返藥(粉)率高、收放管困難、泵送高壓爆管、設(shè)備穩(wěn)定可靠性低等問題，致使裝藥不穩(wěn)定或無法正常進(jìn)行，爆破效果無法達(dá)到采礦設(shè)計(jì)要求，尚未在我國在地下礦山得到大量的推廣應(yīng)用。

由于進(jìn)口的井下上向中深孔裝藥設(shè)備使用效果不佳且價格昂貴，目前國產(chǎn)又沒有能滿足上向中深孔裝藥的配套裝備，長期以來地下礦山的機(jī)械化裝藥爆破都沒有取得很好的效果。

2 井下散裝乳化炸藥技術(shù)與裝備研究

為了很好的解決地下礦山上向中深孔爆破作業(yè)人工裝藥存在的突出問題，南嶺民爆與澳大利亞澳瑞凱公司聯(lián)合研發(fā)了適合地下礦山上向中深孔爆破的散裝乳化炸藥技術(shù)及裝備，澳大利亞的澳瑞凱公司作為全球最大的民爆一體化服務(wù)商，露天、地下現(xiàn)場混裝炸藥工藝配方技術(shù)先進(jìn)，為該項(xiàng)目的研究提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，很好地解決了以下技術(shù)難題。

(1)上向中深孔裝填散裝乳化炸藥低返藥率的控制；

(2)適合上向中深孔的乳化基質(zhì)、孔內(nèi)敏化成為炸藥的工藝；

(3)裝藥設(shè)備的自動送管、收管；

(4)常溫高粘度乳膠基質(zhì)在小直徑軟管內(nèi)的長距離輸送、計(jì)量；

(5)散裝乳化炸藥性能與巖性匹配、提高有效能量的利用率。

3 上向扇形中深孔爆破中的應(yīng)用

3.1 礦山概況

衡陽七里井礦為地下鈣芒硝礦，井下采用大爆破作業(yè)崩落礦體堆放在采場內(nèi)，通過向采場注水浸泡方式，溶解礦石中的硫酸鈉經(jīng)多級泵送至地表加工。目前，礦山采用分層開采方式，礦體硬度f=3～6，每層開采高度10 m，每一次大爆破面積為144 m×120 m，裝填直徑50 mm的二號巖石乳化炸藥，每次總裝藥量超過70 t，一直采用人工裝藥，每次井下裝藥的人數(shù)需120人以上，裝藥效率低、勞動強(qiáng)度大、存在重大的安全隱患。人工裝藥過程中經(jīng)常出現(xiàn)相鄰上向炮孔因局部孔壁擠壓變形、嚴(yán)重錯位,常規(guī)裝藥方法已無法將成品炸藥卷裝填到位，也經(jīng)常發(fā)生因炮孔裝藥質(zhì)量差致使爆破效果不佳,天井爆破出現(xiàn)懸頂、大塊率增加等問題。

3.2 試爆采場鑿巖參數(shù)

為了提高井下爆破作業(yè)的本質(zhì)安全性、裝藥效率、大幅減少井下的裝藥人數(shù)、降低爆破綜合成本,礦方?jīng)Q定試用地下礦用的散裝乳化炸藥及其裝藥設(shè)備。爆破區(qū)域位于通風(fēng)斜井往東320 m，位于-144 m主運(yùn)輸巷道以北120 m，西離-144水平2-8采場邊界18 m，試爆區(qū)選擇了601區(qū)天井西側(cè)爆破巷和501區(qū)天井，天井和切割巷爆破高度設(shè)計(jì)為10 m,爆破巷爆破高度為6 m，采用垂直向上扇形方式布孔，鑿巖設(shè)備為YGZ-90導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)，炮孔直徑70 mm，鑿巖、切割巷道炮孔排距分別為1.5 m、1.1～1.5 m，孔底距1.9～2.0 m，爆破補(bǔ)償空間系數(shù)為1.3，其中最大上向扇形炮孔深度>9 m，參見表1、圖2。

3.3 機(jī)械化裝藥與爆破效果

上向中深孔現(xiàn)場混裝乳化炸藥試驗(yàn)作業(yè)過程：礦用平板軌道車裝載裝藥設(shè)備、IBC乳膠基質(zhì)罐和敏化劑原料等,通過斜坡道、聯(lián)絡(luò)巷道、回采進(jìn)路,運(yùn)輸?shù)窖b藥工作面附近。然后根據(jù)爆破設(shè)計(jì)要求將加工好的起爆藥包通過輸藥軟管送入孔內(nèi)指定位置,即可實(shí)施現(xiàn)場混裝作業(yè)。本次爆破試驗(yàn)共裝填200個炮孔，炮孔總長1103.8 m，使用散裝乳化炸藥約4 t，為了控制同段起爆藥量，采用2至20段毫秒延期導(dǎo)爆管雷管起爆。

表1 501天井上向扇形炮孔參數(shù)

圖1 天井上向扇形炮孔布置

圖2 切割巷上向扇形炮孔布置

圖3 井下裝藥現(xiàn)場

現(xiàn)場實(shí)際爆破情況表明：機(jī)械裝藥效率高(15～80 kg/min)、 返藥率低(低于5%)，成功解決了礦區(qū)采礦作業(yè)中地應(yīng)力大、炮孔變形嚴(yán)重、爆破作業(yè)中裝藥不易的難題。與原人工裝藥方式相比，裝藥效率為人工裝藥的5～7倍，勞動強(qiáng)度大幅度降低，生產(chǎn)安全性大大提高；散裝乳化炸藥性能好，爆轟完全，未發(fā)現(xiàn)啞炮；炮孔為全耦合連續(xù)裝藥，炮孔利用率高，殘炮率少，爆破后的天井成形規(guī)則，無懸頂；爆破后巖石塊度均勻，大塊率降低，二次爆破作業(yè)量減少，裝運(yùn)效率提高；鉆爆綜合成本降低10%～20%以上，大大提高了礦山的整體生產(chǎn)效率，得到了礦方的高度贊譽(yù)和充分肯定。

3.4 井下散裝乳化炸藥技術(shù)與裝備優(yōu)勢

南嶺民爆公司與澳瑞凱公司合作開發(fā)的地下礦山散裝乳化炸藥技術(shù)與裝備主要優(yōu)勢如下：

(1) 系統(tǒng)本質(zhì)安全：乳化基質(zhì)無雷管感度，軟管末端靜態(tài)混合、孔內(nèi)現(xiàn)場敏化后成為炸藥，運(yùn)輸與裝藥過程本質(zhì)安全。

(2) 工藝技術(shù)先進(jìn)：適合于地下礦山上向中深孔裝藥工藝--返藥率低，基質(zhì)儲存期長、水環(huán)潤滑減阻輸送壓力小、裝填炮孔深。

(3) 高效經(jīng)濟(jì)環(huán)保：裝藥效率高，勞動強(qiáng)度低、大幅減少井下裝藥人數(shù)和爆破綜合成本；散裝乳化炸藥安全環(huán)保、抗水性好、威力大、有毒氣體少，有效縮短井下爆破通風(fēng)時間，大幅提高采礦效率。

(4) 炸藥性能現(xiàn)場可調(diào)：耦合連續(xù)裝藥，炸藥密度現(xiàn)場可調(diào)，性能與巖石匹配，充分利用炸藥能量，降低炸藥單耗，提高爆破效果。

(5) 設(shè)備穩(wěn)定可靠：工藝技術(shù)與設(shè)備高度匹配、集成，核心設(shè)備采用進(jìn)口配置、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、故障率低；關(guān)鍵部位設(shè)置超溫、超壓、斷料等安全連鎖保護(hù)裝置，裝藥計(jì)量準(zhǔn)確、質(zhì)量穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

地下礦山上向中深孔現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)的全面突破,為在國內(nèi)地下礦山應(yīng)用散裝乳化炸藥進(jìn)行爆破“一體化”作業(yè)提供了一整套成熟技術(shù)，將大大改善地下礦山裝藥瓶頸的問題，達(dá)到鉆、爆、裝、運(yùn)協(xié)調(diào)發(fā)展，進(jìn)一步加快礦山機(jī)械化的建設(shè)進(jìn)程，對促進(jìn)我國爆破行業(yè)的發(fā)展、擴(kuò)大地下礦山采礦規(guī)模、降低采礦成本、提高礦山企業(yè)的本質(zhì)安全生產(chǎn)水平和經(jīng)濟(jì)效益、創(chuàng)新行業(yè)管理模式、推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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