牛 魁

(酒泉鋼鐵集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司鏡鐵山礦)

逐孔微差爆破技術(shù)在黑溝溜井降段中的應(yīng)用

牛 魁

(酒泉鋼鐵集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司鏡鐵山礦)

露天礦溜井降段爆破對(duì)爆破震動(dòng)要求很高，通過高精度雷管逐孔微差爆破技術(shù)在黑溝露天礦2#溜井降段過程中的使用，降低了爆破對(duì)溜井的地震效應(yīng)，同時(shí)對(duì)降低大塊率，克服爆破根底十分有利。

逐孔微差起爆 溜井降段 減震爆破 高精度雷管

黑溝露天礦于2002年建成并投產(chǎn)，是酒鋼主要的爐料供應(yīng)基地之一。設(shè)計(jì)分一、二期兩個(gè)采場(chǎng)開采，每個(gè)采場(chǎng)內(nèi)各設(shè)一條單段垂直溜井，溜井直徑5.5 m，1#溜井設(shè)計(jì)深度362 m，2#溜井設(shè)計(jì)深度529 m。由于溜井穿過的巖層區(qū)域節(jié)理裂隙發(fā)育，加之日常生產(chǎn)爆破震動(dòng)對(duì)溜井的擾動(dòng)，溜井口部位巖體節(jié)理裂隙不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致該部位井壁頻繁發(fā)生片幫故障，特別是每次溜井降段后，片幫更為嚴(yán)重，給采場(chǎng)的安全生產(chǎn)帶來(lái)了很大隱患。對(duì)此，黑溝生產(chǎn)技術(shù)人員做了很多嘗試，最終利用高精度雷管逐孔微差爆破技術(shù)解決了這一問題。

1 逐孔微差爆破機(jī)理

(1)逐孔微差爆破的特點(diǎn)和原理。逐孔爆破的特點(diǎn)是每個(gè)炮孔都能按照爆破設(shè)計(jì)的時(shí)間順序起爆，起爆都是相對(duì)獨(dú)立的。首發(fā)炮孔的起爆為后繼炮孔的前方、側(cè)方、上方提供3個(gè)自由面和補(bǔ)償空間，后一炮孔藥柱爆轟后產(chǎn)生的應(yīng)力波傳至自由面時(shí)發(fā)生反射，使拉應(yīng)力增強(qiáng)，應(yīng)力波對(duì)前已爆孔礦巖進(jìn)一步作用，使巖塊間產(chǎn)生多次碰撞，增加破碎效果。逐孔爆破能把整個(gè)爆區(qū)每個(gè)炮孔的起爆時(shí)間均勻分開，使同時(shí)起爆炮孔數(shù)目減少，降低最大齊發(fā)藥量，降低爆破震動(dòng)對(duì)溜井壁的擾動(dòng)。

(2)逐孔微差爆破。通過爆破設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行爆破網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)置恰當(dāng)?shù)目组g間隔時(shí)間，控制同時(shí)起爆孔數(shù)量，控制爆堆形狀及松散度，控制爆破前撲、后沖距離及沉降溝深度，實(shí)現(xiàn)安全、可靠的爆破作業(yè)。

2 溜井降段工程

2#溜井口所在位置為二期采場(chǎng)中部千枚巖區(qū)域，巖石普氏硬度系數(shù)f=10～12，井口東西長(zhǎng) 36 m，南北寬34 m，面積1 073 m2，井口標(biāo)高3 820 m，井口巖層走向NW60°，傾向NE，傾角70°～90°。由于溜井穿過該段區(qū)域巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，又長(zhǎng)時(shí)間受礦石入井沖刷，溜井口巖體穩(wěn)定性很差，特別是西北角井壁存在大面積傘巖(見圖1)。為使3 820，3 805 m 水平的礦石能夠直接灌入溜井，將圖1中A線以西溜井口爆破降至3 805 m水平，爆破工程量11.6萬(wàn)t，穿孔設(shè)備為KY-250牙輪鉆機(jī)。

圖1 降段前溜井口狀況

2.1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

為了盡量減小降段爆破對(duì)溜井的地震效應(yīng)，必須盡量減少單段齊發(fā)藥量。為此，需調(diào)整每個(gè)孔的起爆時(shí)間，由于爆區(qū)面積較大，穿孔數(shù)量較多(實(shí)際75個(gè))，要使每個(gè)孔不同時(shí)間起爆，只有采用高精度雷管，以實(shí)現(xiàn)爆破過程中最大齊發(fā)藥量即為單個(gè)炮孔的最大藥量。

2.1.1 孔網(wǎng)參數(shù)及穿孔超深

為保證爆破效果，不產(chǎn)生根底、大塊，減少大藥量爆破對(duì)溜井的傷害，根據(jù)巖層狀況，在近溜井區(qū)域采用“多穿孔，少裝藥”的原則設(shè)置孔網(wǎng)參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取孔網(wǎng)參數(shù)為4 m×6 m，遠(yuǎn)離溜井區(qū)域采用5.5 m×7.5 m孔網(wǎng)參數(shù)。為了盡量避免溜井口炮孔爆破時(shí)的劈裂作用，使新形成的溜井口發(fā)生片幫，設(shè)計(jì)距離溜井口最近的鉆孔不超深，距離溜井口次近的鉆孔超深1.5 m，其他遠(yuǎn)離溜井口的鉆孔超深2.5 m。

2.1.2 爆破器材及微差時(shí)間

考慮到產(chǎn)品的技術(shù)成熟及使用可靠，選用ORICA高精度導(dǎo)爆管雷管。根據(jù)ORICA公司爆破塊度與孔間延期時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)選取微差時(shí)間。

(1)控制排微差間隔時(shí)間選取。為使相鄰炮孔間作用達(dá)到最大,同排最佳延期時(shí)間為3～8 ms/m,對(duì)巖性較脆且硬度較高的巖石,控制排的孔間延期取小值,其他取大值[1]。據(jù)此計(jì)算恰當(dāng)?shù)难悠跁r(shí)間為22.5～60 ms，考慮到爆區(qū)巖石為千枚巖，巖性硬度大且較脆，控制排選定25 ms的地表延期雷管。

(2)雁形列延期間隔時(shí)間選取。同一列炮孔間合理延遲時(shí)間決定了爆堆的形狀和松散度,通常雁形列孔間延期時(shí)間為8～15 ms/m[2]，據(jù)此計(jì)算恰當(dāng)?shù)难悠跁r(shí)間為44～82.5 ms。此次爆破主要考慮減小爆破震動(dòng)，因此，同一列孔間延期時(shí)間確定為65 ms。

孔內(nèi)采用同一段別雷管，選用ORICA公司400 ms 孔內(nèi)高精度雷管，地表采用17，25，42，65 ms不同延期的雷管組合。采用超前四排孔局部點(diǎn)燃陣面，確保爆破網(wǎng)絡(luò)安全。

爆破所用炸藥為酒鋼興安民爆生產(chǎn)的大包乳化炸藥，爆速4 800 m/s，起爆藥包采用500 g的起爆具，爆速不小于7 000 m/s。爆破參數(shù)設(shè)計(jì)見表1。

表1 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2 爆 破

2.2.1 裝藥及爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

采用孔內(nèi)分段間隔裝藥，孔底裝藥量占單孔裝藥量的2/3，中間巖渣間隔2 m，然后再裝入另外1/3的炸藥，最后用巖渣填塞。裝藥結(jié)構(gòu)見圖2(a)，爆堆移動(dòng)趨勢(shì)見圖2(b)，等時(shí)線見圖2(c)。

圖2 爆破設(shè)計(jì)

2.2.2 爆轟炮孔在溜井壁附近的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度

采用ORICA爆破輔助設(shè)計(jì)軟件Shotplus模擬起爆，最多有3個(gè)孔同時(shí)爆轟，測(cè)量這3個(gè)炮孔與溜井的距離分別為15，15和41 m，對(duì)應(yīng)裝藥量分別為400，420和480 kg，依據(jù)爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度公式[3]：

(1)

式中，Q為炮孔裝藥量，kg；R為炮孔與溜井距離，m；K為與爆破條件有關(guān)的系數(shù)，取100；α為爆破衰減系數(shù)，取1.5。

計(jì)算3個(gè)炮孔同時(shí)爆炸在溜井處產(chǎn)生的質(zhì)點(diǎn)矢量合成速度為22.7cm/s，符合爆破安全規(guī)程容許的礦山巷道安全允許振速不高于30cm/s的標(biāo)準(zhǔn)。

3 爆破效果及結(jié)論

(1)從降段爆破效果分析，巖石破碎效果明顯，爆堆松散，起爆點(diǎn)部位隆起最高2m，爆堆集中，前撲約25m，爆區(qū)巖體整體移動(dòng)約10m，沉降溝整齊明顯，最深1.5m，爆破基本無(wú)后沖，爆堆表面巖石塊度均勻，無(wú)明顯大塊。在挖掘過程中，巖石破碎塊度均勻，無(wú)大塊、無(wú)根底，鏟裝效率高，兩臺(tái)10m3電鏟用4d時(shí)間，清理約14萬(wàn)t巖石(包含為了保護(hù)溜井壁而灌入的2.4萬(wàn)t)，提前完成了溜井口巖石的清理。

(2)由于采用高精度雷管逐孔微差起爆方式，爆破振動(dòng)明顯降低，爆破后，溜井口未發(fā)生明顯的片幫現(xiàn)象。由此可見，應(yīng)用逐孔微差起爆方法實(shí)施溜井降段爆破，不會(huì)對(duì)溜井口部位的井壁造成超過容許范圍的擾動(dòng)，對(duì)保證溜井安全使用有重要意義。

(3)該起爆技術(shù)所產(chǎn)生的爆破振動(dòng)危害只受單孔藥量與炮孔排數(shù)的影響，不受爆破總藥量的限制，容易實(shí)施大規(guī)模的減震深孔爆破，減少礦山生產(chǎn)爆破頻次。

(4)高精度導(dǎo)爆管雷管在礦山爆破中實(shí)現(xiàn)精確的控制爆破，對(duì)降低爆破大塊率，有效克服巖墻、根底，提高鏟裝效率十分有利。

(5)降段爆破采用的高精度導(dǎo)爆管雷管可靠性好、延時(shí)精度高、網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)和網(wǎng)絡(luò)檢查容易、直觀，對(duì)保證爆破作業(yè)安全和提高爆破質(zhì)量起到了重要作用。

[1] 劉忠衛(wèi),尤廣生.精確微差延時(shí)及逐孔起爆技術(shù)在爆破實(shí)踐中的應(yīng)用[J].礦冶工程,2003(5)：37-40.

[2] 張正宇.中國(guó)爆破新技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[3] 汪旭光.爆破手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010.

2014-07-01)

牛 魁(1975—)，男，工程師，735101 甘肅省嘉峪關(guān)市。