彭廷華 ,宮明山 ,梁廣妍
(1.成都中材建設(shè)工程公司, 四川 成都 610017; 2.中鐵資源集團有限公司金屬事業(yè)部,北京 100039; 3.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室, 北京 100083)
淺談空氣間隔器在中深孔爆破施工中的應(yīng)用*
彭廷華1,宮明山2,梁廣妍3
(1.成都中材建設(shè)工程公司, 四川 成都 610017; 2.中鐵資源集團有限公司金屬事業(yè)部,北京 100039; 3.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室, 北京 100083)
針對山腦石灰石礦山中深孔爆破施工中存在的問題,采用空氣間隔器,獲得了裂隙、巖溶比較發(fā)育的石灰石礦山中深孔爆破的合理參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu),降低了爆破大塊率、減少了飛石對周邊環(huán)境的危害,獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
空氣間隔器;中深孔爆破;石灰石礦山
幾十年來,在國內(nèi)外中深孔爆破中,有關(guān)空氣間隔技術(shù)的理論研究和實驗[1-3],在改善爆破效果、降低炸藥單耗、減少飛石等方面取得了明顯效果[4-5]。
山西潞城市卓越水泥有限公司山腦石灰石礦為改善爆破效果,減少因巖溶、裂隙發(fā)育的地帶中深孔爆破飛石對周邊環(huán)境的干擾,降低炸藥單耗,在結(jié)合巖粉間隔的基礎(chǔ)上,利用空氣間隔器[6]進行了10個爆區(qū)共300炮孔的現(xiàn)場試驗,取得了較好的效果。
1.1 結(jié)構(gòu)特性
空氣間隔器是中深孔爆破中進行空氣間隔裝藥的充氣式氣囊塞,氣囊塞由二層高壓聚乙烯膜壓制成圓桶狀密封袋,袋內(nèi)裝有貯氣瓶,袋外套用編織袋縫制增加強度的外包裝,間隔器由20 m高強度錦倫線連接收線柄,貯氣瓶由拉提式發(fā)氣裝置給密封袋充氣,外型直徑50~60 mm,長度500~600 mm,充氣時間10 s、壓強為0.06 MPa。
1.2 作用
(1) 降低了爆炸沖擊波的峰值壓力,減少了炮孔周圍巖石的過粉碎;
(2) 巖石受到爆炸沖擊波的作用后,還受到爆炸氣體所形成的壓力波和來自炮孔孔底的反射波作用,當(dāng)這種二次應(yīng)力波的壓力波超過巖石的極限破裂強度(表示裂隙進一步擴展所需的壓力)時,巖石的微裂隙將得到進一步擴展;
(3) 延長了應(yīng)力的作用時間,沖擊波作用于堵塞物或孔底后又返回到空氣間隔中,由于沖擊波的多次作用,使應(yīng)力場得到增強的同時,也延長了應(yīng)力波在巖石中的作用時間;若空氣間隔置于藥柱中間,炸藥在空氣間隔兩端所產(chǎn)生的應(yīng)力峰值相互作用可產(chǎn)生一個加強的應(yīng)力場;
(4) 當(dāng)遇到巖溶、裂隙比較發(fā)育的巖層時,使用空氣間隔器可避免形成集中藥包,造成裝藥相對集中,形成大量飛石對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的干擾;同時巖石破碎效果不好,大塊率高。
1.3 操作方法
待炮孔鉆掘完畢,根據(jù)礦巖種類、性質(zhì)、巖層情況,確定單孔裝藥高度,一般情況下,采用中間間隔裝藥,即先裝填一段藥柱,安裝引爆炮頭,加蓋少許炸藥蓋住雷管,再放入一只間隔器,根據(jù)錦倫拉線刻度標(biāo)示,確定要間隔的深度,將間隔器輕輕上提到所需的高度,固定好拉線,然后上提2 m左右,丟開拉線,讓間隔器自由落下,同時靠慣性拉開發(fā)氣裝置。數(shù)秒后氣囊充氣完成,繼續(xù)上部孔裝填炸藥,再安裝引爆炮頭,礦渣填實炮孔,單孔裝填完成。
山西潞城時卓越水泥有限公司山腦石灰石礦山爆破作業(yè)區(qū)域為荒山坡,礦石為石灰石,零星分布第四系碎石土、浮土、雜草等。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單,呈簡單的單斜巖層產(chǎn)出,產(chǎn)狀平緩,有寬緩的波狀起伏現(xiàn)象,表現(xiàn)為巖層產(chǎn)狀與坡向相近??傮w產(chǎn)狀:傾向南西,傾角一般為5°~15°。礦區(qū)內(nèi)西部大采場內(nèi)有一條走向56°,傾向326°,傾角60°的正斷層,斷距約6 m。采場內(nèi)可見下盤底部的O2f1地層中的白云巖出露。個別地段裂隙、巖溶比較發(fā)育。巖石堅固性系數(shù)f=6~8。
3.1 爆破作業(yè)方式
臺段高度12 m,采用KGH6型露天潛孔鉆車鉆鑿炮孔進行中深孔爆破。
3.2 爆破參數(shù)
臺階深孔爆破采用多排孔非電導(dǎo)爆管雷管逐孔爆破,使用散裝2#巖石膨化硝銨炸藥為主爆藥,采用非電導(dǎo)爆管雷管逐孔爆破。
生產(chǎn)中采用的爆破參數(shù)為:炮孔直徑115 mm;炮孔深度13.5 ~14 m(臺階高度12 m);炮孔傾角:75°;炮孔底盤抵抗線w23.5~4.5 m;炮孔間距A4~6.5 m;炮孔排距3~4 m(炮孔呈菱形布置);每次爆破排數(shù) 2~3排;每次爆破孔數(shù)30~40孔;炮孔填塞長度≥3 m(填塞材料為鑿巖石粉);延米爆破礦量≥21 m3;單位炸藥消耗量 約0.30~0.40 kg/m3。
3.3 鉆 孔
按中深孔爆破參數(shù)進行作業(yè),在穿孔過程中如遇巖溶或裂隙無法鉆進至設(shè)計位置的炮孔,做好施工記錄,并且做好孔標(biāo)志(孔的位置、裂隙或巖溶的高度)
3.4 裝 藥
裝藥方法:為提高裝藥密度和裝藥集中度,一般采用散裝炸藥。裝藥過程中隨時丈量藥柱的高度,空氣間隔器置于下部藥柱(下部藥柱藥量為單孔藥量的2/3~3/4)頂端1.5~2.2 m位置處。粉狀炸藥通過漏斗往孔內(nèi)裝填,用炮棍搗實保證裝藥密度。潮濕有水的炮孔,使用Φ90 mm的乳化藥卷,每筒藥卷的重量3 kg。邊坡孔光爆采用不耦合裝藥,可將小藥卷綁在竹片上,以增加裝藥長度。
裝藥結(jié)構(gòu):一般采用空氣間隔器間隔裝藥結(jié)構(gòu)(間隔長度1.8~2.5 m)。
完全傳爆措施:為避免超過傳爆長度而引起藥柱爆炸不完全,應(yīng)在裝藥段的上部和下部1/3處各裝一個起爆藥卷。每孔4發(fā)起爆管。
起爆藥卷的重量1~3 kg。每個起爆藥卷插入1個起爆雷管,雷管的聚能穴應(yīng)指向藥柱傳爆方向,及雙向起爆(孔底雷管聚能穴朝上,孔口雷管聚能穴朝下)。
裝入起爆藥卷后用炮棍裝填上部的炸藥時,必須輕填、輕壓,并應(yīng)保護好起爆線路。操作中嚴(yán)禁用炮棍撞擊阻塞在深孔內(nèi)的起爆藥卷。
裝藥前,應(yīng)將孔口周圍半徑70 cm內(nèi)的一切巖塊、雜物及孔內(nèi)堵塞物清除干凈。裝藥過程中必須防止異物掉入孔內(nèi)造成裝藥困難或裝藥間隔引起藥柱不傳爆。
3.5 堵 塞
⑴ 堵塞長度:為提高爆破效果和控制飛石的距離,必須保證合理的堵塞長度。堵塞長度一般應(yīng)不得短于最小抵抗線的0.8倍;或按炮孔直徑確定:不允許有飛石時,堵塞長度l0=(30~35)d;允許有飛石時,堵塞長度l0=(20~25)d。邊坡光爆孔堵塞長度,在孔口1~1.5 m內(nèi)用粘土堵塞。
⑵ 堵塞材料:緊靠炸藥一段和孔口段(大于1 m)應(yīng)用炮泥堵塞,但不得混入石塊。光爆孔孔口段必須用炮泥堵塞。
⑶ 堵塞方法:堵塞材料應(yīng)分次填入,每填塞600 mm左右用炮棍搗實。操作中應(yīng)妥善保護起爆線路:嚴(yán)防打折、拉得過緊或石塊掉入孔內(nèi)而損壞起爆線路。
選用炮泥(鉆孔留下的巖粉)進行堵塞,堵塞長度不得低于設(shè)計堵塞長度。
山腦石灰石之前的爆破中,采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)和巖粉間隔裝藥結(jié)構(gòu),炸藥平均單耗0.16 kg/t,在爆破中存在的問題是:爆破飛石過遠,炸藥單耗高,礦石破碎不均勻,裝藥段礦石過粉碎,堵塞段大塊多。
為了解決該礦山爆破施工存在的問題,進行了空氣間隔器的試驗。部分爆區(qū)使用情況見下表1。
在山腦石灰石礦山使用空氣間隔器后,有效節(jié)省了炸藥量,炮孔孔徑115 mm,孔深12 m,間隔高度1.5~1.9 m,單孔節(jié)省炸藥12.75~16.15 kg。巖石破碎程度得到有效提高,爆破后,爆堆松散,表面礦塊均勻,大塊減少,減小了爆破飛石對周邊環(huán)境的干擾,爆破面排列線整齊。
通過在山腦石灰石礦山使用空氣間隔器,有效節(jié)省了炸藥量,巖石破碎程度提高,爆破后,爆堆松散,表面礦塊均勻,大塊減少,爆破面排列線整齊。采用此類裝藥結(jié)構(gòu)進行爆破施工前,炸藥單耗0.35 kg/m3,大塊率控制在10%以內(nèi)(三個月的統(tǒng)計值),爆破飛石最遠達到450 m;改用此類空氣間隔器裝藥結(jié)構(gòu)后,炸藥單耗0.26 kg/m3,大塊率控制在2%以內(nèi)(三個月的統(tǒng)計值),爆破飛石最遠120 m,爆破飛石擾民得到了緩解,為該礦山后期采礦取得了好的經(jīng)驗,獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
表1 部分爆區(qū)使用狀況
[1]張樹福.露天礦深孔爆破參數(shù)的確定[J].呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報,2006, 14(5): 102-103.
[2]唐信來,鄧重陽,王恒富,等.空氣間隔器在新橋硫鐵礦爆破中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2007(3).
[3]吳從清,張正宇.長空氣間隔深孔預(yù)裂爆破初步試驗[J].爆破,2003, 20 (增): 63-64.
[4]吳從師,齊寶軍,劉宇峰.邊坡分段裝藥包孔的壓力變化與爆破效果[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2001, 20(4): 414-416.
[5]顏事龍.現(xiàn)代工程爆破理論與技術(shù)[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2007 : 30-31.
[6]陳壽如,等. 空氣間隔器使用合理性論證[R]. 長沙:中南大學(xué),2006.
國家自然科學(xué)基金資助項目(51374035).
2014-07-21)
彭廷華(1970-),男,重慶開縣人,本科,工程師,主要從事采礦工藝及施工技術(shù)方面的研究工作,Email: 2385701058@qq.com。