陳 建

（鞍鋼礦業(yè)爆破有限公司，遼寧 鞍山 114000）

電子雷管在復(fù)雜環(huán)境下菱鎂鐵礦露天爆破開采中的應(yīng)用

陳 建

（鞍鋼礦業(yè)爆破有限公司，遼寧 鞍山 114000）

現(xiàn)場(chǎng)采用數(shù)碼電子雷管，通過實(shí)驗(yàn)得出最佳的延時(shí)時(shí)間，優(yōu)化了爆破延時(shí)，有效的防止了爆破過程中產(chǎn)生的大塊現(xiàn)象和控制爆破振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境、設(shè)施的影響，同時(shí)還可以降低了爆破綜合成本，可以對(duì)類似電子雷管的使用提供參考和借鑒。

電子雷管；菱鎂鐵礦；露天爆破；爆破塊度；綜合成本

0 引言

中深孔臺(tái)階爆破是日常爆破中的常用方法，在中深孔爆破中常常出現(xiàn)中深孔爆破巖石塊度與工程要求不相符，并且出現(xiàn)根底等現(xiàn)象。因此，分析大塊和根底產(chǎn)生的原因，并且針對(duì)性地提出解決方法，在工程實(shí)際中具有十分重大的意義。

從雷管延時(shí)精度來看，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的延期精度均比我國(guó)高，例如澳大利亞的Orica公司主要生產(chǎn)的毫秒延期雷管，延期時(shí)間在100 ms內(nèi)，其延時(shí)誤差可以控制在2 ms以內(nèi)；其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家延期誤差控制在5 ms內(nèi)。據(jù)文獻(xiàn)介紹，日本使用粒徑很小的延期藥，其延期藥的精度最高可控制在1.25 ms[1-4]范圍內(nèi)。近幾年來，電子雷管已在國(guó)內(nèi)外某些精細(xì)爆破中使用，其延時(shí)誤差可控制在1 ms內(nèi)，延期精度高，普通雷管達(dá)不到[5]。

1 工程概況

遼陽(yáng)萬(wàn)利礦業(yè)有限公司菱鎂鐵礦是一家生產(chǎn)多年的老礦山，目前，礦山進(jìn)入露天開采末期，擬由露天開采轉(zhuǎn)為地下開采，為保證礦山穩(wěn)定過渡，需要適當(dāng)調(diào)整露天開采境界以延長(zhǎng)服務(wù)年限。

由于老礦山施工環(huán)境非常復(fù)雜，在合適區(qū)域地段施工，主要采取中深孔連續(xù)柱裝藥和間斷柱裝藥結(jié)構(gòu)相結(jié)合的控制爆破方式，且炮孔填塞長(zhǎng)度應(yīng)不小于最小抵抗線（W）。常規(guī)中深孔爆破后常常大塊率高、塊度組成難以達(dá)到理想要求。

現(xiàn)場(chǎng)我們采用雷管的延期精度就直接決定一次爆破是否成功。所以，使用高精度雷管，合理確定微差爆破時(shí)間，可以改善爆破效果、降低炸藥單耗、節(jié)約成本，達(dá)到控制綜合成本的目的[7-10]。

本區(qū)鐵礦床共發(fā)現(xiàn)4個(gè)含礦層，分別賦存在大石橋組3段中，上部巖帶中，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含礦層分布在中部巖帶的上部，Ⅰ號(hào)含礦層分布在上部巖帶的底部。含礦層一般賦存在菱鎂巖的頂?shù)装宓倪^渡部位，尤其是Ⅱ、Ⅲ含礦層較為明顯，分別在菱鎂巖的頂?shù)装?。在走向上與菱鎂礦或石英斜方閃石巖呈相變關(guān)系。

含礦層分布規(guī)律不同，Ⅰ、Ⅳ號(hào)含礦層是呈線型分布的，而Ⅱ、Ⅲ含礦層則是呈弧形分布的，弧的方向是向北西彎曲。前者鐵礦體風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，后者礦體呈弧形部分基本保持完好。

采場(chǎng)周邊環(huán)境較為復(fù)雜，最近距離約為60 m處就有磚混結(jié)構(gòu)民房。

2 延期時(shí)間的確定

2.1 孔間延期時(shí)間的實(shí)驗(yàn)

采用電子數(shù)碼雷管延期精度比常規(guī)雷管精度高，量差小于1 ms，且最小時(shí)間間隔可達(dá)1 ms；最小延時(shí)時(shí)間可在線設(shè)置，通過延時(shí)毫秒的不斷優(yōu)化，從而更加科學(xué)、準(zhǔn)確的確定最佳間隔時(shí)間，為了保障試驗(yàn)爆破效果，爆破采用數(shù)碼電子雷管逐孔微差爆破，主要采用表1中逐孔設(shè)置延期時(shí)間，起爆按照逐孔數(shù)碼電子雷管設(shè)置的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行方式，第1排先起爆，后排依次進(jìn)行[6－10]。

首先通過一組單孔試爆，推算炸藥爆炸到推動(dòng)巖石運(yùn)動(dòng)的延時(shí)時(shí)間段，然后在此延時(shí)時(shí)間段內(nèi)做同藥量不同延時(shí)的群孔爆破試驗(yàn)。單孔試驗(yàn)共做了5組，藥量10 kg，在距爆破點(diǎn)20、40、60 m分別設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，圖1為典型的單孔爆破波形圖。

圖1 單孔爆破典型波形圖

圖1可以看出，單孔的主振波持續(xù)時(shí)間約45～50 ms，波峰－波谷（峰峰距）時(shí)間為11～18 ms。炸藥在固體介質(zhì)中爆炸后，周圍炮孔炸藥爆炸后，產(chǎn)生爆炸沖擊波以應(yīng)力波形式對(duì)巖石產(chǎn)生粉碎，破裂作用，形成粉碎圈和破裂圈，當(dāng)應(yīng)力波通過破裂圈后其強(qiáng)度迅速衰減，最后只能引起延時(shí)的彈性振動(dòng)，彈性振動(dòng)會(huì)以波的形式向外傳播并造成地表的振動(dòng)。因此取5～30 ms區(qū)間作逐孔起爆延時(shí)時(shí)間間隔依據(jù)[9－12]。

以 5、10、15、20、25、30 ms為延時(shí)間隔，試驗(yàn)時(shí)每組6個(gè)孔?？组g距2（2.5）m，每孔藥量為18 kg，每組重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行2～3次，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1所示。

表1 逐孔爆破間隔時(shí)間與爆破巖體塊度

從表1可以看出：爆破孔網(wǎng)參數(shù)一定時(shí)，隨著逐孔起爆延期時(shí)間間隔的增加，平均塊度呈現(xiàn)拋物線形，即均塊度先減小后增加，當(dāng)延時(shí)間隔在15 ms時(shí)，爆破平均塊度最小為12.5 cm，裝挖時(shí)間11.9 s。因此，對(duì)于中深孔爆破，間隔時(shí)差在15 ms時(shí)，可以大幅降低裝挖時(shí)間。

2.2 排間延期時(shí)間的實(shí)驗(yàn)

中深孔爆破排間起爆，當(dāng)?shù)?排炮孔藥包起爆巖石運(yùn)動(dòng)，脫離主巖體，為第2排炮孔藥包爆炸，可以將此種爆破近似于擠壓爆破原理，前排的炮孔爆破后，爆渣的存在可以避免后排炮孔爆破時(shí)造成巖石飛散，并且在爆破過程中能提高爆炸作業(yè)的有效作用時(shí)間，從而提高了炸藥爆轟能量的利用率和改善破碎效果，減少大塊的產(chǎn)生率。

排間起爆炮孔，通過上述模型簡(jiǎn)化，可按以下經(jīng)驗(yàn)公式確定。

式中：f為巖石堅(jiān)固性系數(shù)，K′為巖石裂隙系數(shù)，K′=0.5時(shí)，中等發(fā)育時(shí)，K′=0.75，裂隙發(fā)育時(shí)，K′=0.9。

對(duì)于中深孔臺(tái)階爆破，藥包起爆到巖石運(yùn)動(dòng)，脫離主巖體，需要100～130 ms，排間延時(shí)分別為100、110、120、130 ms的 4 組群孔多排試驗(yàn)，每組試驗(yàn)2排孔，每排5～6個(gè)孔，每孔18 kg炸藥，排間距2（2.5）m。炮孔布置示意圖如圖2。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

從表2可以看出：爆破孔網(wǎng)參數(shù)一定時(shí)，排間爆破延期時(shí)間變化，平均塊度變化呈現(xiàn)非線性變化，但當(dāng)排間爆破延時(shí)間隔在120 ms時(shí)，爆破平均塊度為19.6 cm，裝挖時(shí)間為22.3 s。因此，對(duì)于中深孔爆破，孔、排間延期時(shí)間分別為15 ms和120 ms，可以大幅降低大塊率，提高裝挖效率[11－17]。

圖2 炮孔布置示意圖

表2 排間間隔時(shí)間與爆破巖體塊度

3 數(shù)碼電子雷管控制爆破振動(dòng)中應(yīng)用

設(shè)置單孔起爆試驗(yàn)，試驗(yàn)4個(gè)孔?？组g距2（2.5）m，單孔藥量為18 kg，起爆4次，分別在距爆破點(diǎn)20、40、60 m分別設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)爆破振速統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)5、10、15、20 ms為延時(shí)間隔的4組群孔逐孔起爆試驗(yàn)，孔間距 2（2.5）m，每孔藥量為 18kg，每組重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行2～3次，在距爆破點(diǎn)20、40、60 m分別設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀得出測(cè)試結(jié)果見表4：

從表4可以看出：在監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離爆心20 m處，延時(shí)間隔在5 ms時(shí)，最大振速在2.57～2.99 cm/s；延時(shí)間隔在10 ms時(shí)，最大振速在2.54～2.72 cm/s，超過單孔最大振速2.62 cm/s；延時(shí)間隔在15 ms時(shí)，最大振速在1.84～2.31 cm/s，低于單孔最大振速2.62 cm/s。說明振動(dòng)發(fā)生了干涉疊加；在監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離爆心40 m處，延時(shí)間隔在15 ms時(shí)，最大振速在1.01～1.15 cm/s，小于單孔爆破時(shí)最大振速的1.22 cm/s，在距爆區(qū)60 m處，最大振速在0.35～0.48 cm/s，小于單孔爆破時(shí)最大振速的0.64 cm/s。在距爆區(qū)20 m處，延時(shí)間隔在20 ms時(shí)，最大振速在1.97～2.48 cm/s，小于單孔爆破時(shí)最大振速的2.62 cm/s，在距爆區(qū)40 m處，最大振速在0.92～1.09 cm/s，小于單孔爆破時(shí)最大振速的1.22 cm/s，在距爆區(qū)60 m處，最大振速在0.37～0.41 cm/s，小于單孔爆破時(shí)最大振速的0.62 cm/s。

從測(cè)試結(jié)果看出，孔間延時(shí)為15～20 ms時(shí)，可以達(dá)到干擾降振，振動(dòng)控制要求。

表4 試驗(yàn)爆破振速統(tǒng)計(jì)分析表

4 工程實(shí)踐

圖3（a）是遼陽(yáng)萬(wàn)利礦業(yè)有限公司菱鎂鐵礦爆破過程中采用的數(shù)碼電子雷管逐孔起爆（逐孔爆破間隔時(shí)間設(shè)置15 ms）測(cè)得的典型爆破震動(dòng)波形圖，圖3（b）為以往普通非電雷管（2 ms）爆破波形圖。

采用數(shù)碼電子雷管起爆網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)逐孔起爆，保證爆破效果的同時(shí)，減小爆破振動(dòng)。結(jié)合圖3中波形可知，普通電子雷管波形獨(dú)立，不能相互干擾疊加，而采用數(shù)碼電子雷管，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)波形在波峰波谷相互疊加相消減效果，還能在前一炮孔巖石運(yùn)動(dòng)時(shí)準(zhǔn)確控制后一炮孔爆炸，推動(dòng)前一炮孔作用巖石運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步改善爆破效果[18－22]。采用數(shù)碼電子雷管，可以實(shí)現(xiàn)炮孔間爆破振動(dòng)疊加效果。對(duì)于深孔控制爆破間隔起爆時(shí)差為孔間15～20 ms、排間為110～120 ms時(shí)，可以達(dá)到降振的效果。在本次工程中采用了孔間延時(shí)15 ms，排間延時(shí)110 ms延時(shí)參數(shù)，實(shí)踐證明該技術(shù)在遼陽(yáng)萬(wàn)利礦業(yè)有限公司菱鎂鐵礦的爆破開采中取得了良好的減震效果，塊度也很均勻。

圖3 測(cè)得的典型振動(dòng)波形圖

5 結(jié)論

1）在中深孔爆破作業(yè)中，由于炸藥爆轟作用導(dǎo)致先行爆破的中深孔形成單孔爆破漏斗，從而導(dǎo)致該部分巖體破碎并脫離原巖，同時(shí)在爆破漏斗外的相鄰巖石中產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)與微裂隙；并且由于在先行中深孔形成的爆破漏斗，使后爆破的相鄰深孔爆破時(shí)增加了新的自由面，降低了爆破難度，得到良好的破碎效果[17－19]；

2）后爆孔起爆時(shí)間為前爆孔產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力消失前，后爆孔與前爆孔之間出現(xiàn)應(yīng)力波疊加現(xiàn)象，增強(qiáng)爆破效果，深孔控制爆破單孔延時(shí)15～20 ms，排間延時(shí)110～120 ms可以達(dá)到爆破振動(dòng)波波峰波谷相互疊加，降低爆破振動(dòng)[20－21]。

3）相鄰炮孔之間在爆破過程中巖石之間存在一定的碰撞幾率，可以進(jìn)一步對(duì)巖石進(jìn)行破碎，達(dá)到良好的爆破效果。深孔控制爆破單孔延時(shí)15～20 ms，排間延時(shí)110～120 ms可以達(dá)到大幅節(jié)約挖裝時(shí)間，提高挖裝效率[22－23]。

4）復(fù)雜條件下采用數(shù)碼電子雷管可以有效的降低爆破震動(dòng)對(duì)周圍的環(huán)境的影響，減少工程成本的投入。

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Application of electronic detonator under a complex environment in the blasting mining of iron ore mine

CHEN Jian

(Anshan Mining Blasting Co.,Ltd.,Anshan 114000,China)

Liaoyang Wanli Mining Company has the complex blasting environment in magnesite ore.The scene adopts the digital electronic detonator.The company obtains the optimum delay time through experiment,optimizes the blasting delay time,effectively prevents the effect of bulk phenomena and the control blasting vibration generated during blasting on the surrounding environment and facilities,and reduces the blasting comprehensive cost,which can provide reference for similar electronic detonator.

electronic detonator;magnesite ore;open-pit blasting;blasting block;comprehensive cost

TD235.22+2

B

1671－9816（2017）11－0026－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.008

陳建.電子雷管在復(fù)雜環(huán)境下菱鎂鐵礦露天爆破開采中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：26-29.

2017-06-22

陳 建（1991—），男，助理工程師，本科，從事采礦及爆破施工技術(shù)工作。

【責(zé)任編輯：陳 毓】