程三建,陶 明,羅福友,劉成敏

(1.江西國泰五洲爆破工程有限公司, 江西 南昌 330038;2.江西省爆破工程技術(shù)研究中心, 江西 南昌 330012)

0 引 言

新中國成立以來,國內(nèi)爆破技術(shù)快速發(fā)展,爆破作為一種高效、經(jīng)濟的工程作業(yè)手段,在礦山開采、樓房拆除等方面掀起了巨大的改革,使其朝作業(yè)成本低、周期短方向不斷發(fā)展[1].爆破技術(shù)發(fā)展至今,我國已成功進行了無數(shù)次大大小小的爆破,爆破規(guī)模從幾千克至上萬噸炸藥量不等,爆破技術(shù)人員從中不斷總結(jié)經(jīng)驗,不斷推動我國爆破技術(shù)的發(fā)展.同時,隨著爆破環(huán)境的日益復(fù)雜,爆破安全的要求越來越高[2].

爆破質(zhì)量主要包括爆破安全和爆破效果兩個方面,其中前者是前提,換言之,必須在保證爆破安全的前提下,盡可能地提高爆破效率[3G4].露天臺階爆破作為現(xiàn)代工程爆破技術(shù)主要發(fā)展方向,其爆破危害影響主要包括爆破飛石、沖擊波、震動、噪音及爆破有害氣體,爆破時為盡可能的控制爆破危害,達到預(yù)期的爆破效果,需對爆破技術(shù)參數(shù)進行合理的設(shè)定.由于爆破巖石結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、多變性,單從爆破經(jīng)驗無法確定合理的爆破參數(shù),于是多數(shù)工程情況爆破施工前首先進行一次或多次試爆,視爆破效果優(yōu)化爆破參數(shù)[5G8].

1 爆破工程概況

1.1 工程概況

本爆破工程為贛州海螺水泥有限責(zé)任公司石古前礦山爆破項目,巖石為石灰?guī)r,該礦為一擴大礦區(qū)范圍礦山,原、現(xiàn)礦區(qū)位置位于信豐縣北西330°約16 k m處,行政區(qū)劃隸屬于西牛鎮(zhèn)上龍村管轄.礦區(qū)北部為信豐縣與南康市交界處.礦區(qū)有鄉(xiāng)村公路與G105國道相接,相距300余米,礦區(qū)與水泥生產(chǎn)車間僅2.5 k m,交通頗為方便.礦區(qū)總體為低山侵蝕構(gòu)造地貌,地勢總體為四周高,中間為一小盆地,最高點為礦區(qū)北側(cè),海撥180.00 m,最低為155.50 m.

1.2 工程難點

石古前石灰?guī)r(水泥用灰?guī)r)礦床呈層狀賦存于石炭系上統(tǒng)船山組(C3c)灰?guī)r地層中.水泥灰?guī)r礦石主要巖性為:呈灰白~淺灰黑色生物微晶灰?guī)r、碎屑灰?guī)r等.受巖溶地貌的控制明顯,一般西部淺,東部深,平均埋深6.50 m,基巖面標(biāo)高在151.98~157.81 m,相對高差6.00 m 左右,顯示出水泥灰?guī)r礦層的分布與巖溶地貌的關(guān)系,礦區(qū)范圍內(nèi)有大量溶洞分布,但巖溶率一般小于1.39%,且礦山礦脈分布不均勻.礦區(qū)正北面距離居民樓及公路大于1000 m;西南面距離居民樓區(qū)約80 m;東北面距離兩處居民樓區(qū)分別為300,400 m.

2 爆破技術(shù)方案

2.1 爆破技術(shù)參數(shù)

贛州海螺石古前礦開采正處在初期,各水平工作平臺未形成,目前開采區(qū)主要在＋165 m平臺,臺階高度為12.5 m,前排炮孔傾角75°~90°(根據(jù)底盤抵抗線的大小調(diào)整),后排孔為90°,孔網(wǎng)參數(shù)為4.0 m×6.0 m.表1為＋165 m平臺爆破主要技術(shù)參數(shù).

表1 深孔爆破主要技術(shù)參數(shù)

2.2 裝藥結(jié)構(gòu)

海螺水泥市場需求量較大,現(xiàn)場爆破作業(yè)時間緊迫,而間隔裝藥操作過程相對繁瑣,目前礦山多采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),雙發(fā)雷管起爆,如圖1所示.

圖1 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)

2.3 起爆網(wǎng)路

孔內(nèi)用抗水毫秒導(dǎo)爆管雷管(375 ms),孔與孔之間用25 ms抗水毫秒雷管,而排與排之間用42 ms抗水毫秒導(dǎo)爆管雷管相連,起爆網(wǎng)路為孔外延時.合理選用延期時間,防止帶炮,造成最小抵抗線大小和方向失控.圖2為12月1日爆破設(shè)計網(wǎng)路連接示意圖.

圖2 網(wǎng)路連接示意

2.4 爆破施工中存在的問題及原因分析

露天爆破后出現(xiàn)大塊是最常見的一類爆破不良現(xiàn)象,大塊率增加嚴重影響礦山的鏟、裝效率及施工安全.該礦山大塊的產(chǎn)生由多種原因造成,大塊產(chǎn)生的主要區(qū)域為:邊排孔和臺階坡面之間;炮孔充填物部分.

(1)臺階坡面的大塊.如圖3所示,爆破能量未能全部作用于前排巖體,部分能量向后作用,后排孔產(chǎn)生嚴重的拉裂破壞,不僅導(dǎo)致本次爆破大塊率大,還直接導(dǎo)致后續(xù)爆破大塊難于控制,安全生產(chǎn)難于保證,因此應(yīng)盡量減少后排孔的超爆現(xiàn)象[9G10].產(chǎn)生超爆現(xiàn)象的主要原因有兩個:第一,爆破前排孔抵抗線大,前排孔未能推出,不能給后排孔提供較好的自由面,后排孔炸藥部分能量向后作用;第二,前排孔和后排孔之間的延期時間過短,前排孔爆破后未完全推出,后排孔就已經(jīng)爆破,后排孔自由面不夠,能量自然向后作用.由圖4可知,爆破前排孔已經(jīng)推出,可排除前排孔抵抗線過大的原因,即可排除原因一,那么產(chǎn)生導(dǎo)致后排孔拉裂現(xiàn)象的原因為前排孔與后排孔之間延期時間過短.

圖3 后排孔拉裂現(xiàn)象

圖4 后排孔拉裂現(xiàn)象

(2)臺階頂部的大塊.在爆破過程中,裝藥部分巖體受炸藥能量而破碎,但堵塞部分巖體未裝藥,而＋165 m平臺溶洞多、節(jié)理裂隙發(fā)育,爆破能量部分從溶洞及裂隙中泄露,不能對頂部巖體產(chǎn)生較好的作用,孔頂部就會產(chǎn)生大塊.本次爆破堵塞4 m以上,換言之,孔內(nèi)炸藥爆破能量不能很好的作用于孔頂部4 m以上的巖體,孔頂部4 m以上就極有可能出現(xiàn)大塊.

3 技術(shù)方案優(yōu)化

3.1 裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對炮孔頂部出現(xiàn)大塊的現(xiàn)象,采用分段裝藥結(jié)構(gòu),如圖5所示,在炮孔頂部離孔口2.5 m處下一輔助藥包,但藥量不應(yīng)過大,且此藥包必須同下部炸藥同時起爆,避免輔助藥包先爆產(chǎn)生的主藥柱無效釋放爆破能量現(xiàn)象[11G12],同時避免主藥包先爆把輔助藥包沖出孔內(nèi)的現(xiàn)象.本次爆破在離孔口2.5 m處裝藥3 kg.

圖5 分段裝藥結(jié)構(gòu)

3.2 起爆網(wǎng)路優(yōu)化

本次爆破后排拉裂情況嚴重,產(chǎn)生巨塊,按照上文分析,應(yīng)盡量減少后排孔的超爆現(xiàn)象,而后排孔的超爆現(xiàn)象,可假設(shè)由以下多種原因造成:第一,后排孔裝藥過多;第二,前排孔爆破后未向前推出;第三,后排孔地質(zhì)情況復(fù)雜,存在弱結(jié)構(gòu)面,造成能量后泄;第四,前排孔向前推出時間不夠,即排與排之間延期時間不合理[11].由上文爆破參數(shù)表1及爆破效果圖3可以推斷,原因一、二、三基本可以排除,于是此次爆破設(shè)置排與排之間采用65 ms抗水毫秒導(dǎo)爆管雷管,使爆破前排孔有足夠的時間向前推出,繼而為后排孔向前推出提供空間.優(yōu)化后的爆破網(wǎng)路如圖6所示.

4 優(yōu)化前后爆破效果對比

爆破效果對比如圖7所示,從圖7可以看出,優(yōu)化后的爆破大塊率明顯降低,但優(yōu)化后爆破現(xiàn)場仍然存在少許大塊,此大塊產(chǎn)生原因可能為軟硬交界面,因為硬軟巖分界面相當(dāng)于自由面,對應(yīng)力波起到卸載作用,加上巖石軟硬程度的變化,使其碰撞破碎效應(yīng)減弱,因而產(chǎn)生較多大塊.在這些區(qū)域,可根據(jù)軟硬巖層的位置,合理調(diào)整鉆孔深度或增加輔助孔來改善爆破效果.

圖7 改善前后爆破效果對比

5 結(jié) 論

(1)根據(jù)初始設(shè)計方案進行爆破,通過爆破效果圖,分析了產(chǎn)生爆破大塊的原因:一是臺階坡面的大塊;二是臺階頂部的大塊,并對其分別進行了優(yōu)化,采用分段裝藥結(jié)構(gòu),加大排間延時時間為65 ms.

(2)對比優(yōu)化前后爆破效果,結(jié)果表明優(yōu)化后的技術(shù)方案爆破大塊率明顯降低,但仍然存在少許大塊,分析其原因可能由軟硬交界面處產(chǎn)生,建議根據(jù)軟硬巖層的位置,合理調(diào)整鉆孔深度或增加輔助孔來改善爆破效果.

[1] 王繼峰.工程爆破技術(shù)發(fā)展與展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2007(09):6G9.

[2] 陳家鈞.露天爆破安全管理與控制問題探討[J].爆破,2000(S1):266G271.

[3] 雷 振,楊仁樹,陶鐵軍.基于未確知測度理論的臺階爆破效果綜合評價[J].煤炭學(xué)報,2015(02):353G359.

[4] 朱必勇.基于未確知測度理論的露天礦深孔爆破效果評價[J].爆破,2015(01):141G145.

[5] 張欽禮,鄭晶晶,張德明,等.新橋硫鐵礦鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化試驗研究[J].爆破,2009(03):1G5.

[6] 王創(chuàng)業(yè),張飛天,韓萬東.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的露天礦爆破參數(shù)優(yōu)化研究[J].金屬礦山,2011(03):57G59.

[7] 王新忠,孫德勝.中深孔鑿巖爆破參數(shù)優(yōu)化的試驗與研究[J].有色金屬(礦山部分),2005(04):14G16.

[8] 衣 瑛.露天礦深孔爆破參數(shù)優(yōu)化的實踐[J].采礦技術(shù),2008,8(03):131G132.

[9] 徐全耀.露天礦不良爆破現(xiàn)象產(chǎn)生的原因與對策[J].露天采礦技術(shù),2008(04):20G21.

[10] 何廣帥.拉樹山礦露天爆破大塊率高的原因及處理方法[J].礦業(yè)工程,2016(01):51G52.

[11] 郭躍良.露天臺階爆破分段裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)的探討[J].長沙礦山研究院季刊,1989(04):10G14.

[12] 侯云杰.深孔爆破裝藥結(jié)構(gòu)的研究與實踐[J].水泥,1981(09):24G27.