張崗濤，邱德如，鄭欽源，張昆昆，江 健，張兵兵

(廣東宏大爆破股份有限公司，廣州510623)

露天礦山占地規(guī)模較大，受制于氣候條件及地質(zhì)條件的變化，局部裂隙發(fā)育區(qū)域存在較多的水孔，一般是指炮孔內(nèi)含水的高度達(dá)到藥柱高度的30%以上，而含水孔與普通干燥孔在相同爆破參數(shù)作用下，水孔的爆破效果明顯較差。其施工工序復(fù)雜、填塞質(zhì)量難以保證、根底及大塊率高，甚至引起拒爆現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到礦山的安全生產(chǎn)。同時(shí)水孔基本上采用乳化炸藥進(jìn)行裝填，導(dǎo)致作業(yè)效率不高，且爆破成本較高[1-3]。為了改善水孔爆破效果，許多專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究?？顾哉ㄋ幍难芯恳延辛溯^大的進(jìn)步，如成品乳化炸藥、混裝乳化炸藥等可在水孔中較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)于改善爆破效果作用明顯[4-5]。但成品乳化炸藥在水孔也可能存在破損的情況，一定程度上影響了爆破效果[6]。針對(duì)水孔的諸多不利影響，也催生了較多的預(yù)防及治理措施，如采用防水性能更好的導(dǎo)爆索進(jìn)行引爆[7]、借助排水設(shè)備及時(shí)將炮孔內(nèi)水量排出、孔底間隔裝藥[8]、吊袋法裝藥[9]等，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明，均有一定的效果。而水作為不可壓縮介質(zhì)，利用其自身的緩沖特性，也可延長(zhǎng)炸藥在炮孔內(nèi)的作用時(shí)間，從而提高炸藥的利用率。水墊層技術(shù)正是利用這一原理，其相當(dāng)于一個(gè)再生藥包，有效地延長(zhǎng)了炸藥藥柱爆破時(shí)間，對(duì)于改善水孔根底及大塊率問(wèn)題效果顯著[10]。加強(qiáng)水封塞爆破通過(guò)在水與填塞材料之間放置加強(qiáng)封塞藥包[11]，并早于主藥包起爆，可起到超前壓實(shí)的效果，使得爆破能量的釋放更為充分，改善了爆破效果。

但在銨油炸藥在水孔應(yīng)用方面，由于銨油炸藥自身組成結(jié)構(gòu)的影響，吸濕性現(xiàn)象明顯，在水孔中難以保持干燥穩(wěn)定狀態(tài)[12-15]。而其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本很低，經(jīng)濟(jì)性更好，故如何能夠在水孔爆破中采用銨油炸藥，有著一定的研究意義和實(shí)際價(jià)值。

1 試驗(yàn)背景

大寶山露天礦山為多金屬礦，富含鐵、銅、硫、鉛、鋅等礦石，具有較高的開(kāi)采價(jià)值。其占地規(guī)模大，氣候?qū)儆谥衼啛釒駶?rùn)型季風(fēng)氣候區(qū)，一年四季均受季風(fēng)影響，常年雨水較多，由于巖層的裂隙發(fā)育情況明顯，在進(jìn)行鉆機(jī)鉆孔時(shí)，發(fā)現(xiàn)爆區(qū)的鉆孔含水量較多，對(duì)爆破施工效率產(chǎn)生了不利影響。在水孔裝藥時(shí)，主要采用成品乳化炸藥，由于乳化炸藥的成本相對(duì)較高，導(dǎo)致爆破成本居高不下，且爆破質(zhì)量也不夠理想，存在水孔所在區(qū)域大塊率偏高及根底現(xiàn)象。為了尋找經(jīng)濟(jì)性更好的可替代性爆破方案，既需要在水孔中保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)，也需要保證爆破施工效果，故嘗試進(jìn)行了袋裝條狀銨油的水孔爆破試驗(yàn)。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前，先在室內(nèi)進(jìn)行了密封性試驗(yàn)及施工效率檢查試驗(yàn)，最后將試驗(yàn)成品應(yīng)用于少量的水孔。

2 袋裝條狀銨油密封性試驗(yàn)

考慮到炮孔內(nèi)水的存在，需要分析多孔粒狀銨油炸藥裝入自制袋子內(nèi)在自來(lái)水及施工現(xiàn)場(chǎng)水孔一段時(shí)間內(nèi)的密封性；此外，需要確定多孔粒狀銨油炸藥裝入袋內(nèi)能沉下水里時(shí)銨油與礦石的合理質(zhì)量比。將制作好的袋裝銨油炸藥分為A、B兩組，每組各3 條，分別放置在自來(lái)水和施工現(xiàn)場(chǎng)的水孔中。試驗(yàn)階段每組試驗(yàn)品完全浸泡在水里，并每隔1 h定時(shí)稱(chēng)重、測(cè)量和觀察記錄，通過(guò)對(duì)比各個(gè)時(shí)間段樣品的質(zhì)量變化和藥柱長(zhǎng)度變化判斷密封效果，并進(jìn)行形態(tài)觀察。

2.1 試驗(yàn)步驟

1)試驗(yàn)品制作。袋子的規(guī)格為長(zhǎng)度80 cm、直徑100 mm，將袋子一端用封口機(jī)做密封處理，并在60 cm(原始藥柱長(zhǎng)度)處作好標(biāo)記；灌入銨油炸藥直至標(biāo)記處，當(dāng)灌至一半位置處將稱(chēng)重好的小直徑礦石放入袋中，用捆扎條進(jìn)行密封，進(jìn)行稱(chēng)重及編號(hào)。

2)室內(nèi)測(cè)試。采用規(guī)格為直徑1.2 m、高1.4 m的大桶盛放不少于1.0 m深的自來(lái)水；將A組的試驗(yàn)品完全浸泡于大桶水中；每隔1 h進(jìn)行試驗(yàn)品提取，用毛巾擦干表面水珠，先觀察外觀，再進(jìn)行稱(chēng)重和測(cè)量藥柱長(zhǎng)度；4 h后劃開(kāi)袋子，觀察銨油炸藥的進(jìn)水情況。

3)現(xiàn)場(chǎng)觀察。在礦區(qū)內(nèi)預(yù)先確定3 個(gè)水孔，并測(cè)量實(shí)際孔深和孔內(nèi)水位情況；將B組的試驗(yàn)分別吊裝入水孔內(nèi)；每隔1 h將試驗(yàn)品提取，用毛巾擦干表面水珠，先觀察然后進(jìn)行稱(chēng)重和測(cè)量藥柱長(zhǎng)度；等待4 h后將袋子劃開(kāi)，觀察袋裝銨油炸藥的進(jìn)水情況。

銨油理論密度約為0.85 kg/m3，夾雜礦石密度為3.3 kg/m3，自來(lái)水密度為1.0 kg/m3，由此確定了銨油與礦石質(zhì)量比約為3∶1。試驗(yàn)中也要對(duì)該數(shù)值在實(shí)際水孔中的比例進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整，樣品提取及下放過(guò)程需輕拿輕放，避免損壞試驗(yàn)品。樣品密封性統(tǒng)計(jì)如表1所示。

2.2 試驗(yàn)情況及結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)此次試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)全過(guò)程的觀察，發(fā)現(xiàn)A組的樣品A2在1 h后發(fā)現(xiàn)底部破裂，4 h后銨油溶解一半；樣品A3剛放入水中有輕微上浮。B組的樣品B1下沉較緩慢，2 h后提取發(fā)現(xiàn)孔壁將袋子損壞；樣品B2下沉非常緩慢。樣品B3放入水孔，下沉4/5炮孔深度后不再下沉。由此得出以下幾個(gè)結(jié)論：

1)銨油炸藥與礦石的質(zhì)量比在自然水與在施工現(xiàn)場(chǎng)的水孔中有所區(qū)別，在自來(lái)水中其質(zhì)量比大于在施工現(xiàn)場(chǎng)的水孔中，故在后續(xù)試驗(yàn)中宜采用銨油與礦石為2.9∶1的質(zhì)量比的試驗(yàn)方案。袋裝銨油捆扎帶密封一側(cè)，正方向浸入水中，無(wú)明顯進(jìn)水現(xiàn)象，表明密封性良好，而封口機(jī)密封的底部容易裂開(kāi)。

表1 樣品密封性情況Table 1 Sample sealing conditions

2)在自來(lái)水中袋子不容易損壞，總質(zhì)量增加量極少，藥柱長(zhǎng)度變化不明顯，密封性良好；在施工現(xiàn)場(chǎng)的水孔內(nèi)3 個(gè)樣品質(zhì)量都有增加，藥柱有所減少，受爆生氣體影響，袋子上端有所膨脹，表明樣品內(nèi)存在不同程度的進(jìn)水現(xiàn)象。除B1樣品之外，發(fā)現(xiàn)袋裝銨油炸藥底部一半藥柱潮濕，上部藥柱無(wú)明顯進(jìn)水現(xiàn)象，故接下來(lái)應(yīng)改進(jìn)袋子底部的密封性。

3)實(shí)際施工中，要達(dá)到2.9∶1的質(zhì)量比才可使袋裝銨油較快地下沉至孔底，若要大量使用袋裝銨油，需要的礦石總量較多，一定程度上可能影響延米裝藥量及爆破孔網(wǎng)參數(shù)。

3 袋裝銨油炸藥裝藥效率試驗(yàn)

在密封性得到保證后，需要進(jìn)一步分析采用袋裝銨油炸藥對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)裝藥效率的影響程度?；诖四康模b銨油炸藥裝藥效率試驗(yàn)分為3 組。試驗(yàn)品制作與密封性測(cè)試階段的試驗(yàn)品基本相同，區(qū)別在于將改進(jìn)了封口機(jī)密封一側(cè)改為電工膠帶密封處理，且灌裝好的袋裝銨油炸藥與礦石質(zhì)量比為2.9∶1。

3.1 試驗(yàn)步驟

1)A組制作袋裝銨油炸藥若干條，在爆破區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取2 個(gè)水孔進(jìn)行裝填。裝填前，首先用皮尺測(cè)量孔深、孔內(nèi)水深及袋裝銨油炸藥長(zhǎng)度，做好記錄，并檢查炸藥是否沉入孔底。

2)B組準(zhǔn)備乳化炸藥4 條，制作袋裝銨油炸藥4 條，在爆破區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取8 個(gè)水孔，測(cè)量出孔深及孔內(nèi)水深，并計(jì)算裝填至開(kāi)始接觸孔內(nèi)水到沉入孔底的下沉速率。

3)C組準(zhǔn)備乳化炸藥若干條，制作袋裝銨油炸藥若干條，在單個(gè)爆破區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選取2 個(gè)孔深及孔內(nèi)水位較為接近的水孔進(jìn)行裝填，測(cè)算完成需要的時(shí)間，進(jìn)而得出實(shí)際操作中使用不同的炸藥進(jìn)行裝填的效率。

在試驗(yàn)中，應(yīng)注意炸藥裝填過(guò)程輕拿輕放，避免損壞試驗(yàn)品；試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確，尤其是A組，務(wù)必及時(shí)記錄袋裝銨油炸藥裝填之后的孔深并進(jìn)行檢查；B組試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)務(wù)必選取孔深和孔內(nèi)水深近似的炮孔，以消除孔深和孔內(nèi)水深大小不一對(duì)裝填效率的影響。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)及分析

3.2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況

三組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況如表2、表3及表4所示。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1)試驗(yàn)采用的袋裝銨油炸藥在孔深14 m、水深8～10 m的水孔中均可沉入水底，表明采用銨油與礦石質(zhì)量比為2.9∶1的袋裝銨油炸藥可以實(shí)現(xiàn)水孔的合理裝填。

表2 A組試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics table of group A experimental data

表3 B組試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics table of Group B experimental data

表4 C組試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistics table of Group C experimental data

2)條狀乳化炸藥在孔內(nèi)水中下沉平均速率為0.275 m/s，而銨油與礦石質(zhì)量比為2.9∶1的袋裝銨油炸藥在孔內(nèi)水中下沉平均速率為0.362 m/s，高于條狀乳化炸藥約3%。

3)實(shí)際裝填過(guò)程中，為防止銨油袋子密封性出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致炸藥進(jìn)水失效，需要單條逐一吊裝，防止劃破銨油袋，無(wú)形中增加了裝藥所需要的時(shí)間，每孔平均所用時(shí)間為10分30秒。相比較于乳化炸藥裝填時(shí)間有所增加，原因在于二者所用的吊繩不同，導(dǎo)致實(shí)際工作中袋裝銨油炸藥的裝填效率低于采用乳化炸藥裝填。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果分析

選擇地層含水豐富且?guī)r石較軟的區(qū)域，布置5 個(gè)孔的小范圍爆區(qū)，提前制作好足量的袋裝條狀銨油炸藥試驗(yàn)品，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤穿孔情況，作好驗(yàn)孔記錄，如表5所示。臺(tái)階高度為12 m，施工中水孔的孔徑為140 mm，為了克服巖石的夾制作用，超深為1.5 m，平均孔深14.3 m。最小抵抗線(xiàn)為3.3 m，孔網(wǎng)參數(shù)為5.3 m×3.3 m，條狀乳化及混裝銨油用量分別為120 kg、271 kg，設(shè)計(jì)炸藥單耗為0.35 kg/m3。最大單孔裝藥量79 kg，最大單響藥量為238 kg，裝藥結(jié)構(gòu)為底部1 箱Φ110 mm規(guī)格的條狀乳化炸藥，上部吊裝袋裝銨油炸藥，填塞4.5 m，按要求做好爆破各工序工作。采用段別為MS2、MS4的非電導(dǎo)爆管雷管引爆，共計(jì)10 發(fā)。炮孔布置如圖1所示，袋裝條狀銨油炸藥樣品如圖2所示。

表5 驗(yàn)孔記錄表Table 5 Holes check record table

圖1 炮孔布置圖Fig.1 Blast hole layout

圖2 袋裝條狀銨油炸藥Fig.2 Bagged ammonium explosive

根據(jù)爆破瞬間錄像觀察得知，爆區(qū)整體推動(dòng)現(xiàn)象不明顯，表明炸藥裝填量存在不足。爆堆正面基本沒(méi)有推出，且前排孔上部分塌落少部分巖石，表面只出現(xiàn)較小的裂縫；爆堆側(cè)面底部出現(xiàn)裂隙，但并沒(méi)有明顯推出跡象。究其原因可能在于爆破孔網(wǎng)參數(shù)比先前水孔單純使用乳化炸藥有所縮小。炸藥單耗為0.35 kg/m3，使用銨油后炸藥成本有所降低，但延米爆破量減小較多，相當(dāng)于將爆破實(shí)際成本轉(zhuǎn)移到鉆孔上。爆破效果一般，增加了挖裝及穿孔成本，綜合成本相比較于單純用乳化炸藥而言，并沒(méi)有顯著降低。實(shí)際施工中，在孔內(nèi)水位不深時(shí)，先利用乳化炸藥裝填，達(dá)到排出孔內(nèi)水的目的，再使用袋裝條狀銨油炸藥時(shí)，可避免孔內(nèi)裂隙漏掉導(dǎo)致的炸藥浪費(fèi)，爆破效果良好。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)袋裝條狀乳化炸藥的密封性及裝填效率分析得知，表明通過(guò)有效的技術(shù)手段，可以達(dá)到快速密封處理的目的，并選取了少量的炮孔進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1)袋裝條狀銨油炸藥通過(guò)使用韌性好、厚度較厚的材料對(duì)封口進(jìn)行密封處理，可以達(dá)到良好的密封效果，保證銨油炸藥在水孔內(nèi)4 h不失效。

2)實(shí)際操作過(guò)程中，袋裝條狀銨油炸藥的裝填效率受制于炮孔質(zhì)量及密封性質(zhì)量限制，略低于采用條狀乳化炸藥裝填效率。

3)在縮小爆破孔網(wǎng)參數(shù)情況下，使用袋裝銨油炸藥爆破后的效果差，爆區(qū)整體沒(méi)有推動(dòng)，表明炸藥藥量不足。采用袋裝條狀銨油炸藥成本顯著降低，但延米爆破量減小較多，綜合成本有所提高，表明應(yīng)用效果不夠理想。