黃志堅,楊明東
(南京安吉特礦山工程有限公司,江蘇 南京 210000)
數(shù)碼電子雷管是一種采用電子控制模塊取代傳統(tǒng)延期藥實現(xiàn)精準(zhǔn)延時的新型起爆器材。20 世紀(jì)80年代初,南非AEL 和瑞典Dynamit Nobel 公司分別發(fā)布了各自的第一代電子延時起爆系統(tǒng)Dynatronie和ExExl000[1]。1999 年德國Dynamit Nobel 公司和澳大利亞Orica 研制開發(fā)出I-Kon 電子起爆系統(tǒng)(即EBS),陸續(xù)出現(xiàn)了其他種類的數(shù)碼電子雷管系統(tǒng),如EDD、Smartdet、Electrodet 數(shù)碼電子雷管系統(tǒng)[2]。我國數(shù)碼電子雷管的研究工作于20 世紀(jì)90 年代末期開始。2006 年6 月6 日,葛洲壩易普力公司成功將數(shù)碼電子雷管應(yīng)用于三峽工程三期RCC 圍堰拆除爆破[3],開啟了國內(nèi)數(shù)碼電子雷管技術(shù)蓬勃發(fā)展的序幕。目前,我國對民爆物品使用的安全管控需求日益迫切,數(shù)碼電子雷管的出現(xiàn),滿足了國家精準(zhǔn)管控要求,在爆破工程中應(yīng)用將越來越多[4]。
隨著爆破工程技術(shù)的發(fā)展,數(shù)碼電子雷管得益于其自身精確度高、安全性好、操作簡單、能極大優(yōu)化爆破方案等優(yōu)點[5-8],得到了公安部和全國爆協(xié)的大力推廣。南京安吉特礦山工程有限公司是南京地區(qū)首家將數(shù)碼電子雷管應(yīng)用于露天石灰石礦山中深孔爆破工程的爆破公司,在實際操作過程中,通過多次參數(shù)優(yōu)化,取得了較好的爆破效果。
江蘇信寧水泥寶塔山石灰石礦位于南京市浦口區(qū)星甸街道,周邊環(huán)境簡單,礦區(qū)東側(cè)約3 km 為老山生態(tài)風(fēng)景區(qū),礦區(qū)距寧合高速公路最近為1.5 km,最近工業(yè)廠房距離為400 m,2 km 內(nèi)無居民居住,僅1 條進(jìn)礦道路,方便警戒。寶塔山石灰石礦采用露天臺階式自上而下分層開采,采場臺階高度15 m,最低開采標(biāo)高+30 m,最小工作平臺寬度大于40 m,礦山邊坡角度控制在65°以內(nèi),作業(yè)幫角度70°以內(nèi),終了邊坡清掃平臺8 m,安全平臺4 m,間隔設(shè)置。礦山開采采取“邊開采,邊治理,邊復(fù)綠”的原則,最大程度避免對周圍環(huán)境的破壞,本著“著力打造綠色環(huán)保生態(tài)型智慧礦山”的理念,南京安吉特礦山工程有限公司通過10 余年的建設(shè),已將江蘇信寧寶塔山石灰石礦打造成為了南京地區(qū)露天礦山的標(biāo)桿。爆破周邊地理環(huán)境示意圖如圖1。
圖1 爆破周邊地理環(huán)境示意圖
礦層內(nèi)石灰?guī)r主礦層是震且系上統(tǒng)黃墟組上段下層內(nèi)3 層礦,礦層礦石抗壓強度大于60 MPa,抗剪強度為7.15~12.08 MPa,屬于堅硬巖層,平均RQD 值大于50,巖體完整性中等??傮w上礦區(qū)內(nèi)石灰?guī)r內(nèi)3 個礦層中一般巖性單一,極少含泥頁巖夾層,但3 層礦之間夾中薄層泥灰?guī)r、泥頁巖,厚度一般為40~60 m,為2 個軟弱夾層。礦區(qū)工程地質(zhì)條件中等復(fù)雜。礦區(qū)發(fā)有1 組走向北西-南東的垂直巖溶裂隙,對礦體開采邊坡的定性有一定的影響,礦區(qū)局部巖溶發(fā)育,背斜核部轉(zhuǎn)折段發(fā)育溶洞,采取預(yù)防措施后未對施工開采造成影響。
工程采用的是南京理工科技化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的數(shù)碼電子雷管,數(shù)碼電子雷管性能[9-11]如下:
1)抗震性能。在震動試驗機上震動10 min 后,不發(fā)生爆炸、結(jié)構(gòu)松散或損壞現(xiàn)象。
2)起爆能力。起爆后能炸穿5 mm 厚鉛板,穿孔直徑不小于數(shù)碼電子雷管外徑。
3)延時精度??稍?~21 000 ms 范圍內(nèi)1 ms 為間隔任意設(shè)置。在-20、70 ℃及常溫試驗條件下延期時間精度為:0~150 ms 時的誤差小于1.5 ms,151~21 000 ms 時的誤差小于1%。
4)抗水性能。常溫下,將數(shù)碼電子雷管浸入壓力為(0.05±0.002)MPa 的水中保持4 h 取出后,數(shù)碼電子雷管能正常起爆。
5)耐溫性能。數(shù)碼電子雷管在-40 ℃~85 ℃的環(huán)境中保持4 h,取出后能正常起爆。
6)抗拉性能。數(shù)碼電子雷管在19.6 N 的靜拉力作用下持續(xù)1 min,數(shù)碼電子雷管密封塞和腳線不發(fā)生目視可見的損環(huán)和移動,數(shù)碼電子雷管能正常起爆。
7)抗直流性能。向數(shù)碼電子雷管施加48 V 直流電壓,保持10 s,數(shù)碼電子雷管不發(fā)生爆炸。
8)抗交流性能。向數(shù)碼電子雷管施加220 V、50 Hz 交流電壓,保持10 s,數(shù)碼電子雷管不發(fā)生爆炸。
該型數(shù)碼電子雷管抗靜電、抗雜散電流、抗射頻、抗交直流等性能良好,其采用內(nèi)置專有ID 及密碼,必須采用專用且授權(quán)過的起爆設(shè)備和密鑰起爆,在系統(tǒng)連接形成起爆網(wǎng)路后,起爆手持機可對全網(wǎng)路的安全性和可靠性進(jìn)行檢測,確保每發(fā)數(shù)碼電子雷管都處于正??善鸨瑺顟B(tài),故障率低,能較大滿足本工程的爆破需要。
數(shù)碼電子雷管起爆操作流程如圖2。
圖2 起爆流程示意圖
為了更有效的將礦石科學(xué)的開采出來,方便運輸和加工,就需要爆破出來的石方大塊率和根底率要小,并且最大限度的減少爆破危害效應(yīng)。南京安吉特礦山工程有限公司通過多次應(yīng)用實踐,調(diào)整爆破參數(shù),控制爆破危害效應(yīng),以達(dá)到經(jīng)濟、科學(xué)的開發(fā)礦山。本礦山采用逐孔起爆的方式爆破,現(xiàn)場炮孔多采用三角形布置,寬孔距窄排距,通過多次調(diào)整目前采用的爆破各項參數(shù)如下:①臺階設(shè)計高度H 為15 m;②底盤抵抗線W 為5~6 m;③本工程使用阿特拉斯?jié)摽足@機,鉆孔直徑為140 mm;④超深h 為1.5~2 m;⑤孔距a 為6.5 m;⑥排距b 為4 m;⑦一次最大起爆藥量Q 為160 kg;⑧填塞長度L 為5~7 m。
根據(jù)爆破現(xiàn)場周邊環(huán)境和保護(hù)對象,本爆破工程的危害效應(yīng)僅考慮防護(hù)爆破地震波和爆破飛石,爆破空氣沖擊波和噪音強度很小,不對其進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)爆破振動速度V 公式:
式中:Q 為起爆藥量,160 kg;R 為爆破震動點到建筑物的最近距離,按本工程建筑物距爆破位置最近為400 m 計算;V 為工業(yè)廠房安全允許的最大質(zhì)點振動速度,按GB 6722—2014 爆破安全規(guī)程規(guī)定,工業(yè)廠房安全振速為3 cm/s;K 為與巖石、爆破方案等因素有關(guān)的系數(shù),本工程取170;α 為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù),本工程取1.5。
由式(1)可得:
將以上數(shù)據(jù)代入式(2)計算可得,距離爆破中心400 m 處的建筑物振動速度為0.27 cm/s。
現(xiàn)場技術(shù)人員采用TC-4850 爆破測振儀記錄爆破振動數(shù)據(jù),測振的爆破測振圖如圖3,通過研究測振圖發(fā)現(xiàn)最大爆破振速不大于0.28 cm/s,與理論計算數(shù)值相符。
根據(jù)GB 6722—2014 爆破安全規(guī)程各種建筑物的爆破振動安全允許振速標(biāo)準(zhǔn)見表1。
理論計算數(shù)值和儀器測量數(shù)值對比表1 發(fā)現(xiàn),理論計算數(shù)值和儀器測量數(shù)值均遠(yuǎn)小于爆破振動安全允許值,故證明采用該爆破方案能保證爆破產(chǎn)生的地震波不會對最近400 m 處工業(yè)廠房產(chǎn)生危害。進(jìn)一步論證了采用數(shù)碼電子雷管爆破能有效控制爆破振動,使爆破產(chǎn)生的危害效應(yīng)對周邊的影響更小。
圖3 爆破測振圖
表1 爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)
通過近1 年多的實際應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)采用數(shù)碼電子雷管逐孔起爆技術(shù)爆破效果比普通導(dǎo)爆管雷管更好。爆后爆堆集中無飛石,呈自然塌落狀;現(xiàn)場振感不明顯;爆破石方的破碎度更高,未發(fā)現(xiàn)直徑100 cm 以上大塊,便于挖裝、運輸和后續(xù)加工。數(shù)碼電子雷管的連線作業(yè)比導(dǎo)爆管雷管更加方便快捷,連線后能對整個爆破網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試,保證整個網(wǎng)絡(luò)暢通。使用傳統(tǒng)導(dǎo)爆管雷管作業(yè)不可避免的會產(chǎn)生盲炮事件,在寶塔山石灰石礦開采中,通過使用數(shù)碼電子雷管在近千次的爆破作業(yè)中沒有發(fā)生盲炮事件,有效的減少了盲炮處理流程和工作量。爆破作業(yè)中孔內(nèi)僅需使用一發(fā)數(shù)碼電子雷管,孔外無需使用延期雷管,也能有效的節(jié)省了成本。
1)南京安吉特礦山工程有限公司在爆破作業(yè)中數(shù)碼電子雷管的成熟應(yīng)用,高效科學(xué)的完成了露天石灰石礦的開采任務(wù),為數(shù)碼電子雷管的大面積推廣使用積累了經(jīng)驗。
2)相比較傳統(tǒng)的導(dǎo)爆管雷管,采用數(shù)碼電子雷管能有效的降低大塊率、根底率和盲炮率,可大大減少雷管的使用數(shù)量,有效的降低了成本,取得了良好的經(jīng)濟效益。
3)數(shù)碼電子雷管在露天礦山爆破中成功的應(yīng)用,證明數(shù)碼電子雷管的優(yōu)越性,也將逐步替代導(dǎo)爆管雷管,更加有效的推動行業(yè)發(fā)展。