王壟,柏樹(shù)豐,王天龍,嚴(yán)頔

(云南磷化集團(tuán)有限公司,云南 昆明 650600)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)露天礦臺(tái)階爆破向設(shè)備大型化、裝藥自動(dòng)化方向發(fā)展,大孔徑深孔爆破在礦山生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,爆破質(zhì)量、效率及安全性有了較大改善,取得了一定效果。但露天礦深孔臺(tái)階爆破過(guò)程中,受大氣降水或地下水發(fā)育補(bǔ)給、孔隙含水等因素影響,經(jīng)常出現(xiàn)水孔,有相當(dāng)一部分露天礦或采石場(chǎng)的水孔爆破經(jīng)常出現(xiàn)拒爆、沖孔、根底、大塊率高等情況,爆破效果得不到保證。生產(chǎn)實(shí)際中多采取抽排水措施來(lái)消除水孔的不利影響,但實(shí)際效果隨排水效率和現(xiàn)場(chǎng)情況的不同差異較大,爆破質(zhì)量也未能從根本上得到改善。

長(zhǎng)期以來(lái),隨著常規(guī)水壓爆破理論研究和實(shí)際應(yīng)用的不斷發(fā)展,對(duì)利用水作為耦合介質(zhì)的耦合爆破技術(shù)的研究逐漸深入,并取得較多成果[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究認(rèn)為[2-4],水相對(duì)于空氣介質(zhì)密度較大,可壓縮性相對(duì)較差,在炸藥爆轟瞬間,在孔內(nèi)水介質(zhì)中產(chǎn)生的高強(qiáng)度沖擊波顯著高于空氣介質(zhì),與空氣、細(xì)沙等惰性耦合介質(zhì)相比,用水介質(zhì)耦合時(shí)可增大孔間距50%～70%,或可減少裝藥50%。黃年輝[5]研究表明,水介質(zhì)耦合爆破沖擊波傳載損耗小,炮孔內(nèi)壓力持續(xù)作用時(shí)間長(zhǎng)。冉恒謙等[1]研究了水介質(zhì)耦合動(dòng)水壓力破巖作用,測(cè)試分析了爆生氣體后續(xù)膨脹擠壓作用下水介質(zhì)壓力變化規(guī)律。尹根成等[6]通過(guò)對(duì)水壓爆破機(jī)理的研究表明,藥柱爆轟波在水中形成沖擊波到達(dá)孔壁時(shí)發(fā)生反射,反射波傳到分界面后,水介質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)靜壓力狀態(tài),在反射波-準(zhǔn)靜壓力共同作用下,孔壁巖體發(fā)生振動(dòng)、變形和產(chǎn)生初始裂紋,而透射應(yīng)力波壓縮巖體產(chǎn)生切向拉伸應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于巖石動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度時(shí),巖體產(chǎn)生徑向裂紋。趙華兵等[7]證明了水介質(zhì)耦合爆破能顯著提高炸藥利用率和破巖能力。楊敬軒等[8]圍繞圍巖裂隙充水承壓爆破控制機(jī)理,開(kāi)展了系列試驗(yàn)研究,并建立了承壓爆破力學(xué)機(jī)制模型,提出了波動(dòng)傳載先導(dǎo)破巖與聯(lián)合傳爆介質(zhì)后續(xù)膨脹擠壓增裂原理,并取得了良好效果。

針對(duì)大型露天礦富水區(qū)臺(tái)階深孔爆破,抽排水不僅增加成本和工作量,同時(shí)受地形和采場(chǎng)排水系統(tǒng)布設(shè)的制約,效果往往不及預(yù)期。以云南磷化集團(tuán)某礦山富水區(qū)礦巖臺(tái)階爆破工程為例,在總結(jié)吸收前人水壓爆破優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上,對(duì)影響水孔爆破效果的原因和充水炮孔水耦合爆破機(jī)理進(jìn)行了理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

1 工程概況

云南磷化集團(tuán)公司的某大型露天礦山的采場(chǎng)臺(tái)階高度為10 m,鉆孔設(shè)備采用Φ150 mm 潛孔鉆機(jī),鉆孔深度為9.6～11 m(超深1.0 m)。近年來(lái),隨著開(kāi)采水平不斷下降,深部礦巖體巖溶裂隙水和碎屑巖裂隙水發(fā)育,并受區(qū)域震旦系上統(tǒng)燈影組(zbdn)含水層控制,作為深部礦巖體水的補(bǔ)給來(lái)源,巖層中巖溶、裂隙發(fā)育,地下水動(dòng)態(tài)穩(wěn)定,致使主要采坑內(nèi)積水嚴(yán)重,雖然布置了抽水設(shè)備設(shè)施,但坑底礦巖工作面徑流明顯,極大地影響了露天爆破作業(yè)和爆破效果。因此,分析和優(yōu)化水孔爆破參數(shù),對(duì)改善露天水孔爆破效果,提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。目前采用的主要爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 爆破技術(shù)參數(shù)

2 富水區(qū)充水炮孔對(duì)爆破效果影響分析

2.1 水孔影響爆破效果的原因分析

富水區(qū)現(xiàn)場(chǎng)水孔爆破的實(shí)施,按耦合裝藥條件下的無(wú)水干孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì),沒(méi)有考慮水對(duì)穿孔質(zhì)量的影響,以及爆破過(guò)程中水介質(zhì)的作用及水介質(zhì)對(duì)礦巖介質(zhì)的影響,忽視了在水孔環(huán)境下爆炸作用對(duì)周?chē)鷰r石破壞范圍和效果的影響,導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)沖孔、大塊、根底等現(xiàn)象,使炸藥的爆炸能量沒(méi)有得到充分的利用,具體原因如下。

(1) 孔網(wǎng)參數(shù)不合理,有效孔深不夠。水介質(zhì)相對(duì)于空氣介質(zhì)密度較大,可壓縮性相對(duì)較差,在炸藥爆轟瞬間,孔內(nèi)水介質(zhì)中產(chǎn)生的高強(qiáng)度沖擊波顯著高于空氣介質(zhì)。大氣壓條件下水介質(zhì)沖擊波初始?jí)毫?04MPa,而空氣介質(zhì)中沖擊波初始?jí)毫s為80～130 MPa。采用水介質(zhì)可明顯提高炸藥能量的介質(zhì)傳載效率,從而提高炸藥能量利用率。在實(shí)際施工中未考慮水孔爆破在人工裝藥條件下須采用徑向不耦合裝藥,從而選擇的炸藥單耗、單孔裝藥量等參數(shù)值偏大并高于實(shí)際需要;反之,采用耦合裝藥條件下的無(wú)水干孔孔網(wǎng)參數(shù)可能與實(shí)際相比偏小,對(duì)孔網(wǎng)參數(shù)值應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。

當(dāng)在含水量較大或涌水的巖層中穿孔作業(yè)時(shí),由于孔壁周?chē)鷰r縫中靜水壓力作用,使鉆機(jī)排碴困難,當(dāng)鉆桿從鉆孔中提出后,未排出的巖碴又落回孔底,使得穿孔深度小于炮孔設(shè)計(jì)深度,導(dǎo)致炮孔有效深度不夠。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì),富水區(qū)炮孔內(nèi)未清巖碴占鉆進(jìn)孔深的4%～8%,平均約為0.55 m。另外,在設(shè)計(jì)單孔藥量確定的情況下,由于炮孔內(nèi)水的浮力作用以及巖粉與水容易生成泥漿,使炸藥不容易下沉,在事實(shí)上實(shí)現(xiàn)了不耦合裝藥,導(dǎo)致炮孔的線裝藥密度變小,實(shí)際為12.5 kg/m。裝藥長(zhǎng)度增大,多數(shù)炮孔堵塞長(zhǎng)度低于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度;堵塞長(zhǎng)度不足加之水流影響,造成沖孔率高達(dá)30%以上;爆后大塊、根底多。為了保證有效孔深,水孔的鉆孔深度應(yīng)大于設(shè)計(jì)孔深。

(2) 炸藥單耗不合理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石性質(zhì)選擇的炸藥單耗,未考慮爆破過(guò)程中水這種不可壓縮介質(zhì)的高波阻抗特征;未充分利用水介質(zhì)傳爆過(guò)程中自身消耗的變形能較少,波強(qiáng)度衰減較慢,介質(zhì)密度高,慣性大,爆轟產(chǎn)物在水介質(zhì)中膨脹時(shí)間明顯增加,爆轟波均勻傳載、沖擊波作用時(shí)間延長(zhǎng)和水楔作用對(duì)裂隙擴(kuò)展等有利于巖石破碎的積極因素,以及水介質(zhì)對(duì)礦巖介質(zhì)強(qiáng)度的影響,從而使得孔網(wǎng)參數(shù)可能與實(shí)際需要不相符,應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。

(3) 裝藥質(zhì)量差,拒爆現(xiàn)象偶有發(fā)生。對(duì)于水孔爆破,目前受裝藥方式限制,采用人工裝藥。裝藥的基本方法是:選定責(zé)任性較強(qiáng)的爆破員,用竹竿將藥卷緩慢壓入水孔內(nèi),并盡力使兩個(gè)藥卷卡在孔壁之間,確保藥卷間接觸和一定的裝藥長(zhǎng)度。受炮孔涌水和浮力作用,存在水中裝藥連續(xù)性中斷或起爆藥包雷管在裝藥過(guò)程中脫離的情況,偶爾會(huì)引起少量炮孔拒爆。另外,炮孔涌水和浮力作用對(duì)堵塞質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生不利影響。

以上問(wèn)題是導(dǎo)致水孔爆破根底、沖孔、大塊率高的根本原因。因此,為解決水孔爆破存在的問(wèn)題,提高水孔爆破質(zhì)量是很有必要的。

2.2 水對(duì)巖石強(qiáng)度的影響

在富水區(qū)域礦巖孔隙及裂隙中廣泛地存在水,在沖擊動(dòng)載作用下來(lái)不及排出或不易排出,產(chǎn)生裂隙水壓力,此時(shí)存在于巖石內(nèi)部的初始微裂紋端部處于受拉狀態(tài),破壞巖石的結(jié)構(gòu)連接,導(dǎo)致巖石有效應(yīng)力減小,從而降低了巖石的抗剪強(qiáng)度。

飽和多孔巖石的抗剪強(qiáng)度公式:

M-C主應(yīng)力表達(dá)式:

有效應(yīng)力表達(dá)式:

其中:

將式(4)代入式(3)后得:

由式(5)可知,-Pw(Nφ-1)恒為負(fù)值,說(shuō)明孔隙水壓力減小了抗剪強(qiáng)度中的摩擦阻力,其程度與孔隙水壓力大小有關(guān),隨著孔隙水壓力的增大,巖石強(qiáng)度降低。

2.3 炮孔充水時(shí)爆破機(jī)理分析

2.3.1 裝藥周邊水介質(zhì)沖擊傳載機(jī)理分析

采用人工裝藥時(shí),受成品藥包包裝及孔徑等限制,孔內(nèi)藥包之間、藥包與孔壁之間存在一定間隙,相當(dāng)于空氣介質(zhì)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。炮孔內(nèi)炸藥爆轟波及爆轟產(chǎn)物對(duì)空氣介質(zhì)的壓縮做功和產(chǎn)熱,導(dǎo)致空氣介質(zhì)對(duì)沖擊波傳載衰減程度遠(yuǎn)大于裝藥周邊水介質(zhì)的情況,而未發(fā)揮沖擊破巖作用。由于高壓條件下水介質(zhì)壓縮性不顯著,如在沖擊波波前過(guò)后水介質(zhì)壓力超過(guò)5 GPa 時(shí),水介質(zhì)密度達(dá)到1.5×103kg/m3,即使壓力達(dá)到25 GPa,水介質(zhì)密度也僅為1.85×103kg/m3。因?yàn)樗橘|(zhì)密度、波阻抗指標(biāo)值遠(yuǎn)大于空氣介質(zhì)相應(yīng)指標(biāo),水介質(zhì)的傳載效率高,爆炸能量傳遞損耗衰減少。

根據(jù)爆炸沖擊波理論,爆轟波入射到不同波阻抗兩介質(zhì)界面時(shí),將導(dǎo)致界面處出現(xiàn)反射沖擊波和透射沖擊波。爆轟沖擊波在裝藥和裝藥周邊兩種介質(zhì)面的反射系數(shù)F及透射系數(shù)T見(jiàn)式(6)。

式中,ρ1、ρ2分別為兩種不同介質(zhì)的密度,kg/m3;cp1、cp2分別為縱波傳播速度,m/s。

由式(6)可知,透射系數(shù)T恒大于零。當(dāng)裝藥周邊介質(zhì)波阻抗較小(ρ1cp1＞ρ2cp2)時(shí),入射爆轟波在兩介質(zhì)界面的反射系數(shù)F＜0,則進(jìn)入裝藥周邊介質(zhì)的沖擊波透射系數(shù)T＜1。這表明透射波的強(qiáng)度與入射波相比有所降低,其降低的幅度與進(jìn)入裝藥介質(zhì)的反射拉伸波的強(qiáng)度相當(dāng)。較之水介質(zhì),空氣介質(zhì)波阻抗值極小,導(dǎo)致裝藥周邊水介質(zhì)透射系數(shù)是空氣介質(zhì)的2倍,約為0.6,表明提高裝藥周邊介質(zhì)的波阻抗,有利于增加爆轟波對(duì)裝藥周邊介質(zhì)的作用強(qiáng)度,提高其在介質(zhì)層內(nèi)激起沖擊波的強(qiáng)度和破壞能力。增強(qiáng)的水介質(zhì)沖擊波有利于產(chǎn)生對(duì)孔壁圍巖破碎的導(dǎo)向作用。

研究表明,鉆孔中炸藥爆轟波的高速撞擊會(huì)在水介質(zhì)中激發(fā)高強(qiáng)度的沖擊波,使孔內(nèi)水處于高壓狀態(tài);高強(qiáng)度沖擊波后壓力隨傳載介質(zhì)初始密度的增加而近似呈線性增大,且當(dāng)達(dá)到一定值時(shí),沖擊波后壓力將達(dá)到甚至超過(guò)炸藥爆轟壓力;當(dāng)高強(qiáng)度沖擊波穿透有限厚度的水介質(zhì)進(jìn)入孔壁界面時(shí),其衰減量也很少,巖石透射沖擊波強(qiáng)度約為2～3 GPa,進(jìn)而對(duì)孔壁圍巖產(chǎn)生壓縮破壞作用;且孔壁圍巖波阻抗相對(duì)較大,在產(chǎn)生透射沖擊波的同時(shí),也產(chǎn)生一定強(qiáng)度的反射沖擊波,并以壓縮波的形式進(jìn)入已受透射沖擊波擾動(dòng)的水介質(zhì)層。

當(dāng)沖擊波在鉆孔內(nèi)的水介質(zhì)中經(jīng)過(guò)多次反射和透射后,水介質(zhì)內(nèi)應(yīng)力趨于均勻,水介質(zhì)承載系數(shù)將不斷增大,并限制水介質(zhì)中激起的沖擊波透射到鉆孔圍巖中,從而顯著提高水介質(zhì)后續(xù)膨脹做功的能力。當(dāng)高強(qiáng)度沖擊波穿透有限的水介質(zhì)厚度進(jìn)入孔壁界面后,即對(duì)孔壁圍巖產(chǎn)生壓縮破壞,形成壓實(shí)區(qū)或粉碎區(qū),同時(shí)在粉碎區(qū)邊界衰減為應(yīng)力波,此時(shí)在應(yīng)力波作用下,鉆孔粉碎區(qū)邊界外側(cè)產(chǎn)生徑向拉伸裂紋,并與孔壁壓實(shí)區(qū)或粉碎區(qū)貫通。

隨著應(yīng)力波強(qiáng)度的持續(xù)降低和鉆孔孔腔圍巖積累的壓縮變形能的釋放,徑向裂隙區(qū)域產(chǎn)生與應(yīng)力波方向相反的拉伸應(yīng)力,進(jìn)而在圍巖中形成環(huán)向拉伸裂隙。在圍巖應(yīng)力波作用下,鉆孔周邊圍巖徑向拉伸裂紋、環(huán)向拉伸裂隙受壓進(jìn)一步發(fā)育、擴(kuò)展,并與礦巖中存在空隙水壓力的天然裂隙疊加、耦合,為下一步在高溫高壓爆轟產(chǎn)物推動(dòng)的高壓水介質(zhì)條件下形成高速“水楔”,進(jìn)入初始裂隙并均勻傳遞壓力創(chuàng)造了條件。

2.3.2 爆轟產(chǎn)物推動(dòng)高壓水介質(zhì)增裂機(jī)理分析

鉆孔內(nèi)爆轟產(chǎn)物的后續(xù)膨脹作功將推動(dòng)水介質(zhì)形成 “水楔”并進(jìn)入圍巖初始裂隙,裂隙受壓進(jìn)一步發(fā)育、擴(kuò)展,并產(chǎn)生更多次生裂紋,從而實(shí)現(xiàn)水介質(zhì)對(duì)鉆孔中遠(yuǎn)區(qū)圍巖的增裂作用。長(zhǎng)江水電科學(xué)院研究提出了巖石斷裂韌度KIc與其抗壓強(qiáng)度σt間的估算公式和圍巖裂隙起裂判據(jù),見(jiàn)式(7)和式(8)。

由式(7)和式(8)可知,當(dāng)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子KI達(dá)到巖石I型斷裂韌度時(shí),巖石處于臨界應(yīng)力狀態(tài),裂紋進(jìn)行擴(kuò)展,隨著擴(kuò)展長(zhǎng)度增加,KI呈下降趨勢(shì)?？紤]裂紋之間的相互作用,張拉裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展到一定臨界擴(kuò)展長(zhǎng)度后,裂縫之間將貫穿連通,直至裂紋之間出現(xiàn)失穩(wěn)而破壞。在較高圍壓下,尤其是在沖擊動(dòng)載條件下,裂隙巖體將沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切斷裂破壞,主要機(jī)制是:在剪切裂紋尖端出現(xiàn)穩(wěn)定擴(kuò)展的微張拉裂紋,引起兩剪切裂紋之間的巖橋上出現(xiàn)微張裂紋,顯著削弱巖石的剪切斷裂韌度,從而促進(jìn)裂紋進(jìn)一步發(fā)展、貫穿。在水介質(zhì)作用下,孔內(nèi)爆轟產(chǎn)物的后續(xù)膨脹作功將推動(dòng)高壓水介質(zhì)形成高速“水楔”,并均勻傳載進(jìn)入圍巖初始裂隙,圍巖獲得更多的裂隙擴(kuò)展動(dòng)能,促進(jìn)圍巖裂隙發(fā)展并以更快的速度擴(kuò)展?？梢?jiàn)孔內(nèi)水介質(zhì)有效提高了傳遞給圍巖的爆炸沖量,并延長(zhǎng)了爆轟氣體產(chǎn)物的膨脹作用,擴(kuò)大了巖石的破碎范圍,同時(shí)與干孔連續(xù)裝藥相比,水孔裝藥高度的提高,更有利于克服臺(tái)階上部大塊和根底現(xiàn)象,達(dá)到了有利于巖石破碎的作用。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和爆破參數(shù)優(yōu)化

3.1 合理選擇孔網(wǎng)參數(shù)

結(jié)合水介質(zhì)高效傳載、爆轟產(chǎn)物與水介質(zhì)高壓聯(lián)合增裂理論分析,在充分利用水介質(zhì)不耦合裝藥有效提高炸藥爆轟作用于巖石破碎的能量利用率的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)區(qū)實(shí)際使用的爆破參數(shù),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以降低沖孔率和大塊率為目標(biāo),對(duì)爆破參數(shù)重新設(shè)計(jì)如下。

(1) 鉆孔深度?？咨钣绊懪诳籽b藥量,是爆破后是否出現(xiàn)根底的一個(gè)重要參數(shù)。在爆破設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)重視水孔的有效孔深,充分考慮未清巖碴占鉆進(jìn)孔深的5%～10%這一因素,應(yīng)將原設(shè)計(jì)孔深加深5%以上,取超深1.5 m,孔深11.5 m。

(2) 底盤(pán)抵抗線。底盤(pán)抵抗線是影響爆破效果的重要參數(shù),主要依據(jù)礦巖堅(jiān)固性、孔徑、炸藥條件、炮孔密集系數(shù)等因素確定?，F(xiàn)使用的底盤(pán)抵抗線為4.6 m,能有效消除根底,可繼續(xù)延用。

(3) 孔距、排距。鉆孔孔徑為150 mm,在降低炸藥單耗的基礎(chǔ)上,孔網(wǎng)參數(shù)仍延用礦山日常采用的干孔孔網(wǎng)參數(shù),孔排距以5.5 m×5 m、6 m×4.5 m、7 m×4 m 組合,并測(cè)算單孔裝藥量和合理的堵塞長(zhǎng)度,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化確定最優(yōu)孔排距組合。

(4) 炸藥單耗。通過(guò)炮孔充水時(shí)爆破機(jī)理、水介質(zhì)增裂機(jī)理的理論分析,得出炮孔充水可極大提高炸藥能量利用效率的結(jié)論,并參考相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù),擬按8%、15%、20%降低炸藥單耗進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際線裝藥密度和裝藥長(zhǎng)度確定單孔裝藥量,以確保堵塞長(zhǎng)度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的線裝藥密度為12.5 kg/m,測(cè)算等效裝藥直徑約為130 mm,不耦合系數(shù)約為1.15。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

為改善富水區(qū)爆破大塊率、沖孔率較高的現(xiàn)狀,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以不增加鉆孔成本為基礎(chǔ),在維持現(xiàn)有延米爆破指標(biāo)的基礎(chǔ)上,充分考慮到水介質(zhì)的均勻傳載、高壓水介質(zhì)“水楔”增裂作用,確定爆破參數(shù)組合并編制現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案。為方便現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工,初選3組礦山常用的孔排距組合,分別為5.5 m×5 m、6 m×4.5 m、7 m×4 m。并以干孔炸藥單耗參數(shù)為基準(zhǔn),按分別降低8%、15%、20%三個(gè)水平與孔排距組合進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分區(qū)爆破試驗(yàn),以觀察統(tǒng)計(jì)方式收集爆堆形態(tài)、沖孔率以及采裝過(guò)程中的大塊率等數(shù)據(jù),并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證方案的可行性。結(jié)合礦山具體情況,進(jìn)行一系列試驗(yàn)并對(duì)各項(xiàng)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得出適合于該礦巖條件下的最佳孔網(wǎng)參數(shù),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水孔爆破現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果匯總

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明,初選出的3組孔排距組合中,6 m×4.5 m 方案在不同炸藥單耗水平下爆破大塊率最低,單耗降低15%時(shí)最優(yōu),為7.8%,沖孔率介于另兩孔排距組合之間;而在不同孔排距組合下,炸藥單耗降低15%、20%(分別為0.32 kg/m3、0.30 kg/m3)方案的沖孔率明顯較低,大塊率最低為炸藥單耗降低15%的方案,炸藥單耗為0.32 kg/m3。6 m×4.5 m 孔排距組合及炸藥單耗0.32 kg/m3的組合方案的大塊率、沖孔率分別為3.3%、7.8%。結(jié)合前3 次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果,在鉆孔深度為9.6 m 的爆破作業(yè)中相關(guān)指標(biāo)較好,達(dá)到了大塊率、沖孔率分別控制在5%、8.5%以內(nèi)的預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

(1) 基于某露天礦深部采場(chǎng)富水區(qū)炮孔充水嚴(yán)重進(jìn)而影響爆破效果的問(wèn)題,應(yīng)用巖石力學(xué)和爆破理論分析了孔隙水壓力對(duì)巖石抗剪強(qiáng)度的影響以及裝藥周邊水介質(zhì)沖擊傳載機(jī)理。利用炮孔中水介質(zhì)可實(shí)現(xiàn)不耦合裝藥,有效利用水介質(zhì)高效傳載、孔壁初始裂紋激發(fā)、爆轟產(chǎn)物與水介質(zhì)高壓聯(lián)合增裂的效應(yīng),從而達(dá)到顯著降低炸藥單耗和提高爆破效果的目的。

(2) 在水介質(zhì)不耦合裝藥有效提高炸藥爆轟作用于巖石破碎的能量利用率的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際使用的爆破參數(shù),以降低沖孔率和大塊率為目標(biāo),初選5.5 m×5 m、6 m×4.5 m、7 m×4 m 3組礦山常用的孔排距組合,并以干孔炸藥單耗參數(shù)為基準(zhǔn),按分別降低8%、15%、20%3個(gè)水平與孔排距組合,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分區(qū)爆破試驗(yàn)。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明,6 m×4.5 m 的孔網(wǎng)參數(shù)方案在不同炸藥單耗水平下,爆破大塊率最低,炸藥單耗降低15%時(shí)最優(yōu),為7.8%,沖孔率介于另兩孔排距組合之間;在不同孔排距組合下,炸藥單耗降低15%、20%的方案沖孔率明顯較低,炸藥單耗降低15%的方案大塊率最低,此方案的炸藥單耗為0.32 kg/m3。最優(yōu)方案為6 m×4.5 m 孔排距組合及炸藥單耗為0.32 kg/m3的組合方案,大塊率、沖孔率分別為3.3%、7.8%。結(jié)合前3次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果,在鉆孔深度為9.6 m 的爆破作業(yè)中,相關(guān)指標(biāo)較好,達(dá)到了大塊率、沖孔率分別控制在5%、8.5%以內(nèi)的預(yù)期目標(biāo)。

(4) 對(duì)于類似孔內(nèi)滲水量不大以及因降雨地表水滲入而積水的炮孔,不需采取排水疏干措施。不僅可使孔底積水變?yōu)閷?duì)爆破有利的條件,提高爆破效果,而且可適當(dāng)降低炸藥單耗。