環形不耦合空氣間隔分段裝藥的研究和實踐

龔 杰,賴劍鋒,巫遠禮,楊崇峰

(宜春鉭鈮礦, 江西宜春市 336003)

環形不耦合空氣間隔分段裝藥的研究和實踐

龔 杰,賴劍鋒,巫遠禮,楊崇峰

(宜春鉭鈮礦, 江西宜春市 336003)

為了減少粉礦、上部大塊,對環形不耦合空氣間隔分段裝藥的原理進行分析、對其爆破數值模擬深入研究,并在露天臺階爆破過程中結合應用空氣間隔器中間間隔加以實踐,取得了好的爆破效果和經濟效益,達到降低粉礦、上部大塊和爆破成本的目的。

環形不耦合分段裝藥;空氣間隔;粉礦;大塊

宜春鉭鈮礦采用汽車-溜井-平硐-電機車聯合開拓運輸系統運送礦石,采剝工藝均為潛孔鉆機穿中深孔、炸藥爆破、挖掘機鏟裝和剝離礦巖、自卸汽車運輸、推土機平場等常規作業方式。礦巖的力學特征為硬度中等,脆性度低,彈性模量小,孔隙度、可塑性及韌性較大。

宜春鉭鈮礦礦體屬于結構復雜難爆塊體狀花崗巖,且裂隙發育,屬張開性裂隙,裂隙面粘結性較差,導致炸藥爆炸能量過早地從裂隙面泄漏,嚴重影響破巖效果。原來采用不耦合連續裝藥(不耦合系數為 1.375),不耦合系數偏小,從而裝藥重心相對下移,堵塞長度較大,致使上部礦巖得不到充分破碎,而易產生大塊。同時,不耦合系數偏小,爆破的爆轟壓力直接作用礦巖就更大,造成礦巖過度破碎。為了解決這些問題,2008年 11月份確定采用環形不耦合空氣間隙分段裝藥結構,并引進自充式空氣間隔器,以提高炸藥的分布高度,使爆炸能量沿炮孔得到相對更均勻的分布,留有環形空氣間隙降低炸藥爆轟的初始壓力,以減少爆破粉碎區,增大裂隙破碎區,提高爆破能量的利用率,改善爆破效果,達到降低大塊和粉礦的目的[1,2]。

1 環形不耦合空氣間隙分段裝藥結構實踐

試驗證明,露天深孔臺階爆破,采用不同結構的柱狀藥包,其爆破破碎效果有很大的區別。而采用不耦合裝藥,不耦合系數是影響爆破效果的主要因素之一。合適的不耦合系數,在一定的礦巖和炸藥條件下,既能有效地降低作用在炮孔壁上的沖擊壓力峰值,又能延長爆破破巖的作用時間,增大應力波和氣體膨脹的破巖沖量,增加用于破碎或拋擲巖石的爆炸能量,而且在總裝藥不變的條件下,可以使裝藥重心提高,使比沖量沿炮孔分布更均勻,從而提高炮孔上部爆炸能,增強上部礦巖的破碎,有效降低上部大塊的產生[3,4]。

根據對環形不耦合分段裝藥結構的研究和分析[5],在此裝藥條件下,損傷巖石中的柱狀藥包爆炸后產生的礦石粉碎區半徑為 rc=0.24K-2.01m(見圖1)。

圖1 爆后粉礦半徑和不耦合系數的關系

為使孔壁巖石不造成壓縮性粉碎破壞,必須使得炮孔壁上產生的沖擊壓力小于巖石的動態抗壓強度,由經驗公式可得:

式中,SC為單軸抗壓強度,宜春鉭鈮礦的礦巖取 SC為 170MPa;Kd為動載時巖體抗壓強度增大系數,Kd=10～15;乳化炸藥 ρ0=1150 kg/m3,V=3200 m/s。計算可得,當 K=1.5(裝藥直徑為 110 mm)時,原則上不造成壓縮性粉碎破壞,由此可得不耦合系數 K≥1.5。很明顯,不能僅考慮粉礦問題,因為裝藥直徑縮小了,炸藥爆炸對巖體的破壞能力也在降低,礦巖得不到充分的破碎,必然形成大塊。這就存在一個最優的 K值,使粉礦和大塊率都能滿足工程要求。因此,應在裝藥直徑與炮孔直徑 165 mm之間,優選一個相對合理的不耦合系數。由于該礦在參數優化前爆破的炸藥單耗為 0.46 kg/t,每孔用藥量約為 150 kg左右,可以認為此單耗和單孔裝藥量是該礦現行爆破參數條件下,巖體爆破破碎對炸藥量的一般要求而必須滿足。因此,以現行炸藥單耗和單孔裝藥量、不耦合系數 K在 1.5附近,來設計現場實際應用的環形不耦合分段裝藥結構,可以保證爆破效果不會惡化,相反只會得到改善,因為裝藥量和炸藥單耗不增加,保證了巖體的整體破碎效果,而采用環形不耦合分段裝藥,將減少孔壁礦巖的過破碎,所省下的能量用于供給炮孔上部破巖,達到減少粉礦、大塊的雙重目的。

經反復取值比較,取不耦合系數 K為 1.43時,所對應的裝藥直徑為 115 mm,可以滿足爆破參數的各項設計要求。另外,由于底部的夾制力較大,為保證底部不留根底,超深部分仍采用耦合裝藥。

該礦露天開采臺階高度 H=10 m,垂直孔深 L=12 m,超深 2 m,三角形布孔,分兩段裝藥,中間用空氣間隔器隔開,未裝藥部分長度為 2 m,考慮到采用逐孔起爆技術時,孔底先起爆,爆破后的爆堆下部礦巖比上部更破碎,下部裝藥只需略高于上部裝藥量,約為裝藥總量的 61.5%。其他參數優化見表1,裝藥結構見圖2、圖3。

表1 爆破參數優化比較

圖2 不耦合空氣間隔分段裝藥

圖3 不耦合連續裝藥

在實際操作時,為防止爆破沖擊波的相互干擾,上、下部兩分段的裝藥長度最小值不應小于 4 m,且用兩發高精度非電毫秒雷管各自加工好一個起爆藥包分放在上下兩部分的底層。

2 應用效果

通過環形不耦合分段裝藥結構和空氣間隔器的有效結合,實現環形不耦合空氣間隔分段裝藥技術。近半年的實際應用結果表明,該技術不僅減少了單孔裝藥量,節約了炸藥成本,扣除一個空氣間隔器的成本,每年可產生經濟效益 50萬元以上,而且運用空氣間隔器進行間隔,中間填塞長度準確,提高了炮孔炸藥重心,爆破效果好,大塊率、粉礦率均有所下降。

3 結 論

宜春鉭鈮礦露天開采實施環形不耦合空氣間隔分段裝藥爆破后,與原來的不耦合連續裝藥相比,爆堆表面大塊率明顯下降,提高了挖掘機的鏟裝效率;粉礦率也有明顯的下降,大大減少了溜井放礦的垮礦事故,增強了選礦流程的穩定性,保證了全礦的正常生產。同時,利用空氣間隔器間隔裝藥,適當地降低了炸藥消耗,并在一定程度上改善了爆破效果,從而達到了節約成本的目的。

[1] 陳玉凱,代方軍.空氣底部間隔裝藥對爆破效果的影響[J].輕金屬,2003,(1):7～12.

[2] 劉殿中.工程爆破實用手冊 [M].北京:冶金工業出版社,1999:310～318.

[3] 于潤滄.采礦工程師手冊[M].北京:冶金工業出版社,2009:284～291.

[4] 辜大志,謝圣權,陳壽如.孔底空氣間隔裝藥改善爆破震動和效果的研究[J].采礦技術,2004,4(4):64～66.

[5] 蔡路軍,馬建軍,樓曉明,等.裂隙巖體不耦合裝藥爆破技術研究[J].中國礦業,2006,15(4):66～69.

2009-08-07)

龔 杰(1971-),男,江西新余人,高級工程師,現從事科技研發、生產管理工作,Email:jxycgj123@163.com。