自制空氣間隔器在露天臺階爆破中的應用及效益

陳豐金，馮君元

（兗州中材建設有限公司，兗州250100）

目前，我國露天礦山中深孔爆破中大多采用連續裝藥結構，存在著炸藥消耗量大，在部分地質條件下會產生過度破碎等問題［1－3］。空氣間隔裝藥是將深孔中的藥柱用空氣隔開，分為若干段的一種裝藥結構。其優點是提高了裝藥高度，減少了孔口部位大塊率的產生，減小了炸藥消耗量，降低了爆破振動；缺點是施工操作困難［4－5］。為此自主研發了空氣間隔器并進行了多次試驗，在取得良好的爆破效果的同時，降低了施工難度。

1 空氣間隔器

1.1 空氣間隔裝藥爆破機理

采用空氣間隔裝藥結構裝藥時，炮孔內藥柱中部存在空氣間隔。炸藥爆炸后相向傳播的兩個應力波在空氣間隔中部相遇發生碰撞疊加，疊加后的應力波對巖石產生破碎作用。根據米爾尼科夫理論，藥柱中的空氣間隔會降低爆炸產物對炮孔形成的最終壓力，卻延長了其對巖石的作用時間，增大應力波傳給巖石的沖量，從而改善塊度質量，降低大塊率［3］。并且減少了炸藥的使用量，降低了爆破地震效應，減少了空氣污染，節省了資金支出［6－7］。

1.2 空氣間隔器的制作

空氣間隔器加工制作簡便，主要是根據不同的孔徑選用對應的PVC管［8］，按照設計的長度進行加工，然后在PVC管內加放空氣壓縮氣囊，以提供所需的氣壓，最后用絕緣膠帶將PVC管兩端的開口封好，以防止管內的空氣壓縮氣囊被損壞。自制式空氣間隔器的結構如圖1所示。

2 空氣間隔器材料及造價分析

2.1 使用防靜電PVC管制作空氣間隔器

2.2 使用普通PVC管制作空氣間隔器

3 預防產生靜電的措施

為消除、控制及預防普通PVC管自身攜帶的靜電以及在使用過程中因摩擦而產生的靜電，根據大量實驗及現場實際使用總結出了一些行之有效的原則和措施。

1）消除、控制及預防靜電產生的原則。對產生靜電的主要因素（接觸面積和壓力、物體的特性、帶電歷史、表面狀態、分離速度等）應盡可能予以排除：使物體間的接觸面積和壓力盡可能小，接觸次數盡可能少，分離速度盡可能小，接觸狀態不要急劇變化；使相互接觸的物體在帶電序列中所處的位置盡可能接近；選用合適的材料及形狀，增大電導率等。

2）消除、控制及預防靜電產生的措施。①接地導出靜電；②使用靜電消除器，進行靜電中和；③采用噴霧、灑水等方法提高環境濕度，抑制靜電的產生；④PVC管兩端用絕緣膠布纏裹，使空氣間隔器在孔內下降過程中與孔壁隔離，起到絕緣的作用，防止因直接摩擦而產生靜電；⑤采用吊繩法人為控制空氣間隔器在孔內的下降速度，即用麻繩將空氣間隔器吊起慢慢下放到空氣間隔位置，以降低因分離速度過大而產生的靜電［9］。

4 現場試驗

4.1 國大石灰石礦山主要孔網參數

國大石灰石礦山目前主要采用的孔網參數有孔徑115mm和孔徑140mm的2種鉆孔。孔徑115mm的孔深均為16.5m，中部間隔長度為1.5～2.2m，每孔裝藥量為80kg，其它參數見表1。孔徑140mm的孔深均為16.5m，中部間隔長度均為2.2m，每孔裝藥量為110kg，其它參數見表2。

表1 孔徑115mm孔網參數

表1 孔徑115mm孔網參數

孔位編號 最小抵抗線／m 孔間距／m 單耗／（kg·t－1）4.0 3.6 0.140第二排 3.8 4.2 0.126第三排 3.8 4.2 0.126第四排 3.8 4.2 0.126第五排前排孔3.8 4.0 0.132

表2 孔徑140mm孔網參數

表2 孔徑140mm孔網參數

孔位編號 最小抵抗線／m 孔間距／m 單耗／（kg·t－1）3.5 6.0 0.132第二排 3.8 6.5 0.112第三排 3.8 6.5 0.112第四排 3.8 6.5 0.112第五排前排孔3.8 6.0 0.121

4.2 試驗結果及分析

因試驗礦山地質條件復雜，巖溶率高達7%左右，故試驗時在地質條件良好的地段采用自制空氣間隔器進行裝藥，在溶洞較多的地段采用PVC管內裝填塞物的方式進行裝藥，以期獲得良好的爆破效果。試驗結果見表3和表4。

表3 2010年實驗結果

表4 2012年實驗結果

由表3和表4可知，當間隔部位在炮孔上部或下部時，雖然施工操作簡單，但前者孔口大塊率比連續裝藥時增加明顯，后者底部出現根底現象。當間隔部位在炮孔中部時，可使孔口大塊率和連續裝藥時基本相同，而中部粉碎性破壞減少，巖石塊度均勻（如圖2所示），底部不出現根底現象，爆破震動降低。故在炮孔中部使用空氣間隔器裝藥，爆破效果最好。

使用空氣間隔器可節約炸藥，從而節約爆破成本，試驗結果和分析見表5和表6。

表5 使用空氣間隔器節約炸藥分析

表6 使用空氣間隔器效益分析

5 結 論

a.空氣間隔器制作簡單，使用方便。在江油國大、江油紅獅及哈爾濱濱州水泥礦山等多個項目部得到了廣泛應用，其安全性和實用性通過了檢驗。

b.采用自制式空氣間隔器裝藥有利于改善爆破效果，降低大塊率，降低爆破震動，提高機械鏟裝效率。

c.采用自制式空氣間隔器裝藥有效降低了爆破成本，平均降低0.2元／t以上。按年供礦量4 000萬t計算，每年可節約800萬元爆破成本，若在全國同類礦山推廣使用，效益相當可觀。

［1］ 葉海旺，康 強，趙明生，等.節理裂隙巖體空氣間隔裝藥爆破試驗研究［J］.爆破，2012，29（2）：26－30，37.

［2］ 陳 震，史秀志，胡海燕，等.徑向不耦合條件下導爆索起爆性能的研究［J］.爆破，2013（1）：104－109.

［3］ 李先軍，李恒勇.空氣間隔裝藥在水泥礦山爆破中的應用［J］.建材世界，2011，32（6）：143－145.

［4］ 王玉杰.爆破工程［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2010.

［5］ 顧文彬，秦入平，王振雄，等.間隔裝藥起爆順序對深水巖石鉆孔爆破影響的數值模擬［J］.爆破，2012，28（3）：99－103.

［6］ 田 立，汪海波.水介質不耦合裝藥爆破巖石破壞范圍的研究和應用［J］.爆破，2012，29（2）：42－46.

［7］ 郭正勇，金書明，劉占忠，等.BJQ空氣間隔器在千業水泥廠礦山的應用［J］.建材世界，2010，31（4）：53－55.

［8］ 李迎軍，張學禎，宋 華.預埋PVC管炮孔影響爆破效果淺析［J］.銅業工程，2012（4）：33－35.

［9］ 李貴洪.淺析靜電的產生、危害及其防御辦法［J］.科技創新導報，2010（9）：213－214.