上向扇形中深孔裝藥技術與裝備的研究及應用

蔣文斌

(湖南南嶺民爆工程有限公司， 湖南 長沙 410013)

0 引 言

現場混裝炸藥技術作為一項集原材料運輸、機械化裝藥、爆破作業于一體的爆破新技術，與傳統炸藥和爆破作業方式相比，有效降低了運輸、儲存環節安全風險，提升了民用爆炸物品本質安全水平，符合國家安全、節能、環保的發展方向。

目前，地下礦山的上向孔裝藥只有極少部分礦山使用機械化裝藥，但使用效果不佳，且安全可靠性問題突出，絕大部分地下礦山仍以人工裝填成品炸藥為主，存在裝藥人數多、火工品使用操作不規范、安全監管難以到位、本質安全性差、勞動強度大、效率低，工藝落后、設備安全可靠性差等缺陷，特別是遇到炮孔變形或局部堵塞時裝藥質量更差，直接導致爆破效果惡化。

因此，如何實現上向中深孔的高效機械化裝藥，已成為地下礦山能否實現高效低成本采礦的關鍵。深入研究滿足地下礦山上向中深孔的散裝乳化炸藥技術、大力推廣現場混裝裝備是民爆生產朝著本質安全、高效發展的必然要求，是礦業生產和工程爆破行業發展的必然方向。

1 國內外現狀

地下礦山裝藥的機械化是在露天現場混裝炸藥的基礎上發展起來的，上世紀中期，芬蘭諾麥特公司等單位先后研制了粉、粒狀銨油、乳化炸藥裝藥器(車)，1990年至今，廣東凡口鉛鋅礦、南京梅山鐵礦、湖北大冶鐵礦等先后引進了芬蘭 Normet、瑞典 GIA 公司的裝藥車，均因炸藥工藝與設備不匹配、裝藥深度淺、密度達不到、質量不穩定、返藥率高等問題無法解決，效果均不理想，國外引進的技術也未得到廣泛的應用。

繼長治礦山機械廠之后，北京礦冶院、深圳金奧博、長斧眾和公司等科研單位進行了大量的研究工作，先后研制出國產的井下乳化(銨油)炸藥裝藥器(車)，取得了科技成果，但均沒有在適合地下礦山上向中深孔的乳化基質工藝與原材料、裝藥工藝與裝備系統集成方面取得全面突破。由于這些成果技術在實際使用過程中，尤其是在地下礦山上向中深孔的裝藥過程中，出現返藥(粉)率高、收放管困難、泵送高壓爆管、設備穩定可靠性低等問題，致使裝藥不穩定或無法正常進行，爆破效果無法達到采礦設計要求，尚未在我國在地下礦山得到大量的推廣應用。

由于進口的井下上向中深孔裝藥設備使用效果不佳且價格昂貴，目前國產又沒有能滿足上向中深孔裝藥的配套裝備，長期以來地下礦山的機械化裝藥爆破都沒有取得很好的效果。

2 井下散裝乳化炸藥技術與裝備研究

為了很好的解決地下礦山上向中深孔爆破作業人工裝藥存在的突出問題，南嶺民爆與澳大利亞澳瑞凱公司聯合研發了適合地下礦山上向中深孔爆破的散裝乳化炸藥技術及裝備，澳大利亞的澳瑞凱公司作為全球最大的民爆一體化服務商，露天、地下現場混裝炸藥工藝配方技術先進，為該項目的研究提供了強大的技術支持，很好地解決了以下技術難題。

(1)上向中深孔裝填散裝乳化炸藥低返藥率的控制；

(2)適合上向中深孔的乳化基質、孔內敏化成為炸藥的工藝；

(3)裝藥設備的自動送管、收管；

(4)常溫高粘度乳膠基質在小直徑軟管內的長距離輸送、計量；

(5)散裝乳化炸藥性能與巖性匹配、提高有效能量的利用率。

3 上向扇形中深孔爆破中的應用

3.1 礦山概況

衡陽七里井礦為地下鈣芒硝礦，井下采用大爆破作業崩落礦體堆放在采場內，通過向采場注水浸泡方式，溶解礦石中的硫酸鈉經多級泵送至地表加工。目前，礦山采用分層開采方式，礦體硬度f=3～6，每層開采高度10 m，每一次大爆破面積為144 m×120 m，裝填直徑50 mm的二號巖石乳化炸藥，每次總裝藥量超過70 t，一直采用人工裝藥，每次井下裝藥的人數需120人以上，裝藥效率低、勞動強度大、存在重大的安全隱患。人工裝藥過程中經常出現相鄰上向炮孔因局部孔壁擠壓變形、嚴重錯位,常規裝藥方法已無法將成品炸藥卷裝填到位，也經常發生因炮孔裝藥質量差致使爆破效果不佳,天井爆破出現懸頂、大塊率增加等問題。

3.2 試爆采場鑿巖參數

為了提高井下爆破作業的本質安全性、裝藥效率、大幅減少井下的裝藥人數、降低爆破綜合成本,礦方決定試用地下礦用的散裝乳化炸藥及其裝藥設備。爆破區域位于通風斜井往東320 m，位于-144 m主運輸巷道以北120 m，西離-144水平2-8采場邊界18 m，試爆區選擇了601區天井西側爆破巷和501區天井，天井和切割巷爆破高度設計為10 m,爆破巷爆破高度為6 m，采用垂直向上扇形方式布孔，鑿巖設備為YGZ-90導軌式鑿巖機，炮孔直徑70 mm，鑿巖、切割巷道炮孔排距分別為1.5 m、1.1～1.5 m，孔底距1.9～2.0 m，爆破補償空間系數為1.3，其中最大上向扇形炮孔深度>9 m，參見表1、圖2。

3.3 機械化裝藥與爆破效果

上向中深孔現場混裝乳化炸藥試驗作業過程：礦用平板軌道車裝載裝藥設備、IBC乳膠基質罐和敏化劑原料等,通過斜坡道、聯絡巷道、回采進路,運輸到裝藥工作面附近。然后根據爆破設計要求將加工好的起爆藥包通過輸藥軟管送入孔內指定位置,即可實施現場混裝作業。本次爆破試驗共裝填200個炮孔，炮孔總長1103.8 m，使用散裝乳化炸藥約4 t，為了控制同段起爆藥量，采用2至20段毫秒延期導爆管雷管起爆。

表1 501天井上向扇形炮孔參數

圖1 天井上向扇形炮孔布置

圖2 切割巷上向扇形炮孔布置

圖3 井下裝藥現場

現場實際爆破情況表明：機械裝藥效率高(15～80 kg/min)、 返藥率低(低于5%)，成功解決了礦區采礦作業中地應力大、炮孔變形嚴重、爆破作業中裝藥不易的難題。與原人工裝藥方式相比，裝藥效率為人工裝藥的5～7倍，勞動強度大幅度降低，生產安全性大大提高；散裝乳化炸藥性能好，爆轟完全，未發現啞炮；炮孔為全耦合連續裝藥，炮孔利用率高，殘炮率少，爆破后的天井成形規則，無懸頂；爆破后巖石塊度均勻，大塊率降低，二次爆破作業量減少，裝運效率提高；鉆爆綜合成本降低10%～20%以上，大大提高了礦山的整體生產效率，得到了礦方的高度贊譽和充分肯定。

3.4 井下散裝乳化炸藥技術與裝備優勢

南嶺民爆公司與澳瑞凱公司合作開發的地下礦山散裝乳化炸藥技術與裝備主要優勢如下：

(1) 系統本質安全：乳化基質無雷管感度，軟管末端靜態混合、孔內現場敏化后成為炸藥，運輸與裝藥過程本質安全。

(2) 工藝技術先進：適合于地下礦山上向中深孔裝藥工藝--返藥率低，基質儲存期長、水環潤滑減阻輸送壓力小、裝填炮孔深。

(3) 高效經濟環保：裝藥效率高，勞動強度低、大幅減少井下裝藥人數和爆破綜合成本；散裝乳化炸藥安全環保、抗水性好、威力大、有毒氣體少，有效縮短井下爆破通風時間，大幅提高采礦效率。

(4) 炸藥性能現場可調：耦合連續裝藥，炸藥密度現場可調，性能與巖石匹配，充分利用炸藥能量，降低炸藥單耗，提高爆破效果。

(5) 設備穩定可靠：工藝技術與設備高度匹配、集成，核心設備采用進口配置、運行穩定可靠、故障率低；關鍵部位設置超溫、超壓、斷料等安全連鎖保護裝置，裝藥計量準確、質量穩定。

4 結 論

地下礦山上向中深孔現場混裝乳化炸藥技術的全面突破,為在國內地下礦山應用散裝乳化炸藥進行爆破“一體化”作業提供了一整套成熟技術，將大大改善地下礦山裝藥瓶頸的問題，達到鉆、爆、裝、運協調發展，進一步加快礦山機械化的建設進程，對促進我國爆破行業的發展、擴大地下礦山采礦規模、降低采礦成本、提高礦山企業的本質安全生產水平和經濟效益、創新行業管理模式、推動行業技術進步具有十分重要的現實意義。

參考文獻：

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