中深孔爆破合理堵塞長度試驗研究

張 平，楊廷明，初保光，龔士朋

(1.淄博市鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)建筑材料服務(wù)公司，山東 淄博 255000;2.兗州中材建設(shè)有限公司，山東 兗州 250100)

1 引言

在露天中深孔爆破中，炮孔堵塞是施工中的一個重要環(huán)節(jié)，對生產(chǎn)安全和爆破效果有著至關(guān)重要的作用[1]。近年來，炮孔堵塞問題引起了愈來愈多的專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的重視。炮孔堵塞對炸藥在炮孔內(nèi)的爆炸及礦巖破碎的影響是非常復(fù)雜的，目前對炮孔堵塞的作用機(jī)制還沒有一個定論，因此，工程實踐中主要基于生產(chǎn)經(jīng)驗確定堵塞參數(shù)。

天瑞集團(tuán)鄭州水泥公司石灰石礦山位于河南省滎陽市崔廟鎮(zhèn)蘆莊，最高海拔495.9m，最低海拔347.9m，一般相對高差148m。礦區(qū)北部地形較陡，巖層裸露，南部地形較緩，植被不太發(fā)育。礦體層位穩(wěn)定，產(chǎn)狀平緩，與圍巖產(chǎn)狀一致，走向北東，傾向南東。礦區(qū)上部為廢石覆蓋層，中間約為50m礦層，下部是頁巖底板。探孔資料顯示礦體裂隙較發(fā)育、地質(zhì)復(fù)雜、斷層較多。2009年以來，公司依據(jù)設(shè)計文件對該礦山460m以上及460/445m采準(zhǔn)進(jìn)行基建剝離，2010年進(jìn)入生產(chǎn)保產(chǎn)，先后完成了圓頂山460、445、430、415、400、385m 平臺開拓降段工作。在此期間，選擇400/385m平臺北部作為試驗場地，進(jìn)行了炮孔合理堵塞長度試驗。試驗爆區(qū)距甲方第二破碎站水平距離100m，甲方規(guī)定每次爆破作業(yè)總裝藥量不大于3t。

2 炮孔堵塞的作用

在中深孔爆破中，炮孔堵塞的主要作用是防止炸藥爆炸產(chǎn)生的高壓氣體過早外泄，延長高壓氣體膨脹作用時間，增加應(yīng)力幅值，從而改變礦巖中應(yīng)力的作用形式。炸藥爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力大小和應(yīng)力作用時間(超過巖石強(qiáng)度的應(yīng)力作用時間)決定了礦巖的破碎范圍和破碎程度[2]。因此選擇合理的炮孔堵塞長度可以改變炸藥對礦巖的作用形式，從而取得較理想的破碎效果[3]。為后續(xù)的鏟裝、運輸、選冶等工序提供較好的條件。

3 堵塞長度的計算

炮孔堵塞長度主要與抵抗線大小和炮孔直徑有關(guān)，還受到其它孔網(wǎng)參數(shù)和礦巖性質(zhì)的影響，且與堵塞材料、堵塞結(jié)構(gòu)也有一定的關(guān)系[4]。孔徑、抵抗線和裝藥長度增大，堵塞長度會相應(yīng)增大，反之亦然;堵塞材料與孔壁間摩擦系數(shù)增大、堵塞材料強(qiáng)度高、容重大，堵塞長度可相應(yīng)減少。專家學(xué)者及爆破工程師根據(jù)工程經(jīng)驗總結(jié)出了兩個常用的堵塞長度計算公式，分別見式(1)和式(2)。

為避免嚴(yán)重的飛石、沖孔和爆破噪音等，堵塞長度應(yīng)不小于底盤抵抗線的2/3;為避免大塊的產(chǎn)生，堵塞長度應(yīng)不大于底盤抵抗線。所以根據(jù)底盤抵抗線計算炮孔堵塞長度的經(jīng)驗公式如下:

式中:ld為炮孔堵塞長度，m;Wd為底盤抵抗線，m。

垂直深孔取(0.7 ～ 0.8)Wd，傾斜深孔取(0.9～ 1.0)Wd。

根據(jù)炮孔直徑計算堵塞長度的經(jīng)驗公式如下[5]:

式中:ld為炮孔堵塞長度，mm;D為炮孔直徑，mm。

上述兩個堵塞長度計算公式均未考慮裝藥結(jié)構(gòu)和起爆藥包位置，且根據(jù)式 (1)和式 (2)計算的結(jié)果出現(xiàn)誤差較大和選擇區(qū)間過寬的不足，所以具體問題要具體分析，或通過試驗來確定合理的堵塞長度[6－9]。

4 優(yōu)化前的孔網(wǎng)參數(shù)及主要問題

4.1 優(yōu)化前的孔網(wǎng)參數(shù)

礦山使用的炸藥為乳化炸藥，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，孔底起爆，具體的爆破參數(shù)見表1。采用逐孔起爆技術(shù)，用導(dǎo)爆管雷管起爆和聯(lián)網(wǎng)，最后用瞬發(fā)電雷管起爆。第一排孔內(nèi)用8段導(dǎo)爆管雷管，第二排孔內(nèi)用9段導(dǎo)爆管雷管，第三排孔內(nèi)用10段導(dǎo)爆管雷管，孔外用2段導(dǎo)爆管雷管，分為9組，起爆網(wǎng)路如圖1所示。

表1 優(yōu)化前的爆破參數(shù)

圖1 起爆網(wǎng)路

4.2 主要問題

2010年前，礦山主要采用上述孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行爆破。由于炮孔堵塞長度較大，藥柱重心偏低，炸藥主要集中在孔底，臺階上部炮孔未裝藥部分相對較長，因此沿炮孔軸線炸藥能量分布很不均勻，造成臺階上部大塊率高，裝載困難，增加了二次破碎的工作量，使得總體成本變高，對礦山經(jīng)濟(jì)效益造成了不良影響;臺階底部礦巖又過分破碎，粉礦較多，造成資源浪費。

5 優(yōu)化方案及效果

5.1 方案

在上述爆破參數(shù)的基礎(chǔ)上，由(1)式計算得炮孔堵塞長度應(yīng)為2.45～3.50m，由(2)式計算得炮孔堵塞長度應(yīng)為1.80～2.70m。借鑒國內(nèi)外同類礦山的技術(shù)指標(biāo)和工程經(jīng)驗，通過多次現(xiàn)場試驗，比較爆破效果，最終確定較合理的炮孔堵塞長度為2.5m。減小了堵塞長度，為保證裝藥長度不變，在孔底預(yù)留1m左右的空氣墊層之后再連續(xù)裝藥。起爆網(wǎng)路仍如圖1所示。

5.2 效果

采用2.5m的炮孔堵塞長度后，爆破效果如圖2所示。沿炮孔軸線炸藥能量分布較均勻，爆破過程中無飛石，大塊率明顯降低，且粉礦減少，既減輕了二次破碎的負(fù)擔(dān)，又提高了資源利用率，為礦山獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

在露天中深孔爆破中，炮孔堵塞長度對大塊率有著至關(guān)重要的影響。合理的堵塞長度可以減少大塊率，提高爆破效果。通過理論計算和現(xiàn)場試驗，確定了該礦山合理的堵塞長度為2.5m。這種尋找合理炮孔堵塞長度的方法值得在同類礦山推廣應(yīng)用。

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