淺談空氣間隔器在中深孔爆破施工中的應用*

彭廷華 ,宮明山 ,梁廣妍

(1.成都中材建設工程公司， 四川 成都 610017； 2.中鐵資源集團有限公司金屬事業部，北京 100039； 3.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083)

淺談空氣間隔器在中深孔爆破施工中的應用*

彭廷華1,宮明山2,梁廣妍3

(1.成都中材建設工程公司， 四川 成都 610017； 2.中鐵資源集團有限公司金屬事業部，北京 100039； 3.北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室， 北京 100083)

針對山腦石灰石礦山中深孔爆破施工中存在的問題，采用空氣間隔器，獲得了裂隙、巖溶比較發育的石灰石礦山中深孔爆破的合理參數及裝藥結構，降低了爆破大塊率、減少了飛石對周邊環境的危害，獲得了較好的經濟效益和社會效益。

空氣間隔器；中深孔爆破；石灰石礦山

幾十年來，在國內外中深孔爆破中，有關空氣間隔技術的理論研究和實驗[1-3]，在改善爆破效果、降低炸藥單耗、減少飛石等方面取得了明顯效果[4-5]。

山西潞城市卓越水泥有限公司山腦石灰石礦為改善爆破效果，減少因巖溶、裂隙發育的地帶中深孔爆破飛石對周邊環境的干擾，降低炸藥單耗，在結合巖粉間隔的基礎上，利用空氣間隔器[6]進行了10個爆區共300炮孔的現場試驗，取得了較好的效果。

1 空氣間隔器

1.1 結構特性

空氣間隔器是中深孔爆破中進行空氣間隔裝藥的充氣式氣囊塞，氣囊塞由二層高壓聚乙烯膜壓制成圓桶狀密封袋，袋內裝有貯氣瓶，袋外套用編織袋縫制增加強度的外包裝，間隔器由20 m高強度錦倫線連接收線柄，貯氣瓶由拉提式發氣裝置給密封袋充氣，外型直徑50～60 mm，長度500～600 mm，充氣時間10 s、壓強為0.06 MPa。

1.2 作用

(1) 降低了爆炸沖擊波的峰值壓力，減少了炮孔周圍巖石的過粉碎；

(2) 巖石受到爆炸沖擊波的作用后，還受到爆炸氣體所形成的壓力波和來自炮孔孔底的反射波作用，當這種二次應力波的壓力波超過巖石的極限破裂強度(表示裂隙進一步擴展所需的壓力)時，巖石的微裂隙將得到進一步擴展；

(3) 延長了應力的作用時間，沖擊波作用于堵塞物或孔底后又返回到空氣間隔中，由于沖擊波的多次作用，使應力場得到增強的同時，也延長了應力波在巖石中的作用時間；若空氣間隔置于藥柱中間，炸藥在空氣間隔兩端所產生的應力峰值相互作用可產生一個加強的應力場；

(4) 當遇到巖溶、裂隙比較發育的巖層時，使用空氣間隔器可避免形成集中藥包，造成裝藥相對集中，形成大量飛石對周邊環境造成嚴重的干擾；同時巖石破碎效果不好，大塊率高。

1.3 操作方法

待炮孔鉆掘完畢，根據礦巖種類、性質、巖層情況，確定單孔裝藥高度，一般情況下，采用中間間隔裝藥，即先裝填一段藥柱，安裝引爆炮頭，加蓋少許炸藥蓋住雷管，再放入一只間隔器，根據錦倫拉線刻度標示，確定要間隔的深度，將間隔器輕輕上提到所需的高度，固定好拉線，然后上提2 m左右，丟開拉線，讓間隔器自由落下，同時靠慣性拉開發氣裝置。數秒后氣囊充氣完成，繼續上部孔裝填炸藥，再安裝引爆炮頭，礦渣填實炮孔，單孔裝填完成。

2 作業環境與地質條件

山西潞城時卓越水泥有限公司山腦石灰石礦山爆破作業區域為荒山坡，礦石為石灰石，零星分布第四系碎石土、浮土、雜草等。礦區內構造簡單，呈簡單的單斜巖層產出，產狀平緩，有寬緩的波狀起伏現象，表現為巖層產狀與坡向相近。總體產狀：傾向南西，傾角一般為5°～15°。礦區內西部大采場內有一條走向56°，傾向326°，傾角60°的正斷層，斷距約6 m。采場內可見下盤底部的O2f1地層中的白云巖出露。個別地段裂隙、巖溶比較發育。巖石堅固性系數f=6～8。

3 爆破工藝及參數

3.1 爆破作業方式

臺段高度12 m，采用KGH6型露天潛孔鉆車鉆鑿炮孔進行中深孔爆破。

3.2 爆破參數

臺階深孔爆破采用多排孔非電導爆管雷管逐孔爆破，使用散裝2#巖石膨化硝銨炸藥為主爆藥，采用非電導爆管雷管逐孔爆破。

生產中采用的爆破參數為：炮孔直徑115 mm;炮孔深度13.5 ～14 m(臺階高度12 m);炮孔傾角：75°;炮孔底盤抵抗線w23.5～4.5 m;炮孔間距A4～6.5 m;炮孔排距3～4 m(炮孔呈菱形布置);每次爆破排數 2～3排;每次爆破孔數30～40孔;炮孔填塞長度≥3 m(填塞材料為鑿巖石粉);延米爆破礦量≥21 m3;單位炸藥消耗量 約0.30～0.40 kg/m3。

3.3 鉆 孔

按中深孔爆破參數進行作業，在穿孔過程中如遇巖溶或裂隙無法鉆進至設計位置的炮孔，做好施工記錄，并且做好孔標志(孔的位置、裂隙或巖溶的高度)

3.4 裝 藥

裝藥方法：為提高裝藥密度和裝藥集中度，一般采用散裝炸藥。裝藥過程中隨時丈量藥柱的高度，空氣間隔器置于下部藥柱(下部藥柱藥量為單孔藥量的2/3～3/4)頂端1.5～2.2 m位置處。粉狀炸藥通過漏斗往孔內裝填，用炮棍搗實保證裝藥密度。潮濕有水的炮孔，使用Φ90 mm的乳化藥卷，每筒藥卷的重量3 kg。邊坡孔光爆采用不耦合裝藥，可將小藥卷綁在竹片上，以增加裝藥長度。

裝藥結構：一般采用空氣間隔器間隔裝藥結構(間隔長度1.8～2.5 m)。

完全傳爆措施：為避免超過傳爆長度而引起藥柱爆炸不完全，應在裝藥段的上部和下部1/3處各裝一個起爆藥卷。每孔4發起爆管。

起爆藥卷的重量1～3 kg。每個起爆藥卷插入1個起爆雷管，雷管的聚能穴應指向藥柱傳爆方向，及雙向起爆(孔底雷管聚能穴朝上，孔口雷管聚能穴朝下)。

裝入起爆藥卷后用炮棍裝填上部的炸藥時，必須輕填、輕壓，并應保護好起爆線路。操作中嚴禁用炮棍撞擊阻塞在深孔內的起爆藥卷。

裝藥前，應將孔口周圍半徑70 cm內的一切巖塊、雜物及孔內堵塞物清除干凈。裝藥過程中必須防止異物掉入孔內造成裝藥困難或裝藥間隔引起藥柱不傳爆。

3.5 堵 塞

⑴ 堵塞長度：為提高爆破效果和控制飛石的距離，必須保證合理的堵塞長度。堵塞長度一般應不得短于最小抵抗線的0.8倍；或按炮孔直徑確定：不允許有飛石時，堵塞長度l0=(30～35)d；允許有飛石時，堵塞長度l0=(20～25)d。邊坡光爆孔堵塞長度，在孔口1～1.5 m內用粘土堵塞。

⑵ 堵塞材料：緊靠炸藥一段和孔口段(大于1 m)應用炮泥堵塞，但不得混入石塊。光爆孔孔口段必須用炮泥堵塞。

⑶ 堵塞方法：堵塞材料應分次填入，每填塞600 mm左右用炮棍搗實。操作中應妥善保護起爆線路：嚴防打折、拉得過緊或石塊掉入孔內而損壞起爆線路。

選用炮泥(鉆孔留下的巖粉)進行堵塞，堵塞長度不得低于設計堵塞長度。

4 工程應用

山腦石灰石之前的爆破中，采用連續裝藥結構和巖粉間隔裝藥結構，炸藥平均單耗0.16 kg/t,在爆破中存在的問題是：爆破飛石過遠，炸藥單耗高，礦石破碎不均勻，裝藥段礦石過粉碎，堵塞段大塊多。

為了解決該礦山爆破施工存在的問題，進行了空氣間隔器的試驗。部分爆區使用情況見下表1。

在山腦石灰石礦山使用空氣間隔器后，有效節省了炸藥量，炮孔孔徑115 mm，孔深12 m，間隔高度1.5～1.9 m，單孔節省炸藥12.75～16.15 kg。巖石破碎程度得到有效提高，爆破后，爆堆松散，表面礦塊均勻，大塊減少，減小了爆破飛石對周邊環境的干擾，爆破面排列線整齊。

5 結 論

通過在山腦石灰石礦山使用空氣間隔器，有效節省了炸藥量，巖石破碎程度提高，爆破后，爆堆松散，表面礦塊均勻，大塊減少，爆破面排列線整齊。采用此類裝藥結構進行爆破施工前，炸藥單耗0.35 kg/m3，大塊率控制在10%以內(三個月的統計值)，爆破飛石最遠達到450 m；改用此類空氣間隔器裝藥結構后，炸藥單耗0.26 kg/m3，大塊率控制在2%以內(三個月的統計值)，爆破飛石最遠120 m，爆破飛石擾民得到了緩解，為該礦山后期采礦取得了好的經驗，獲得了較好的經濟效益和社會效益。

表1 部分爆區使用狀況

[1]張樹福.露天礦深孔爆破參數的確定[J].呼倫貝爾學院學報，2006, 14(5): 102-103.

[2]唐信來，鄧重陽，王恒富，等.空氣間隔器在新橋硫鐵礦爆破中的應用[J].礦業研究與開發，2007(3).

[3]吳從清，張正宇.長空氣間隔深孔預裂爆破初步試驗[J].爆破，2003, 20 (增): 63-64.

[4]吳從師，齊寶軍，劉宇峰.邊坡分段裝藥包孔的壓力變化與爆破效果[J].遼寧工程技術大學學報，2001, 20(4): 414-416.

[5]顏事龍.現代工程爆破理論與技術[M]. 徐州:中國礦業大學出版社，2007 : 30-31.

[6]陳壽如，等. 空氣間隔器使用合理性論證[R]. 長沙:中南大學，2006.

國家自然科學基金資助項目(51374035).

2014-07-21)

彭廷華(1970-)，男，重慶開縣人，本科，工程師，主要從事采礦工藝及施工技術方面的研究工作，Email: 2385701058@qq.com。