石灰石礦在爆破減振方面的實際經(jīng)驗Mine Expe rience o f Red uc ing Blasting Vib ra tion in Lim estone M ine

李昌國，石鵬雄

石灰石礦在爆破減振方面的實際經(jīng)驗
Mine Expe rience o f Red uc ing Blasting Vib ra tion in Lim estone M ine

李昌國1，石鵬雄2

1　礦山地形地質(zhì)概況

筆者曾在南方某石灰石礦工作多年，該礦是水泥廠的原料礦山，屬于山坡型露天礦，山脈南北走向，東西兩側(cè)為溝谷。礦區(qū)地層為三疊統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r，位于背斜軸部地段，背斜核部礦層平緩，巖層產(chǎn)狀：南東翼傾向110°～130°，傾角16°～31°，北西翼傾向290°～320°，傾角21°～61°，因次級波狀褶皺發(fā)育，故巖層傾角變化較大。巖石硬度系數(shù)（f）為8～14，礦石容重2.72t/m3，爆破難易性屬中等。礦區(qū)原地貌為中間高，東西兩側(cè)低，有較多民房分布在礦區(qū)東西兩翼溝谷地帶。

2　普通導(dǎo)爆管毫秒雷管的使用

上世紀(jì)八十年代使用非電雷管，因為當(dāng)時水泥廠礦山設(shè)備選型流行KQG-150型潛孔鉆機配WK-4A電鏟（斗容4.0m3），炮孔孔徑d=165mm較大，采用φ32mm小條藥卷、連續(xù)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)減少單孔藥量，經(jīng)過多年實踐和總結(jié)，采用斜向排間微差起爆（一般不超過3排炮孔），爆破類型為松動爆破。90年代請研究所測試爆破地震效應(yīng)，對采區(qū)周圍住家戶比較集中區(qū)域的k、α值進(jìn)行回歸，經(jīng)計算采用50ms微差延時起爆的振動波疊加系數(shù)小，指導(dǎo)日常爆破設(shè)計。

但隨著不斷下采，爆破區(qū)與民房間距變小、相對高差變小，即使將孔徑d從165mm改為140mm，設(shè)計臺段高度從15m降低為12m，單孔設(shè)計炸藥量從168kg調(diào)小至92kg，仍無法滿足控制爆破振動的要求。

因而在2003年依據(jù)點燃陣面和逐孔起爆技術(shù)，選用孔內(nèi)九段非電雷管、孔外三段非電雷管，起爆順序采用斜向單孔微差起爆，將最大分段藥量從2～3孔降低至1個孔。

圖1　斜向單孔微差起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計示意圖

3　單孔微差

圖1為斜向單孔微差起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計示意圖。

2004年經(jīng)有資質(zhì)單位對單孔微差起爆、分段延時50ms、單孔最大藥量171kg條件下進(jìn)行安全監(jiān)測，測試結(jié)果表明，質(zhì)點峰值振動速度和主振頻率均在《爆破安全規(guī)程》允許范圍內(nèi)。測試綜合情況見表1。

4　使用澳瑞凱導(dǎo)爆管雷管，引進(jìn)逐孔起爆技術(shù)

2005年公司二線投產(chǎn)，產(chǎn)量翻番，爆破次數(shù)增多，糾紛也增多，開始使用高精度高強度的澳瑞凱非電雷管。澳瑞凱非電雷管的逐孔起爆設(shè)計步驟如下：

（1）畫出炮孔布置圖（相對位置要準(zhǔn)確），如圖2所示。

（2）選擇起爆點，如圖2所示。

（3）確定起爆方向，控制排傳爆方向和分傳爆列傳爆方向應(yīng)相反（反斜向起爆），它們之間的夾角應(yīng)≥90°。

（4）確定排及列的地表雷管延期時間，如圖3所示。

a孔間最佳延期時間的選取

為使兩個炮孔之間的作用達(dá)到最大，取得最好的破碎效果，同一排炮孔間的最佳延期時間為每米孔距3～8ms；以降振為主要目的時取大值，以破碎為主要目的時取小值。

b排間最佳延期時間的選取

排與排之間的延期時間的長短決定了爆堆的形狀和松散度；排間延期時間與排距的大小、巖石的軟硬有關(guān)系，最佳延期時間為每米排距8～15ms。澳瑞凱高精度非電雷管充分考慮了破碎塊度及松散度兩個基本需求，通過17ms、25ms、42ms、65ms和100ms等五種延期雷管的不同組合，可以滿足臺階爆破的需求。

（5）利用澳瑞凱的計算機模擬爆破設(shè)計軟件Shotp lus，可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，預(yù)測、控制爆破的前沖與振動，改善爆破效果。

表1　測試綜合情況

圖2　炮孔布置圖

表2　澳瑞凱高精度雷管延期時間及精度表

5　改進(jìn)逐孔起爆的延期時間，以減小振動疊加

5.1 8ms內(nèi)疊加幾率小理論

利用澳瑞凱爆破設(shè)計軟件Shotp lus，實現(xiàn)8ms時間段內(nèi)只有一個孔起爆，即單段最大起爆藥量為單孔裝藥量。但8ms內(nèi)疊加幾率小理論適應(yīng)澳瑞凱等高精度雷管，因普通導(dǎo)爆管雷管延期誤差大并不適應(yīng)。而且澳瑞凱的地表延期雷管9ms、17ms、25ms、42ms、65ms和100ms等六種延期雷管是按照8ms內(nèi)疊加幾率小理論設(shè)計的。表2為澳瑞凱高精度雷管延期時間及精度表。

5.2爆破設(shè)計軟件Shotplus應(yīng)用（圖4、5）

圖3　延期時間選擇

用爆破設(shè)計軟件按孔徑165mm、孔距5.3m、排距4m、孔深12.5m、臺段高11m，孔內(nèi)15段15m、孔外控制排7m腳線、雁行列9m腳線，用控制排25ms、42ms、42ms、65ms分別配雁行列42ms、65ms、100ms、100ms。在以上標(biāo)準(zhǔn)條件下，僅調(diào)整控制排和雁行列時間模擬爆破疊加情況。

從爆破效果出發(fā)，主控制排采用25ms，分傳爆列（雁行列）采用42ms，從8ms窗口可以看到單段最大裝藥為兩孔實裝藥量（注：紅色數(shù)字為地表管延期時間，圖片右邊帶黑色寬橫紋的即是軟件的“8ms窗口”）。

按以上標(biāo)準(zhǔn)條件擬合的模擬圖，顯示42～100ms降振效果最佳。但是如果現(xiàn)場條件變化，例如孔網(wǎng)不是標(biāo)準(zhǔn)的，可能最佳搭配就不一定是42～100ms。

為了達(dá)到較好的減振效果，不能完全照搬澳瑞凱逐孔起爆理論，2007年公司通過爆破測振指導(dǎo)設(shè)計和施工，并對澳瑞凱逐孔起爆網(wǎng)絡(luò)加以改進(jìn)，加強現(xiàn)場施工管理，主要經(jīng)驗如下：（1）現(xiàn)場布孔嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)，為防止穿孔偏差，用油漆標(biāo)記孔位，用測角儀防止鉆桿定位偏斜。（2）實際單孔裝藥量盡量按設(shè)計控制在± 4kg內(nèi)。（3）按設(shè)計網(wǎng)絡(luò)聯(lián)線。因澳瑞凱導(dǎo)爆管傳爆速度為2 000m/s，是恒速，規(guī)定聯(lián)線時U型卡子距離尾端1.5±0.2m。（4）不拘泥同一排炮孔間的最佳延期時間為每米孔距3～8ms理論，排間最佳延期時間為每米排距8～15ms，試驗主控制排采用100ms，分傳爆列（雁行列）采用42ms、65ms組合。（5）在礦區(qū)邊緣部分，澳瑞凱高精度雷管按照圖1的斜向單孔微差起爆網(wǎng)絡(luò)連接，避免爆破振動疊加。

圖4　25～42ms起爆時間模擬圖

圖5　42～100ms起爆時間模擬圖

表3　φ165mm孔徑的孔內(nèi)微差和孔間微差參數(shù)對比表

6　孔內(nèi)微差

深孔爆破頻率范圍根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）6.2.2條選為10～60Hz，一般磚房安全允許振速為2.3～2.8cm/s，土窯洞、土坯房、毛石房屋安全允許振速為0.7～1.2cm/s，本礦根據(jù)四鄰農(nóng)房建筑結(jié)構(gòu)類型確保社員住房安全取下限值0.7cm/s作為進(jìn)行安全距離校核的判據(jù)。

為避免采區(qū)邊緣爆破時村民投訴，在采場中部位置用澳瑞凱非電雷管試驗孔內(nèi)微差，孔內(nèi)間隔50ms，孔間間隔100ms。但爆破質(zhì)量差，主要原因：一是延期時間太長、爆破振動波疊加小；二是單孔先起爆部分對后起爆部分巖石造成一定破壞，爆生氣體泄漏。在孔徑φ165mm、φ140mm條件下，孔內(nèi)中間間隔鉆孔屑長度0.8～1.0m，孔內(nèi)微差間隔時間50ms，先起爆孔內(nèi)上部分段還是下部分段，通過對比試驗確定。從挖機鏟裝效果和實測爆破振動數(shù)據(jù)，最后確定孔內(nèi)間隔鉆孔屑長度為1.8～2.0m，孔內(nèi)微差間隔時間25ms，孔間65ms，采用圖1的逐孔聯(lián)線網(wǎng)絡(luò)，先起爆孔內(nèi)下部分段，降低了爆破振動，爆破質(zhì)量比較好。經(jīng)驗是不論孔徑是φ 165mm，還是φ140mm、φ102mm，采用孔內(nèi)微差，為減振炮孔中間間隔鉆屑或碎石長度要適當(dāng)，如間隔過短達(dá)不到減振效果，如間隔過長則大塊較多；因為延期時間長，必須調(diào)小孔網(wǎng)參數(shù)，增加穿孔、爆破材料成本。表3為φ165mm孔徑的孔內(nèi)微差和孔間微差參數(shù)對比表。

7　結(jié)語

為達(dá)到破碎塊度合理、爆堆形狀及松散度好、爆破振動小的效果，在具體實施逐孔起爆技術(shù)時，對起爆器材的延期序列、延期精度、可靠性等都有特別的要求。

但有的礦山爆破作業(yè)環(huán)境較好，根據(jù)澳瑞凱逐孔起爆技術(shù)，選用第一系列非電毫秒延期雷管，控制排使用三段雷管，雁行列使用四段雷管，爆破效果好，爆破振動可接受。

爆破作業(yè)實踐性強，不必拘泥于某種理論，可邊實踐邊總結(jié)，根據(jù)自己礦山具體環(huán)境特點，以降振、爆破效果、穿爆成本某個指標(biāo)為主，同時兼顧這三個指標(biāo)。

毫秒延時爆破的地震效應(yīng)受很多因素影響，而在開采過程中地形地質(zhì)條件不斷變化，所以我礦堅持通過爆破測振驗證爆破設(shè)計，理論與實際相結(jié)合降低爆破振動。

［1］付天光，費鴻祿.利用高精度導(dǎo)爆管雷管實現(xiàn)露天礦中深孔逐孔起爆技術(shù)［J］.中國礦業(yè)，2004，（5）：37-40.

［2］莊世勇，盧文川，高洪亮.逐孔起爆在南芬露天礦深孔爆破中的應(yīng)用［J］.金屬礦山，2002，（8）：58-62.

［3］房澤法，陳寶心，葉海旺.導(dǎo)爆管雷管孔內(nèi)外微差爆破網(wǎng)絡(luò)的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2001，（7）：73-76.

［4］郭進(jìn)平，聶興信，等.新編爆破工程實用技術(shù)大全［M］.北京：光明日報出版社，2002.

TD235.39文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1001-6171（2015）05-0096-03

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2014-12-27；編輯：趙蓮