孔底間隔裝藥技術在和尚橋鐵礦的應用

袁英杰

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

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·實用技術·

孔底間隔裝藥技術在和尚橋鐵礦的應用

袁英杰

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

露天礦山進入凹陷開采后，炮孔內積水較多。當炮孔內積水較淺時，為消除炮孔積水對深孔爆破質量的影響，以便能夠充分利用炮孔底部積水改善爆破效果，提出了采用孔底間隔裝藥的爆破方法。在馬鞍山和尚橋鐵礦進行了現場實踐，結果表明，孔底間隔裝藥既消除了水炮孔爆破的不利影響，改善了爆破效果，又提高了經濟效益。

孔底間隔裝藥深孔爆破水炮孔

和尚橋鐵礦隸屬于馬鋼集團南山礦業公司，位于馬鞍山市向山鎮西南5km佳山鄉、向山鎮境內，年采剝總量1 500萬t，為凹陷露天礦山。目前已開采至-60m水平，礦體主要為磁鐵礦，礦石普氏系數為10～15，裂隙較發育；圍巖主要為閃長玢巖，普氏系數為8～10，裂隙較發育。礦山淺部礦體及圍巖較破碎，而深部礦體和圍巖堅硬，且節理裂隙較發育。礦床與圍巖均含水，富水性小—中等，局部裂隙富水性較強，常造成炮孔內積水較多，特別是在雨季，該類現象更為嚴重。地下富水區域不僅穿孔困難，而且對施工組織、爆破質量、爆破成本影響較大。為此，本研究對該礦山爆破方法進行探討。

1　炮孔含水對爆破效果的影響

(1)炮孔中巖粉遇水極易形成泥漿，易出現炮孔堵塞。炮孔長時間在積水浸泡下，導致巖石松軟破碎，易出現塌孔，成孔率較低，藥卷易卡于炮孔內。

(2)水的密度與乳化炸藥的密度相當，由于水的浮力，乳化炸藥難以沉底，導致底部炸藥爆力不足、破碎不良，出現根底。

(3)在水的浸泡下，孔壁上巖渣松動掉落或疏松，巖渣掉落易造成炮孔堵塞，炮孔的孔徑變小或變形，造成炸藥卷被卡住，在重力和上部藥卷下落的沖擊作用下，一部分藥卷可緩慢滑過含泥層，易出現炮孔底部炸藥與上部藥柱之間有一段無炸藥的水柱，若間隔長度超過炸藥在水介質中自身殉爆距離，便就會造成底部藥卷拒爆，或因線裝藥密度降低而使爆力不足[1]。

對此，通常采取的措施為：①在富水區域增加炮孔穿孔深度，裝藥前對炮孔逐孔檢查，防止出現塌孔現象，發現特殊情況應及時處理；②對于含水較少的淺水炮孔可采取爆破前人工排水、高壓風管吹、人工用小鐵桶掏、潛水泵抽水等措施；③針對藥卷不易下沉，且易于出現藥卷被卡于炮孔內的問題，采用打開炸藥塑料包裝袋，將黏度較大的乳化炸藥切塊入孔，盡量使炸藥沉入孔底，保證藥柱連續，在裝完炸藥后，上部用竹竿逐孔搗實。該類措施投資大、現場操作復雜，且對于地下水系較發育或孔壁有裂縫的炮孔作用較小，無法從根本上消除水對爆破效果的負面影響。

2　孔底間隔裝藥作用機理

為消除水對爆破質量的影響，并充分利用炮孔中的水介質在爆破中所發揮的積極作用，在炮孔內含水較淺時，可采用孔底間隔裝藥技術。在炮孔底部水面以上放置空氣間隔器，間隔器以上放置藥包，使藥包和孔底之間有一段水柱，即孔底含水區域不裝藥，使炸藥與水分離(圖1)。

圖1　孔底水間隔裝藥結構

水具有各向均勻傳遞壓力的特性，在一般壓力下，水不可被壓縮，但在較高壓力作用下，水可被壓縮，并在水中形成沖擊波。同時，由于水介質的波阻抗遠大于空氣，應變強度衰減慢，對礦巖的沖擊和加載過程相對平緩，加載時間延長[2]。基于水的該類特性，決定了藥包爆炸初期水柱和裝藥壁同樣受到動載荷作用，爆炸氣體膨脹作功時，水中積蓄的能量伴隨著釋放，增強了對礦巖的破碎作用。由于應力波作用于巖體上的時間延長，傳遞給巖體的爆炸沖量有所增加，擴大了巖石的破碎范圍。在露天礦深孔臺階爆破中，克服底盤抵抗線主要依靠爆炸產物膨脹產生的剪切作用，由于孔底水間隔延長了爆生氣體產物的膨脹作用，與連續裝藥相比，更有利于克服根底。底部水間隔使裝藥位置相對提高，使孔內炸藥爆炸能量沿軸向的分布更加均勻，可降低大塊率的產生。試驗表明，確保深孔藥包爆炸分解能量得到合理利用的最佳孔底水間隔高度為1.2～1.8m[3]。

根據沖擊波理論，炮孔中水柱上下炸藥起爆后，爆轟波陣面到達上下水柱表面，受到強烈的沖擊壓縮，在炮孔軸向繼續沿水柱傳播，同時也向水柱徑向周圍孔壁巖石壓縮，由于孔壁處巖石壓縮變形小，形成反射沖擊波[4]。若沿入射和反射沖擊波陣面壓力分別為P1和P2，兩者關系可用下式表示：

式中，P1為入射沖擊波陣面壓力，Pa；P2為反射沖擊波陣面壓力，Pa；n為常數，3～8。

由上式可知，水柱中激起的沖擊波的強度為原入射的炸藥爆轟沖擊波強度的5～8倍，因此水介質發揮了一段“等效”藥柱的作用。

3　現場試驗

在和尚橋鐵礦-12m平臺進行了4次孔底間隔裝藥爆破試驗，試驗區域內炮孔普遍含水在2m以下。采用潛孔鉆機穿垂直孔，孔徑200mm，孔距8.5m，排距5.5m，孔深根據穿孔位置處標高確定，為14～15m。采用條型巖石乳化藥包人工裝藥，底部選擇BJK型空氣間隔器。根據炮孔含水情況，底部間隔1.5～2m。炸藥參數見表1。

表1　炸藥參數

爆破采用非電導爆管雷管起爆，孔內、孔外微差爆破相結合。由于爆區周圍環境復雜，考慮到居民樓等的建筑物安全，設計采用奧瑞凱高精度毫秒延期導爆管雷管，逐孔順序起爆網路。孔內均放高段位400ms延期雷管，孔外同一排炮孔間采用25ms延期雷管傳爆，排與排之間采用42ms延期雷管傳爆。試驗結果見表2。

表2　試驗結果

爆破試驗結果表明，用空氣間隔器進行底部水間隔裝藥，通過采取水孔處理措施，有效消除了水孔給爆破施工帶來的不利影響，消除了因部分區域裝藥量不足造成根底多的現象，與常規爆破的4.1%大塊率相比，大塊率降低了31.7%，大大提高了炸藥利用率，降低了根底和大塊處理費用，為鏟裝工序創造了便利條件，同時也避免了由于耦合裝藥爆轟初始階段壓力過大而造成的底板礦巖的過度粉碎給下一臺階穿孔造成的不便。試驗炮區單耗降低量為0.064kg/m3，平均每孔少裝藥30～40kg，炸藥降低率約16%，產生了良好的經濟效益。

4　結　語

針對露天采場炮孔含水情況，分析了炮孔含水對爆破效果的不利影響，以及常用的處理炮孔水的方法。基于水介質爆破理論，提出了采用孔底間隔裝藥的爆破方法，和尚橋鐵礦現場試驗表明，針對炮孔內水深較小時，用空氣間隔器進行底部間隔裝藥既可有效抑制水孔給爆破施工帶來的不利影響，又可改善爆破效果，大塊率降低了31.7%，節約了生產成本，經濟效益顯著。

[1]邵明靜.中深孔爆破炮孔積水問題解決方法[J].中國水泥，2004(2)：74-75.

[2]劉為洲，袁英杰，張西良，等.水力增壓爆破試驗[J].工程爆破，2014，20(2)：10-13.

[3]郭德禧.深孔水壓爆破技術在含水巖體中的應用[J].鐵道建筑技術，2001(5)：1-3.

[4]向遠芝.露天深孔水介質爆破[J].金屬礦山，1993(12)：13-17.

2016-06-16)

袁英杰(1979—)，男，工程師，243031 安徽省馬鞍山市向山鎮。