單排逐孔起爆技術在甘沖石灰石礦的應用研究

劉仁杰 吳新海

【摘 要】甘沖石灰石礦石典型的巖溶發育形成的礦石，在爆破過程中容易出現拒爆等問題，單排逐孔起爆技術可以有效避免這些問題，因此本文對單排逐孔起爆技術在甘沖石灰石礦的實際應用進行了研究，發現單排逐孔起爆技術具有增加自由面，降低爆破震動等優勢，通過甘沖石灰石礦的爆破試驗發現，將單排逐孔起爆技術應用于甘沖的石灰石礦中，可以極大提高原礦的大塊率，降低爆破的震動。

【關鍵詞】單排逐孔;甘沖;石灰石礦;起爆技術;應用

1引言

逐孔起爆技術是近些年來發展起來的一項新型爆破技術，我國的一些工礦企業在分析了某些礦山屬于逐孔起爆技術的適用范圍后，積極采用這種新型的爆破技術，效果非常令人滿意。采用單排逐孔起爆技術，不僅可以降低爆破造成的危害，還可以減少爆破產生超大塊的概率[1]。從金堆城露天礦采用逐孔爆破技術后的效果可以發現該爆破技術的另一個優點就是降震。逐孔起爆技術陸續在國內的很多礦山中得到應用，其效果得到很多工礦企業的肯定。甘沖石灰石礦是典型的巖溶發育形成的石灰石礦，單排逐孔起爆技術在這類石灰石礦中的應用還不太多，因此本文對巖溶發育型石灰石礦的爆破難度以及單排逐孔起爆技術在貴州甘沖石灰石礦的實際應用效果進行探究。

2單排逐孔起爆技術的應用機理

單排逐孔起爆指的是起爆區域中處在同一排的炮孔按照預先設定好的延期時間，從爆炸起始處依次爆炸，同時，爆區排間的炮孔按照另一個延期時間依次向后排傳爆，使得爆炸區內相鄰的炮孔爆炸時間分開。單排逐孔起爆技術的應用機理可以從以下三個方面進行分析：（1）殘余應力疊加在一起，增加爆破效果。先爆炸的炮孔不僅能夠破壞爆破漏斗空間范圍內的巖石，還能夠對周邊的巖石中產生應力，而相鄰炮孔在該應力消失之前完成爆炸，后爆炸炮孔的應力與之前爆炸炮孔的應力疊加在一起，加強了爆炸的效果。（2）自由面得到增加。每一個炮孔均按照提前設定好的延期時間按照先后順序完成起爆，這就能夠給各個炮孔提供至少三個自由面，炮孔自由面增多后，就會使巖石本身的夾制作用減小，巖石的破碎效果也因此得到改善。（3）降低爆破時產生的震動。之前所采用的多個藥包同時爆破的方式，多個藥包引起的應力容易互相抵消，導致爆破的效果達不到預期，而單排逐孔起爆技術采用每個藥包分別起爆的方式，不僅不會出現應力相互抵消的問題，而且單排逐孔起爆還可以降低爆破時產生的震動[2]。

3單排逐孔起爆技術的特點和優勢

單排逐孔起爆指的是處于相同起爆區域內的同一排的炮孔按照事先設定的延期時間依次進行爆破，而且相同起爆區域內的不同排的炮孔則按照之前設定的差異化的延期時間從前排到后排按順序完成傳爆，因此相同起爆區域內的各炮孔完成爆破的時間各不相同。其優勢在于：前一個起爆炮孔能夠為后一個增加一個自由面;爆炸產生的應力經過至少兩個自由面的反射增加了巖石破碎的效果;相鄰的炮孔完成爆破后，之前已經破碎的巖石再次受到擠壓和碰撞，使得巖石破碎的效果大致達到預期;單排逐孔起爆技術由于是每個炮孔分別完成爆破，因此可以降低爆破時產生的震動強度[3]。

4高精度導爆管雷管起爆系統簡介

關于逐孔起爆技術其實早就已經有了較為成熟的理論知識，但是由于之前科技條件不充分，逐孔起爆技術僅僅在電雷管上得到應用。隨著科技條件的日益成熟，高強度、高精確度的導爆管雷管出現在工礦行業中，逐孔起爆技術可以借助該雷管充分發揮自身的爆破效果。

4.1 高精度導爆管和雷管的性能

高精度導爆管雷管相較于傳統的電雷管具有延期時間更加精確的顯著特點。由于制作導爆管的原材料為復合材料，該復合材料使得導爆管具有優良的耐壓、抗折以及抗拉的特性。一般導爆管的抗拉能力超過20千克。導爆管雷管還具有優良的耐腐蝕性，受溫差的影響作用小，可以承受-40～80 ℃之間的溫差，因此適用范圍非常廣。

高精度導爆管和雷管自身帶有J型勾或連結塊，起爆的網絡連線較為方便、簡單且可靠性強，可以應對巖溶發育型石灰石礦拒爆性較強的情況。高精度雷管的延期技術采用起始延期體、封頭延期體以及主延期體這種三段延期體，三段延期體共同發揮作用，嚴格保證延期時間的高精確性[4]。因此，相對于普通雷管，高精度雷管的延期時間更加精確可靠。

4.2 高精度導爆管和雷管的起爆網絡

逐孔起爆的條件之一就是設置科學的起爆網絡，在起爆網絡中最關鍵的部分是合理選擇地表的延期微差時間。起爆方式為：地表的延期雷管把爆轟波傳遞到其他段的孔內雷管，孔內雷管接過“接力棒”后再傳給用于起爆的藥包。

（1）確定延期時間。

當需要爆破的區域太長時，每米導爆管進行傳爆的附加時間必須計算在內。假如孔內雷管所選用的延期時間太短，可能會導致發生拒爆現象。拒爆現象的產生是因為先爆炮孔造成的非石破壞以及地震波還沒有接收到對應的爆破網絡，因此所設定的延期時間必須保證導爆管當中的爆轟波在首段完成爆破前已經到達最遠的雷管中，同時也要保證為后爆的炮孔預留充足的時間間隔[5]。一般延期時間設定為每米孔距約3～7 MS，當然還需要根據實際的地質情況進行合理調整，如果巖石的硬度不高，延期時間可以選擇為7MS。

各排之間的延期時間直接影響到爆堆的松散程度和大體形狀，當各排之間的延期時間太短時，前后排會相互擠壓，使得爆堆的松散程度較差;而各排之間的延期時間如果太長，前排炮孔完成爆破后，巖石會被拋出，后排炮孔爆破后再把巖石拋至爆堆上，爆堆被一層層壓實，因此松散程度也會較差。恰當的延期時間可以使爆堆的松散程度適宜，而延期時間的確定需要考慮巖石的硬度、排間距的大小等，一般各排之間的延期時間最好設定為8～15MS。

（2）起爆網絡

逐孔起爆網絡平行起爆、V形起爆以及前傾后傾連接，如圖1所示。

5單排逐孔起爆技術在甘沖石灰石礦的應用

5.1甘沖石灰石礦山的爆破難度分析

5.1.1溶洞對爆破的不良影響

甘沖石灰石礦山屬于典型的巖溶發育形成的礦山，溶洞較多。溶洞會造成爆破時能量泄漏，導致爆破產生的巖石不均勻。當有較大的溶洞在爆破的范圍內時，爆破產生的氣體會向周圍泄漏，使得炮孔內部的壓力快速降低，進而導致炮孔周邊的裂隙不再增大。假如將爆破所用的藥包埋在附近有溶洞的地方，則很有可能造成抵抗線方向的改變，導致巖石的拋出方向發生變化，且不能實現均勻爆破。

5.1.2導致拒爆

兩個相鄰炮孔通過溶洞和裂縫進行連接，假如一個炸藥出現殉爆，在采用導爆索微差的起爆網絡條件下，爆轟波會出現反方向傳遞，改變預先設定的起爆先后順序，導致形成大規模的成片據爆。當第二排的炮孔開始爆破時，由于A和B炮孔之間存在溶洞，A炮孔炸藥的起爆會使B炮孔的炸藥出現殉爆，從而導致爆洪波出現反方向傳遞的問題，導致第三排的炮孔也出現拒爆問題[6]。

5.1.3爆破時存在的突出問題及對策

（1）穿孔

一般炮孔與溶洞的位置關系主要存在三種，即溶洞在炮孔的前面、溶洞在炮孔的后面以及溶洞貫穿整個炮孔。在這三種位置關系中，溶洞貫穿整個炮孔是最為棘手的。而在現實的巖溶發育石灰石礦山的爆破作業中，不可避免地會遇到最為棘手的這種情況，影響到爆破的實施效果以及穿孔的完成。溶洞的識別可以通過查閱地質的勘探資料，而溶洞的控制則可以通過穿孔與現場裝藥來實現，以上的三個環節必須進行綜合應用才能起到最佳的效果。查閱地質的勘探資料可以較快掌握爆破區域的總體地質特征，從而可以恰當地調整孔網的參數。如果溶洞的裂隙較少，需要將孔網參數適當地調大;而溶洞的裂隙較多時，則需要將孔網的參數適當地調小。在進行穿孔時，作業司機可以通過風壓、軸壓以及鉆桿的進程來了解該炮孔的地質條件，當發現風壓突發性地降低，則表明遇到了一個溶洞，作業司機需要謹慎操作，了解溶洞的高度情況。軸壓和鉆桿的異常現象也可以幫助判斷是否遇到了溶洞。

（2）裝藥

炮孔周圍的溶洞，尤其是可觀測到的炮孔前面的溶洞，可能會形成弱面，從而出現沖炮問題。一些飛石可能被拋到很遠的地方，從而形成一些安全事故，在這種情況下，應該適當減少炸藥的藥量。對于穿過溶洞的炮孔，其處理方法的選擇要先分析溶洞在該炮孔里面的深度。當溶洞發生在炮孔深度12厘米以下的地方時，可以采用吊裝的方法，在溶洞的上部裝藥。當溶洞發生在炮孔上面11厘米以上的地方時，該炮孔便不能被定為主炮孔，需要重新設計主炮孔的位置。倘若在實際的爆破過程中發現這類的溶洞還沒有及時補孔時，應該馬上采取處理措施，首先填塞溶洞的高度，再對相同排和相鄰的后排炮孔增加適量的炸藥，從而通過相鄰炮孔的起爆來降低已經報廢的炮孔的不良影響。在網絡敷設時，不能改變新增炮孔和已經報廢的炮孔的網絡起爆順序。

（3）爆破方式

恰當爆破方式的優勢非常明顯，它不僅能夠增強爆破的效果，還能夠預防出現拒爆問題，從而增加爆破操作的安全系數。產生拒爆的問題的最主要因素就是沒有采用恰當的爆破方式，假如采用普通的微差雷管，由于其精準度較低，因此容易產生跳段。拒爆問題的另一原因在于：兩個相鄰炮孔通過溶洞和裂縫進行連接，假如一個炸藥出現殉爆，在采用導爆索微差的起爆網絡條件下，爆轟波會出現反方向傳遞，改變預先設定的起爆先后順序，導致形成大規模的成片據爆。而采用最新型的高精度導爆管和雷管進行逐孔起爆，可以解決雷管經常跳段的問題，而且假如兩個相鄰炮孔中的一個出現殉爆，也只會造成臨近的炮孔出現起爆順序混亂，不會波及到其他炮孔，降低拒爆發生的連鎖影響。這是因為逐孔起爆網絡采用的是延期時間具有更高精確性的雷管，該雷管可以精確地設置起爆的先后順序，保證第一個炮孔完成爆破后，剩余每段炮孔內部的雷管都已經依次完成傳爆，這就可以避免大規模的拒爆以及跳段問題。

5.2單排逐孔起爆技術在甘沖石灰石礦的實踐應用

5.2.1選擇適當的試驗地點

經過詳細分析甘沖石灰石礦采場的情況發現，總共存在4個較大的工作面，分別是：155平臺、170平臺、185平臺以及110平臺。相對來說，155平臺的礦巖地質條件較好，地質結構穩定，存在的溶洞及裂隙較少，方便進行爆破的實踐效果分析，因此選擇在155平臺進行單排逐孔起爆技術的爆破試驗。

5.2.2 布置試驗炮孔

在整個試驗過程中，共實施了15次爆破作業。每次爆破作業都應用了單排布孔的方法，155平臺由于地質條件較好，單排的布孔工作在較短時間內就完成了，每排的炮孔大約為15～21個。每次完成爆破后都詳細對比分析此次爆破的實際效果。

5.2.3進行爆破操作

此次試驗所選用的爆破操作人員都取得了爆破員的作業證，有著充足的專業知識以及多年的爆破操作經驗，而且在進行試驗前對這些爆破操作人員都進行了嚴格的培訓，使他們熟悉了裝藥的結構，可以保證裝藥的質量。

5.2.4裝藥

在裝藥之前要先驗收鉆孔，確保鉆孔的傾角方位角、深度符合設計的要求，當發現有不符合設計要求的鉆孔，則需要補孔或重新鉆孔。裝藥方式采用人工的方式，裝藥的密度大約為每米17kg。在保證孔口的堵塞長度符合要求后，再根據情況調整中間的間隔長度，完成裝藥后可以用鉆孔附近的巖石碎屑堵塞孔口。

5.2.5起爆網絡

爆破網絡運用孔外的延時雷管起爆網絡，該起爆網絡整體采用雙回路的連接方式。完成網絡的連接后，要用巖石碎屑對雷管進行覆蓋，再依次對網絡連接的安全性和可靠性進行檢查，從而保證起爆網絡的安全性。

5.3 爆破試驗的結果分析

155平臺共完成15次完整的爆破試驗，在整個爆破試驗中對孔網的各項參數進行了3次調整。孔間距在6米、6.3米和6.6米之間進行調整，調整幅度為0.3米。抵抗線的調整區間為5.2米、5.4米和5.7米，調整幅度為0.2米。超深在2.4米、2.2米與2米之間進行調整，調整幅度為0.2米。在爆破區域總共鉆孔223個，炸藥量為25.2萬噸。經過爆破參數的調整與優化，總結出在孔間距6.6米，抵抗線5.7米，超深2米時，炸藥的用量采用0.25kg/m3，可以達到最佳的爆破效果。經過此次爆破試驗發現，采用單排逐孔起爆技術可以有效改善爆破的最終效果，產生的爆堆松散度適宜，而且并沒有產生根底，可以滿足甘沖石灰石礦山所采用的新型液壓挖掘機的鏟裝要求。在該爆破試驗中，炸藥的單耗降低到最小每千克9.6kg，已經躍居至同行業的領先水平。原礦的大塊率達到82%，高于該項目的考核標準，且大幅度降低了爆破的震動。

6結語

通過爆破試驗證實了甘沖石灰石礦當前所采用的單排逐孔起爆方法比較科學合理，孔網的各項參數均處于合理區間。采用雙回路的方式連接雷管起爆網絡，有效保證了起爆過程中的安全。

參考文獻：

[1]胡定寬，單排逐孔起爆技術在甘沖石灰石礦的應用研究[J].世界有色金屬，2019，5：295-296.

[2]張松濤，李祥龍，黃永輝.逐孔起爆和間隔裝藥技術在某礦山的應用[J].中國錳業，2016，34，（1）：49-51.

[3]彭廷華，梁廣妍.石灰石礦山中深孔逐孔爆破技術[J].采礦技術，2015，15（2）：85-88.

[4]耿貴剛，池恩安，劉鳳錢.中深孔爆破大塊產生的原因分析及降低大塊率的技術措施[J].礦業研究與開發，2015，31（4）：104-106，117.

[5]任翔，郭學彬，郭芳，等.巖溶發育石灰石礦山逐孔起爆技術試驗研究[J].金屬礦山，2014，11：12-15，73.

[6]陳壽，周桂松，周云.逐孔起爆技術在太和鐵礦的應用[J].工程爆破，2014，17（1）：13-15.

（作者單位：兗州中材建設有限公司）