逐孔微差爆破在吉?jiǎng)诼短斓V的應(yīng)用研究

張 豪 丘小強(qiáng) 孫明武 李鵬飛 BEAUCLAIR RAYMOND ZEMFACK

（1.福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院；2.福州大學(xué)爆炸技術(shù)研究所;3.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司）

爆破作為礦山主要開挖手段，它的效果關(guān)系到礦山生產(chǎn)效率的好壞。若巖石塊度較大，使得運(yùn)輸量較少，礦巖運(yùn)輸效率較低，輸送途中還會(huì)磨損運(yùn)輸設(shè)備，減少壽命，故為了處理大塊，需要進(jìn)行二次爆破，這無疑增加了礦山生產(chǎn)成本。而逐孔微差爆破能夠有效地控制爆堆形狀，減少根底數(shù)量和大塊率，還能降低地表振動(dòng)、爆破飛石危害以及對(duì)邊坡和保留巖體的損傷破壞等，促進(jìn)開采、運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)設(shè)備效率的提高，成為礦山生產(chǎn)過程中重要的爆破方式之一。

1 逐孔微差爆破原理

合理的逐孔微差爆破通過設(shè)定的爆破時(shí)間，讓各炮孔能在空間和時(shí)間上均按順序逐個(gè)起爆，這可以利用好炸藥能量，能夠提供充足的自由面，增強(qiáng)巖石破碎質(zhì)量。通過分析爆破過程，了解逐孔微差爆破的爆破機(jī)理有如下幾點(diǎn)［1-3］。

（1）在先爆炮孔率先起爆后，其周圍的巖石迅速向外拋擲，為后續(xù)炮孔生成新的自由面，最小抵抗線也得到減小，降低巖石之間夾制力，減弱爆破阻力。后續(xù)炮孔起爆后，還能通過它反射應(yīng)力波，提高能量利用率，巖石進(jìn)一步得到破碎。

（2）先爆炮孔率先朝自由面方向拋擲巖塊，當(dāng)后續(xù)炮孔起爆時(shí)，巖塊拋擲速度較大，會(huì)在拋擲途中與之前的巖塊相互之間發(fā)生劇烈碰撞，速度降低，使得巖塊飛行距離也降低。最后巖塊破碎度合適，爆堆的松散度也改善了。

（3）逐孔起爆是單孔起爆的，故減少了每段最大藥量，降低了地震波能量，也可讓各地震波之間相互干擾，相位相反，振幅錯(cuò)開，進(jìn)而減弱地震波對(duì)周圍環(huán)境的破壞作用，對(duì)地表的沖擊是遠(yuǎn)低于同時(shí)起爆。

（4）后續(xù)炮孔在先爆炮孔產(chǎn)生的應(yīng)力場還未消失時(shí)起爆，那么導(dǎo)致爆炸應(yīng)力場的疊加作用，增大了應(yīng)力波的破壞力度，從而顯著增加巖石破碎。

2 工程概況

吉?jiǎng)诘V礦區(qū)位于南天山成礦帶西段，大地構(gòu)造上位于澤拉夫尚吉薩爾構(gòu)造帶北部。該構(gòu)造帶走向長250 km，寬3 540 km。區(qū)域地層以古生代地層為主，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，褶皺變形強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜并伴隨有花崗閃長巖體侵入，最高海拔為1 911 m。吉?jiǎng)跀鄬印於趴藬鄬印⒂热諆?nèi)斷層貫穿整個(gè)露天坑，結(jié)構(gòu)面較多，巖性較差，在一些區(qū)域還含有大量的地下水，嚴(yán)重影響爆破施工以及最后的爆破效果。

3 爆破現(xiàn)狀

目前吉?jiǎng)诼短炫_(tái)階爆破，存在如下問題：①爆破振動(dòng)過大；②由于鉆孔不到位、底盤底抗線大或裝藥不到位等原因所造成大塊根底過多（圖1）；③爆堆無塌落度，爆堆較多或后排裂隙，沒有形成爆堆，主要原因是延期時(shí)間不合理，底盤抵抗線過大、堵塞長度過長，單耗過小等；④爆破振動(dòng)過大，孔網(wǎng)參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)不合理等原因所造成的邊坡不平整。

4 工程應(yīng)用

4.1 微差時(shí)間的選取方法

微差時(shí)間是逐孔微差爆破技術(shù)的關(guān)鍵，它的設(shè)計(jì)合理與否直接影響著爆破效果好壞。若微差時(shí)間選取過小，巖塊還未拋出，后面炮孔就開始起爆，反而爆破振動(dòng)得不到降低，根底容易殘留下來，部分巖塊相互之間還會(huì)過度擠壓。若微差時(shí)間選取過大，能量過早衰減，巖石無法充分利用前孔的能量進(jìn)行破碎，可能前排爆破產(chǎn)生的巖石已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)，最后導(dǎo)致大塊數(shù)量較多，爆堆松散度也較差。由此可見，合理的微差時(shí)間對(duì)于爆破生產(chǎn)是十分重要的。

（1）孔間微差時(shí)間。目前，合理的孔間微差時(shí)間多采用前蘇聯(lián)哈努卡耶夫的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行選取。該公式認(rèn)為先爆藥包起爆后，形成爆破漏斗的同時(shí)，被爆巖層與周邊巖層之間產(chǎn)生0.8～1 cm貫穿裂縫，創(chuàng)造新的自由面，此時(shí)為合理微差時(shí)間［4］，即

式中，t1為彈性應(yīng)力波傳至自由面并返回所經(jīng)歷的時(shí)間，s；t2為形成裂縫的時(shí)間，s；t3為破碎的巖石離開巖體距離S的時(shí)間，s；W為最小抵抗線的長度，m；cp為縱波速度，m/s；R為裂縫長度，m，可近似取R=W；vt為裂縫的擴(kuò)展速度，m/s，vt=0.05cp；L為產(chǎn)生裂隙的要求寬度，m，可取0.01 m；vs為巖體運(yùn)動(dòng)的平均速度，m/s。

（2）排間微差時(shí)間。采用平拋模型確定排間微差時(shí)間，平拋模型是在推墻假說的基礎(chǔ)上建立起來的。巖石只有產(chǎn)生位移之后，才會(huì)為后續(xù)的爆炸提供補(bǔ)償空間。爆炸中，巖石做拋物運(yùn)動(dòng)，且?guī)r石移動(dòng)的初始速度越大，在固定時(shí)間內(nèi)，所提供的空間也就越大。據(jù)此，得到排間微差間隔時(shí)間計(jì)算的平拋模型［5］：

式中，b為排間距，m；ρ為爆堆松散系數(shù)；h1為底板上裝藥高度，m；g為重力加速度，m/s2；s為前沖距離，m。

4.2 逐孔爆破試驗(yàn)

（1）爆破參數(shù)設(shè)計(jì)。電子數(shù)碼雷管在技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)別的延時(shí)起爆，通過對(duì)延時(shí)的調(diào)整使各炮孔的爆破振動(dòng)波產(chǎn)生相互干擾，可以有效降低爆破振動(dòng)。起爆順序和延時(shí)時(shí)間很容易進(jìn)行調(diào)整，操作便利；通過對(duì)雷管的檢測，可以排查異常雷管，從而使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠順利起爆，不產(chǎn)生盲炮以及網(wǎng)絡(luò)拒爆，可靠性強(qiáng)。因此使用電子數(shù)碼雷管爆破，進(jìn)行了6次試驗(yàn)，結(jié)合礦山實(shí)際情況，參數(shù)如表1所示。

（2）起爆網(wǎng)絡(luò)（圖2）。炮孔采用梅花形進(jìn)行布孔，網(wǎng)絡(luò)連接方式為逐孔起爆，通過式（1）和式（2）的計(jì)算，再結(jié)合吉?jiǎng)诼短斓V的特點(diǎn)，確定孔間延期時(shí)間為17 ms，排間延期時(shí)間為42 ms，孔內(nèi)延期400 ms。

4.3 爆破效果

爆破效果見圖3～圖5。

采用逐孔微差爆破方式后，相比之前的爆破效果，爆破后巖石塊度與爆堆松散度明顯更為良好，大塊根底較小較少。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，大塊率減少了10%左右，鏟裝效率也提高了15%左右，巖塊拋擲合理，后沖龜裂較輕。邊坡穩(wěn)定和坡面較為平整，地表振動(dòng)減小。

5 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化吉?jiǎng)诼短斓V臺(tái)階爆破，采用逐孔微差起爆技術(shù)，相比以前，礦山爆破效果取得切實(shí)的改善，爆堆外形有很大改觀，松散度好，巖塊拋擲距離合理，飛石控制良好，后沖龜裂較輕，緩解了根底多且大的情況。由實(shí)踐證明了，采用合理的逐孔微差起爆技術(shù)是切實(shí)可行的。

（2）通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)爆破工藝由逐排起爆技術(shù)改變?yōu)榭组g17 ms、排間42 ms 延期起爆技術(shù)后，大塊率減少了10%左右，鏟裝效率也因良好的巖石塊度提高了15%左右。觀察發(fā)現(xiàn)，爆破安全現(xiàn)狀較以前有所改觀，邊坡穩(wěn)定且坡面平整，改善了爆區(qū)巖體裂紋裂隙情況，能保證在良好的作業(yè)環(huán)境中開展后續(xù)工作，也利于進(jìn)行最終邊坡的處理，達(dá)到提高礦山經(jīng)濟(jì)效益、降低成本的目的。