現場混裝炸藥在華潤冬瓜侖露天礦山的應用

劉 瑤

(福建民化建設工程有限公司,福建 龍巖 364000)

1 礦山概況

華潤冬瓜侖礦山開采礦種為水泥用石灰巖,生產規模為300 萬t/年,巖石的普氏硬度系數為8～10。 礦山主要采取自上而下分層開采的方式,每個采礦平臺高度為15 m。 采用包裝型炸藥爆破時,制訂的爆破參數、單次爆破規模如下:炮孔直徑D=150 mm,最小抵抗線W=4 m;孔距a=6 m,排距b=4 m;臺階高度H=15 m,超深h=1.5 m,孔深L=16.5 m;單耗q=0.40 kg/m3,單孔裝藥量Q=144 kg;裝藥長度L1=12 m,填塞長度L2=4.5 m;一次爆破3 排孔,每排14 個孔,共計42 個孔,鉆孔量為693 m,一次爆破總藥量為6 048 kg,爆破石方量為15 120 m3。

礦山要求巖石破碎性好,大塊率(直徑大于0.8 m)小于10%,無根底,爆堆利于鏟裝,降低成本。 為達到上述要求,采用現場混裝炸藥進行礦山開采爆破。

2 現場混裝炸藥的生產工藝

2.1 多功能炸藥現場混裝車結構

在華潤冬瓜侖石灰石礦山使用的是BCZH-15型多功能炸藥現場混裝車,其配置有水相罐、油相罐、多孔粒螺旋料倉、敏化劑罐、柴油罐和水油相輸送、敏化、裝填等系統,能夠現場混制乳化炸藥(簡稱乳化,代號RH)、多孔粒狀銨油炸藥(簡稱多孔粒,代號DKL)和乳化粒狀銨油炸藥(簡稱重銨油,代號ZAY)[1],可適用于露天礦的干炮孔和含水炮孔裝藥,能夠在同一炮區或同一炮孔內裝填不同品種炸藥,實現炸藥與巖性的最佳匹配,獲得最好的爆破效果。 其結構如圖1 所示。

圖1 BCZH 型多功能炸藥現場混裝車結構

2.2 主要技術參數

多功能炸藥現場混裝車的主要技術參數見表1。

表1 BCZH-15 型多功能炸藥現場混裝車的主要技術參數

2.3 現場混裝生產工藝

將地面站配制好的水相、油相、敏化劑、柴油、多孔粒硝酸銨裝入BCZH-15 型多功能炸藥現場混裝車各個儲罐或料倉中,運輸到爆破現場后,通過控制系統現場制乳、敏化、混拌、裝藥及上報數據,實現智能化爆破。 不同炸藥的混裝流程如下:

1)現場混裝乳化炸藥。 將水相、油相材料按照一定的配比,通過靜態乳化器制成乳化基質,敏化劑加注口位于靜態乳化器后的管道上,敏化劑與乳化基質一起進入輸藥膠管,在輸藥膠管末端的靜態敏化器處混合后,在炮孔內完成炸藥的敏化過程,其生產工藝如圖2 所示。

圖2 現場混裝乳化炸藥生產工藝

2)現場混裝多孔粒狀銨油炸藥。 將多孔粒狀硝銨和柴油按照一定的配比,輸送至注藥螺旋,在注藥螺旋內進行混合,并送入炮孔,其生產工藝如圖3 所示。

圖3 現場混裝多孔粒狀銨油炸藥生產工藝

3)現場混裝乳化粒狀銨油炸藥。 將水相、油相材料通過靜態乳化器先制成乳化基質,乳化基質與敏化劑通過管道一起輸送至混拌螺旋中[2],再與多孔粒狀硝銨按照一定的配比進行混合,送入炮孔。其生產工藝如圖4 所示。

圖4 現場混裝乳化粒狀銨油炸藥生產工藝

3 現場混裝炸藥爆破的優化

根據現場混裝炸藥的爆破特點,從裝藥品種、炸藥裝填比例和孔網參數等方面入手,分階段試驗,根據試驗結果調整優化。

3.1 裝藥品種調整

第一階段采用不同炸藥爆破,進行爆破效果對比。 采用混裝乳化炸藥時,其延米裝藥量為21 kg/m,裝藥高度為12 m,單孔裝藥量為252 kg,爆破之后,粉礦較多,飛石較多,且飛出距離較遠,爆堆集中度較低,臺階底部破壞嚴重,不利于作業面清理,鏟裝效率低,嚴重浪費炸藥能量。 采用銨油炸藥時,其延米裝藥量為14 kg/m,單孔裝藥量為168 kg;若炮孔有水時裝入30%的重銨油炸藥,其延米裝藥量為16 kg/m,單孔裝藥量為192 kg,爆破后,爆堆較高,大塊多,松動效果差,二次處理量大,不便于鏟裝。

3.2 炸藥裝填比例調整

結合幾類炸藥的相對體積威力,第二階段同一炮孔內裝填乳化和銨油(重銨油)2 種炸藥,即底部裝乳化、上部裝銨油(重銨油),比例分別為5 ∶1、4 ∶1、3 ∶1 和2 ∶1,爆破后,與第一階段相比,底部平整,大塊率和粉礦率明顯降低,鏟裝效率有所提高,但與原爆破效果相比,仍有一定差距,并且炸藥單耗依然偏高[3-4]。

3.3 孔網參數調整

根據第二階段的試驗結果,為降低爆破單耗和粉礦率,第三階段試驗通過不斷調整孔距、排距等孔網參數。 試驗結果顯示,孔距、排距增大后,炸藥單耗下降,爆破鉆孔量減少,大塊率和粉礦率進一步降低,根底產出率下降,爆堆形狀合適,爆破拋擲距離適當,爆堆相對集中,便于鏟裝。 試驗得出最佳孔網參數為:孔距為7 m,排距為5 m。 3 個階段試驗調整的參數見表2。

表2 3 個階段試驗優化對比結果

4 現場混裝炸藥技術的應用效果

4.1 綜合成本降低

1)現場混裝炸藥價格較便宜,礦山每年生產礦石300 萬 t,需使用包裝型炸藥約480 t(混裝炸藥約530 t),雖然炸藥的使用量增加,但混裝炸藥降低約1 500 元/t,可直接節約 47 萬元左右。

2)擴大孔網參數,提高了炮孔利用率,每年減少鉆孔1 700 m 左右,以鉆孔費50 元/m 計算,可節約85 萬元,而且可以適當減輕鉆頭磨損。

3)爆破作業人員減少,減少人員成本支出。 按照爆破作業人員6 000 元/月的平均工資計算,現場可減少3 人,可節約21.6 萬元。

4)包裝型炸藥需要運輸、中轉、裝卸,使用現場混裝炸藥可以節省民用爆炸物品儲存庫的相關費用成本,包含倉庫租賃、安評、四防、倉管員和保安人員工資等費用,合計節約120 萬元左右。

4.2 作業效率提高、施工強度降低

1)提高裝藥效率。 與原爆破作業相比,實現了機械裝藥,自動化程度高,現場混裝炸藥裝藥每分鐘可混制和裝填炸藥100 ～250 kg,1 個炮孔裝藥232 kg,只需要2～3 min,一次裝藥量10 t 左右,只需要3 個人(1 個人負責操作系統,2 個人負責收放輸藥膠管),2 h 即可完成裝藥作業,較以前的人工裝藥提高了3～4 倍的裝藥效率。

2)提高鏟裝效率。 混裝炸藥分散性良好,能夠保證耦合裝藥,保證孔底的裝藥量,爆破后礦石粒度較均勻,大塊率低,基本不會留下根底,并且爆堆松散,二次處理量少,較好地提高了鏟裝效率[5-7]。

3)降低勞動強度。 使用混裝炸藥爆破,不需要裝卸、搬運、拆箱及現場清理等重體力工作,縮短了作業時間,降低了勞動強度。

4.3 安全性提高

BCZH-15 型多功能炸藥現場混裝車運輸的是水相、油相、敏化劑等原材料,無雷管感度,裝入炮孔敏化后才具有雷管感度,能夠有效降低制備、運輸、裝藥環節中的風險,提升礦山爆破的本質安全性[6]。

4.4 爆破效果好

混裝炸藥增加了延米裝藥量,并且在同一爆區或同一炮孔內可裝填不同品種的炸藥,使炸藥能量得以充分發揮,有效克服了臺階底部巖石的夾制作用,減少根底的產生,爆堆松散,塊度均勻,提高了鏟裝效率。

4.5 特殊情況下適應性強

1)有積水的炮孔。 使用包裝型炸藥裝藥時,很難保證起爆藥包和裝藥段能夠充分接觸,從而對爆破效果產生不利影響,甚至出現盲炮,安全隱患大。混裝乳化炸藥裝藥時,只需將輸藥膠管放至孔底,保證裝藥速度和提管速度匹配,積水排到裝藥面以上,就能保證裝藥的連續性和均勻性,將炮孔內積水的影響降到最低[8]。

2)孔壁不好、裂隙、溶洞的炮孔。 由于夾層、斷層等原因,炮孔孔壁質量差,使用包裝型炸藥裝藥時容易堵孔,有裂隙、溶洞的炮孔容易出現裝藥滲漏,裝藥高度不足容易產生大塊,裂隙部位裝藥密度太大,容易產生飛石。 而混裝炸藥流散性好,不會堵孔,并且遇到裂隙和溶洞時,將高強度塑料薄膜和起爆藥包預先放入孔中,將輸藥膠管放入塑料薄膜進行裝藥,即可避免炸藥散失,保證裝藥質量。

4.6 綠色環保

現場混裝炸藥是通過物理方法混合原材料,整個過程中沒有毒性物質和污染,并且避免了塑料包裝、扣件和紙箱的浪費。 因此,現場混裝作業可達到節能降耗、清潔生產、綠色環保的目的。

5 結語

現場混裝炸藥爆破技術避免了包裝型炸藥在運輸、儲存及裝藥環節的不安全因素,無須使用包裝材料,對環境不會造成污染,且裝藥效率高、爆堆集中程度合理、松散程度良好,爆后大塊率低、根底少,鉆孔工作量減少,綜合成本降低,真正實現了炸藥生產、銷售、爆破服務一體化,提高了炸藥生產與爆破施工的本質化安全水平。