綠色礦山建設中的露天臺階爆破技術發展應用

李昱捷,譚偉華,朱靖

(1.湖南鐵軍工程建設有限公司, 湖南 長沙 410003;2.湖南安仁南方水泥有限公司, 湖南 郴州市 423615)

0 引言

安仁南方老虎巖礦區水泥用灰巖礦開采規模為150萬t/a,開采深度為＋389 m～＋180 m,2021年入選自然資源部國家級綠色礦山。露天臺階爆破是礦山開采的重要環節,隨著近年來國家大力發展綠色礦山建設,露天臺階爆破技術有了較大的調整和進步。本文以安仁老虎巖礦區水泥用灰巖礦露天臺階爆破技術應用為工程實例,分析總結爆破技術,推動綠色礦山建設。為綠色采選工藝技術、礦山環境恢復治理與土地復墾、節能減排、科技創新及企業文化等方面的研究提供參考和借鑒。

1 爆破器材科技化

“十四五”時期,民爆行業著力提升本質安全,創新能力得到新的提升,爆破器材得到了高質量的發展。安仁老虎巖礦區石灰巖灰巖礦建礦初期采用粉狀改性銨油炸藥和電雷管等爆破器材,5 a以后開始使用乳化炸藥和高精度雷管,目前全面使用數碼電子雷管,并且推廣應用現場混裝炸藥。爆破器材迭代更新,更加安全環保,為綠色采選工藝提供科技化的爆破器材產品。

1.1 電子數碼雷管

電子數碼雷管采用具有電子延時功能的專用芯片進行延期,高穩定性、可靠性的工業數碼電子雷管廣泛應用于露天臺階爆破。與傳統雷管相比具有以下優點。

(1)精確延時,改善了爆破效果。電子數碼雷管網路進行爆破時,各炮孔內的導爆管雷管按“逐孔起爆”的要求連接,起爆時,起爆藥包要用膠帶捆牢在起爆雷管的周圍,雷管底部與傳爆方向相反。為保證起爆可靠,深孔爆破孔內用單發電子雷管,淺孔爆破孔內單發雷管,孔底起爆藥包;起爆網路均采用電子雷管聯網。孔間延時25 ms,排間延時37 ms。對比采用普通非電導爆管雷管的網路,數量電子數碼雷管敷設網路可減少地表傳爆雷管的數量,電子手持起爆器易于網路的檢測,當提高起爆網路的穩定性。爆破塊度均勻分布可減小根底的產生,減少二次破碎的成本。同時進一步降低機械設備的能耗。對比導爆管雷管,電子雷管延期精度高,逐孔起爆的間隔時間一致,同一片區域爆后巖石塊度均勻,根底少,方便大型機械作業,減少挖機裝運期間更換裝車平臺的次數。

(2)爆破振動易于控制。露天臺階爆破通逐孔起爆,通過電子數碼雷管控制,做到單孔單響,減小齊爆藥量,降低振動速度幅值。安仁老虎巖礦區周邊200 m范圍以外的香山寺受到爆破振動的有害效應得到了很好地改善,做到了礦區與周圍環境和諧共生,減少了對邊坡、臺階穩定性的破壞,一定程度上防止了水土流失情況的發生。

(3)安全性好,可追溯性強。電子數碼雷管具有良好的抗雜散電流等性能,不能被普通用電引爆。在作業現場可以很好地避免或減少因雜散電流產生的早爆事故,做到本質安全,同時可消除延期藥生產過程中的環境污染問題。電子數碼雷管實現了GPS控制,爆破電子數據實時上傳和交互,可以做到事前控制和事后控制。對比導爆管雷管,電子數碼雷管具備雷管網路檢測功能,從源頭上控制了盲炮的產生。

1.2 空氣間隔器

空氣間隔器應用于露天臺階爆破技術中,可減少炸藥的使用量,提高炸藥的利用率,減少炸藥爆破產生的環境污染。在綠色礦山能耗管理中是一種節能的表現,為爆破施工人員根據鉆孔附近巖石地質情況選取合適的裝藥密度與單耗提供了一種便捷的操作方式。

2 爆破技術智能化

2.1 可視化爆破指揮平臺

露天礦山爆破作業現場是民用爆炸物品末端管控的重點監管環節,爆破作業現場視頻監控系統以物聯網技術,突破了傳統模式下人工監管的方式,通過物聯網及5G現場數字信號,做到露天礦山的實施監控,成為綠色礦山智能化的重要一環。

2.2 智能鉆機

應用智能鉆機GPS定位系統可以減少現場測控放點,在應用智能鉆機鉆孔時可同時采集到數據用于指導綠色開采。鉆孔速度、回轉速度、鉆頭上軸向壓力與扭矩等參數采集能夠分析出巖石性質和鑿巖指標。綠色采選工藝技術得到顯著提升,指導用于爆破設計更加準確和實效。鉆孔操作人員環境得到了改善,符合人本精神。

2.3 現場混裝炸藥技術

炸藥作為爆破的原材料被廣泛用于礦山采石,其屬于危險爆炸品,生產、運輸、儲存和使用各環節存在安全隱患。現場混裝炸藥是原材料運輸和現場制藥、運輸、裝填于一體化的新技術,具有安全、高效、節能等優點。現場混裝炸藥技術近年來成為露天礦山“數字化爆破”中的重要組成部分,與綠色礦山智能礦山的建設理念一致。

在安仁老虎巖石灰巖礦山創新應用了現場混裝炸藥技術,由郴州七三二零化工有限公司一點生產,遠程配送。相比于傳統工業炸藥,在運輸和儲存及搬運過程減少了安全風險和人工作業。現場混裝裝藥速度快效率高,遇到炮孔內有積水,可通過軟管從底部裝藥將擠出積水。炸藥各組份比例實現了智能化控制,根據不同的巖層工程地質情況,可動態調節炸藥密度等參數,使得炸藥能量得以充分發揮,爆破效果得到改善。減少爆破作業人員的數量與工作強度,為礦山智能化、機械化作業打下良好基礎。

2.4 光面爆破技術

炸藥在炮孔內爆炸時會產生強大的沖擊波和高壓氣體,并猛烈地沖擊炮孔四周的巖體,使得周圍的巖體破碎或開裂。當在有限的輪廓范圍內進行開挖爆破時,如建筑物基坑、路塹開挖、邊坡開挖等,一方面要求爆破開挖的邊界盡量與設計的輪廓線相符合,不要出現超挖或欠挖,同時要求開挖邊界上的巖體能盡量保持完整無損。預裂爆破就是為達到上述目標而采用的一種爆破技術。在正式開挖之前和爆破工作面形成之后,利用不偶合裝藥預先沿設計的輪廓線爆破出一條具有一定寬度的裂縫,以保護保留區的巖體,并起到降低地震效應的作用。其優點主要表現在:可以減少超、欠挖量,節省工程投資;開挖面(預裂面)光潔平整,有利于后期作業;對保留的巖體的破壞影響小,有利于邊坡的穩定;由于預裂縫的存在,可以放寬對主爆區爆破規模的限制,提高工效;起到降低地震效應的作用。

露天礦山按照邊開采、邊治理的原則,光面爆破技術對于礦山環境恢復治理與土地復墾及邊坡穩定性至關重要,為復墾綠植等二次覆土的工作提供了良好的穩定邊坡,避免邊坡局部垮塌等不良地質影響。

3 爆破控制綠色化

露天臺階爆破產生的有害效應包括振動、飛石、噪聲、沖擊波等。綠色礦山建設中通過各種手段來降低或消除有害效應。包括加強爆破振動監測,定期走訪礦區周邊村民建筑物,調整和改善爆破參數,減少振動;爆破抑塵技術逐漸成熟,在露天臺階礦山采用車載壓力水罐噴水降塵的方法;優質的爆破填塞質量能夠減少爆破沖擊波對環境的影響。炮孔的覆蓋能夠減少飛石的拋擲距離,綠色礦山的建設中,爆破技術越來越注重對環境保護。

安仁老虎巖石灰巖礦山在礦區周界設置環保監測標牌,對作業過程中的空氣質量、施工噪聲進行在線監控,爆破作業過程中精心施工,使得爆破作業綠色環保節能。繼續推進并完善綠色礦山建設工作,保持并維護好綠色礦山建設的工作成果。按照綠色礦山建設標準履行“邊生產、邊修復、邊治理”義務,做好礦山生態保護修復工作,制定年度礦山生態保護修復方案并組織實施。

4 結語

露天臺階爆破技術的革新推動著整個行業的進步,同時改變了露天礦山粗放的開采局面,綠色礦山的建設將露天礦山的發展推向了新的征程。爆破技術保持原有的良好經驗,用科技化、智能化和綠色化的思路積極推進綠色礦山的建設,提高資源綜合利用的水平。減少了一線作業人員的人數和工作強度,推動礦山建設的無人化、機械化、安全化。