露天金屬礦多排孔微差毫秒延時爆破施工技術研究

摘要：傳統露天金屬礦爆破施工存在能量分布不均、震動大、塊度分布不合理等問題，影響爆破效果和采礦效率。針對此問題，提出露天金屬礦多排孔微差毫秒延時爆破施工技術，并進行了深入研究。以某露天金屬礦為研究背景，詳細闡述了多排孔布設及鉆孔、炸藥裝設、減震干擾孔設置、延時爆破等施工關鍵要點，以期優化爆破效果，提升采礦作業的安全性和效率，為相關企業提供了更加安全、環保的礦產開采方式。

關鍵詞：露天金屬礦；多排孔；鉆孔；炸藥裝設；減震干擾孔；延時爆破

0" "引言

露天金屬礦的開采在國民經濟中占有重要地位，是支撐國家工業化和現代化的基礎資源之一。隨著全球經濟的持續增長，金屬礦產的需求日益增加，露天金屬礦山的開采規模和技術水平也在不斷提升[1]。然而，露天金屬礦的開采過程中，爆破作業是至關重要的一環，其效率和質量直接關系到礦山的生產能力和經濟效益。

傳統的爆破技術存在諸多問題，如瞬發爆破導致的爆破效果不理想、能量分布不均、震動大以及塊度分布不合理等。這些問題不僅限制了礦山生產能力的提升，還增大了開采成本，并可能對環境造成嚴重影響。因此，研究和應用更為先進的爆破技術，特別是多排孔微差毫秒延時爆破技術，成為提高露天金屬礦開采效率和安全性的重要途徑[2]。

微差爆破是一種有效的控制爆破方法，它可以有效地降低爆破震動的影響，提高爆破效果。微差爆破技術通過控制不同炮孔之間的起爆時間差，形成應力波的疊加和相互抵消，從而達到優化爆破效果的目的。盡管多排孔微差毫秒延時爆破技術在露天金屬礦開采中取得了顯著成效，但仍存在一些不足和挑戰，為此對露天金屬礦多排孔微差毫秒延時爆破施工技術展開進一步研究。

1" "工程概況

以某露天金屬礦為研究背景，該金屬礦標高為+320～+550m，黃土丘陵環繞區，礦區有兩條河流穿行。礦山東北邊坡不穩，常有滲流水沿煤巖界面流出。礦區氣候正常，煤巖交替明顯。

礦層含細砂巖、粉砂巖，夾有黑色泥巖和炭質泥巖，局部存在第三系地層。玄武巖多呈水平狀，形成平臺地貌，分布于河流沿岸，分致密、氣狀、橄欖類，厚約10.32m，位于露天范圍北部邊緣，面積0.89km2，成分以長石為主（80%），含橄欖石（10%）、輝石（6%）及鐵礦等。

玄武巖下部及露天礦區南側均有大量的紅壤層、砂礫層，厚度達25m。第四系蓋層以砂礫巖為主，下部以風成砂、亞砂和亞黏土為主，其上覆以砂巖為主。南部以亞黏性或亞砂性為主，下半部分為砂礫層，中間夾中、細粒砂或黏土鏡質體，粒度為4.26m。北區上部為壓砂土或風積砂，下部為砂礫或砂礫與亞黏土混合物。

2" "施工關鍵要點

2.1" "爆破工藝在金屬礦開挖的應用

2.1.1" "光面爆破布孔設置

在實際露天金屬礦開挖作業中，為保證露天金屬礦山圍巖的平整性，采取一種與橫向楔孔掏槽配合的光面爆破工藝。根據過往工程項目的寶貴經驗，只有當破碎孔被精準地放置在預定位置時，掏槽作業才能達到預期的最佳效果。

在鉆孔布置過程中，首先要在鉆孔的中部開一個鉆孔，根據該露天金屬礦實際情況，設置3個破碎孔，每個孔的直徑為42mm。在破碎孔周圍布設崩落孔，孔距為80cm，鉆孔深度為3.0m，炮眼的直徑同樣為42mm，露天金屬礦多排孔布設示意如圖1所示。

如圖1所示，在每個60cm處開3個鉆孔，在每個鉆孔的左側和右側都開有一行75°的楔形掏槽，孔距為190cm。次要孔按80cm×80cm的尺寸開設。

2.1.2" "鉆孔作業與參數控制

按照設計要求，使用JGHFAS-FA151型鉆機進行精確鉆孔。在鉆孔作業開始之前，專業技術人員會使用高精度的測量儀器，對周邊輪廓線和預定的鉆孔孔位進行放樣與定位，確保每個孔位的位置準確無誤，且放樣的允許誤差被嚴格控制在±2cm以內。

在鉆孔過程中，為了保證孔位的精度和鉆孔的質量，對孔位誤差實施嚴格的控制標準。周邊孔與挖孔的孔位誤差需要控制在5cm以內，其他類型的孔位則需控制在10cm以內。同時，鉆機操作員需要保持穩定的鉆進速度和適當的鉆進壓力，避免由于鉆進速度過快或壓力過大而導致鉆孔偏斜或損壞鉆孔設備。

此外，在鉆孔完成后，技術人員還需要對孔深、孔徑等關鍵參數進行嚴格的檢查和驗收。使用專業的測量工具對每個鉆孔的深度和直徑進行測量，并將測量結果與設計要求進行對比，確保所有參數均符合設計要求。如果發現任何不符合要求的鉆孔，需要及時進行修補或重新鉆孔，以保證后續爆破作業的效果和安全性。

2.2" "炸藥裝設

2.2.1" "爆破與起爆分析

在爆破材料的選用上，常用導爆索以及時間誤差較小的同段別雷管。導爆索具有其獨特的優勢，其傳爆速度極快，達到了6500m/s，基本能滿足大多數炮孔同時起爆的需求，從而有效地降低大塊率，提升爆破效率。然而，導爆索也存在一定的局限性。由于其爆破能量在極短的時間內迅速釋放，可能會對周圍環境產生較大的影響，包括震動、沖擊波以及飛石等安全隱患[4]。

同段別雷管可以通過精確的時間控制，實現多排孔同段爆破，從而達到更為理想的破碎效果。多排孔同段爆破的破碎機理十分復雜，可以簡單認為：在第一響后的20ms時間范圍內，后續的爆破效果相當于前面所述的多炮孔同時爆破，從而對巖石產生強烈的沖擊和擠壓。而在20～50ms之間，爆破效果則類似于糊炮，即巖石塊在還未落地之前，就在空中相互擠壓碰撞，從而進一步促進巖石的破碎，提高爆破效果。

2.2.2" "藥量的計算與確定

本次露天金屬礦爆破作業中，采用Ms1到Ms8等級的非電雷管。根據實際情況確定每個孔的裝藥量，其計算公式如下：

式中：W為單個鉆孔裝藥量，V為單孔爆破巖石體積，B為孔距，S為一次炮孔爆破總方量，m為巖石阻力控制系數。

利用式（1）確定每個炮孔的裝藥量，具體內容如下表1所示。

根據以上設計要求，將炸藥裝放到相應的炮孔內。在裝藥前應對炸藥進行檢查和驗收，確保炸藥質量符合要求，同時裝藥過程中應嚴格控制裝藥量和裝藥結構，確保爆破效果達到最佳。

2.3" "減震干擾孔設置

在當前露天金屬礦多排孔微差毫秒延時爆破施工實踐中，為了有效緩解爆破作業對鄰近建筑物產生的負面影響，采納兩種策略來達成這一目標。一方面，利用自然界中已經存在的斷層結構，借助這些天然的斷裂帶作為應力釋放通道，從而降低爆破沖擊波對建筑物的直接沖擊。另一方面，當自然斷層不可用時，采取人工制造裂縫的方法，模仿自然斷層的減震效果，進一步分散和減弱爆破產生的能量。

根據該露天金屬礦實際情況，在周圍布設20個空孔作為減震干擾孔。減震干擾孔設置在爆破區域周圍或內部，孔徑為100～110mm，孔深為15～18m。采用梅花形布置方式，沿露天金屬礦開挖輪廓線內側設置一排或多排減震干擾孔，并在鉆孔內插入外徑適中的PE聚乙烯管或其他中空管[5]。

插管前需對管道進行加工和清理，確保其表面平整、光滑且無明顯缺陷。插管過程中，需保持管道的垂直度和精度，并使用適當的固定裝置進行固定。插管完成后需對管道進行封堵處理，以防止爆破時能量外泄。減震干擾孔在物理上可阻斷應力波的直接傳播路徑，使得原本可能集中作用于建筑物的爆破能量得以在空中更為廣泛地釋放，而非繼續沿著原有路徑向建筑物方向推進。

2.4" "延時爆破技術與安全控制

2.4.1" "起爆準備

在實際啟動起爆作業之前，劃定明確的爆破警戒區域。在警戒區內，必須確保所有人員都已安全撤離，同時做好必要的安全防護準備工作，包括但不限于設置警示標志、疏散通道以及應急響應機制等[6]。只有在確認所有安全措施均已到位，且人員已全部撤離至安全區域后，方可進行起爆作業。

2.4.2" "起爆機理

起爆采取多排孔微差毫秒延時爆破技術，從爆破應力波相互作用的疊加效應這一角度出發進行深入分析。當藥包首先起爆時，其產生的應力波在傳播過程中，一旦接觸到自由面，會發生反射并轉化為拉伸波。這種反射回來的拉伸波，具有與原始應力波不同的方向和性質。因此，當它與隨后起爆的藥包產生的應力波相遇時，兩者會發生相互疊加。這種疊加效應能夠顯著地增大整體的拉伸應力水平，從而增強對巖石的破壞作用，達到更為理想的破巖效果。

2.4.3" "起爆效果與安全控制

保證這一效果的關鍵為控制爆破延時，其計算公式為：

式中：t為多排孔起爆微差毫秒延時，α為炮孔間距，Q為最小抵抗線，N為露天金屬礦巖石縱波波速。

利用式（2）計算露天金屬礦多排孔起爆微差毫秒延時，對炮孔起爆時間控制。多排孔微差毫秒延時爆破裂隙示意如圖2所示。

如圖2所示，在巖體中實施多孔介質爆炸時，只要爆炸未將巖體完全分割為兩部分，應力波便能夠在孔隙間自由傳播。各炮孔爆炸引起的應力波在交匯時，或在接觸到裂縫（即自由表面）后，會產生拉伸應力并相互疊加。當疊加的拉伸應力強度超過巖石的抗拉強度時，巖石將出現更多的裂隙[7]。

若多個裝藥的炮孔在時間內同時起爆，且時間窗口早于巖石因爆破作用而發生片幫脫離時間，則孔間的巖石在爆破應力波相遇和疊加作用下，會形成主要裂隙，從而將露天金屬礦巖石破碎。

爆破作業結束后，為確保作業區域的安全與整潔，必須立即著手進行現場清理工作。清理的重點在于徹底移除爆破過程中產生的所有碎石、塵土及其他各類雜物。調配專業的人員和適宜的設備，如清掃車、鏟車等，對現場進行全面而細致的清理，確保不留任何安全隱患，以此完成露天金屬礦多排孔微差毫秒延時爆破施工。

3" "結束語

本文以某露天金屬礦為研究背景，詳細闡述了多排孔布設及鉆孔、炸藥裝設、減震干擾孔設置、延時爆破等施工關鍵要點，以期優化爆破效果，提升采礦作業的安全性和效率，為相關企業提供了更加安全、環保的礦產開采方式。這一研究不僅是對現有爆破技術的一次全面審視，更是對未來發展方向的一次深刻探索。

研究結果證實，多排孔微差毫秒延時爆破技術在提高爆破效率、優化爆破效果、減輕環境破壞和保障安全生產方面的顯著成效。通過精確控制炮孔之間的起爆時間差，該技術實現了應力波的疊加與相互抵消，從而顯著提升了爆破作業的精細化水平。這不僅為礦山企業帶來了更高的經濟效益，也為社會提供了更加安全、環保的礦產開采方式。

參考文獻

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