氣體間隔器在司家營鐵礦的應(yīng)用

黃漢波+張樹東

摘 要：司家營鐵礦露天礦自投產(chǎn)以來，臺階深孔爆破一直沿用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，這種裝藥結(jié)構(gòu)藥柱重心偏于臺階下部，炸藥能量沿炮孔軸向很不均勻，在難爆區(qū)炮孔孔口部位往往產(chǎn)生較多大塊，在易爆區(qū)域常有過度粉碎現(xiàn)象，同時(shí)爆破震動一直影響著附近居民的生活。為減少爆破產(chǎn)生的大塊率和降低爆破震動，司家營鐵礦露天礦臺階深孔爆破中使用氣體間隔器，采用空氣間隔裝藥技術(shù)以達(dá)到控制爆破礦巖塊度，降低炸藥單耗，減輕爆破震動的目的。

關(guān)鍵詞：氣體間隔器；爆破震動；大塊率；露天礦；間隔裝藥

中圖分類號：TD23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

司家營鐵礦區(qū)為我國鐵礦資源重要基地之一，司家營鐵礦隸屬于河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司，整個(gè)礦區(qū)分為露天開采和地下開采，其中露天開采部分為年產(chǎn)2100萬噸鐵礦，鐵精粉737.95萬噸的采選聯(lián)合大型礦山。司家營鐵礦露天礦自投產(chǎn)以來，臺階深孔爆破一直沿用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，這種裝藥結(jié)構(gòu)藥柱重心偏于臺階下部，炸藥能量沿炮孔軸向很不均勻，在難爆區(qū)炮孔孔口部位往往產(chǎn)生較多大塊，在易爆區(qū)域常有過度粉碎現(xiàn)象，炸藥單耗高，采礦成本居高不下，鏟裝及破碎工藝的生產(chǎn)效率也受到嚴(yán)重影響。同時(shí)由于采場距周圍村莊較近，爆破震動一直影響著附近居民的生活。因此研究高效節(jié)能的爆破與降震技術(shù)是現(xiàn)階段礦山發(fā)展亟待解決的問題。

1.礦區(qū)概況

司家營鐵礦北區(qū)露天開采范圍內(nèi)，地勢北高南低，地形標(biāo)高最高為125.60m，一般為20m～40m，礦體僅在局部出露，出露標(biāo)高最高為96.30m，最低為19.40m，其他均被第四系表土覆蓋，厚度為20m～30m，最厚60m。巖石在地表疏松破碎，深部致密堅(jiān)硬，節(jié)理、裂隙不發(fā)育。

礦石主要賦存于黑云變粒巖中，產(chǎn)狀與圍巖一致。區(qū)內(nèi)礦體多呈層狀似層狀，部分呈透鏡狀或扁豆?fàn)?，層位穩(wěn)定。礦體由東向西劃分為I～Ⅳ號4個(gè)礦體，呈平行帶狀排列，各礦體走向近南北，傾向西，傾角40°～50°。受構(gòu)造和古地形影響，礦體沿走向和傾向厚度變化較大，形態(tài)變化較復(fù)雜。區(qū)內(nèi)礦石的礦物成份較簡單，礦石礦物以磁鐵礦、假象赤鐵礦為主，次為赤鐵礦；脈石礦物以石英為主。

司家營鐵礦屬鞍山式沉積變質(zhì)礦床，礦體圍巖裂隙較多，節(jié)理發(fā)育，礦石致密堅(jiān)硬，屬于較難爆礦巖類型，礦巖性質(zhì)見表1。

2.空氣間隔裝藥技術(shù)

根據(jù)巖石爆破破壞的應(yīng)力波反射拉伸破壞假說可知，巖石的破壞形式是拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生的，巖石是被拉斷的。巖石破碎機(jī)理研究表明，巖石的極限破碎強(qiáng)度是隨著爆轟壓力的加載速度的增加而增加即加載的速度越快，巖石的破碎越難，因?yàn)楸频某跏济}沖壓力越大，消耗在壓碎區(qū)的能量就越大，而作用在破碎區(qū)的能量就越小，如果適當(dāng)?shù)販p少爆破的初始脈沖壓力，則可減小消耗在壓碎區(qū)的能量；另一方面，根據(jù)沖量原理，當(dāng)爆破脈沖壓力一定時(shí)，作用時(shí)間越長，爆破脈沖沖量越大，對巖石破碎越有利。

空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，就是在孔中進(jìn)行分段間隔裝藥，各段之間形成空氣間隔，由于空氣可以改善爆破能量傳遞過程的匹配關(guān)系降低爆轟產(chǎn)物對孔壁的初始壓力，調(diào)節(jié)爆破的脈沖系數(shù)，即降低爆破的脈沖初始峰值延長爆破脈沖持續(xù)時(shí)間，提高能量的利用率。

另一方面，當(dāng)裝藥爆炸后，首先在空氣柱內(nèi)激起相向傳播的空氣沖擊波，并在空氣柱中心發(fā)生碰撞，使壓力增高，同時(shí)產(chǎn)生反射沖擊波于相反方向傳播，其后又發(fā)生反射和碰撞，炮眼內(nèi)空氣沖擊波往返傳播，發(fā)生多次碰撞，增加了沖擊壓力及其激起的應(yīng)力波作用時(shí)間，從而提高了應(yīng)力波在爆破中的破碎作用，提高了炸藥能量的有效利用率，降低了炸藥消耗量。

近年來，氣體間隔爆破技術(shù)在國內(nèi)一些大、中型露天礦山中得到廣泛應(yīng)用，都獲得了較好的爆破效果和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（a）爆堆隆起、集中，能控制爆堆移動方向，降低損失和貧化；

（b）爆堆松散度好，爆破塊度好，大塊率低，二次爆破量少，便于挖掘、裝運(yùn)和排土，提高鏟裝效率，降低設(shè)備故障率，提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；

（c）爆破根底少或無根底，底板平整，便于電鏟抄平底板挖掘作業(yè)，減少了重復(fù)爆破量；

（d）爆破后沖和側(cè)沖小，爆破后形成新的坡頂線比較整齊，清渣工作完成后，新形成的臺階自由面整齊，為后繼爆破施工創(chuàng)造了有利條件；

（e）擴(kuò)大爆破規(guī)模，減少爆破次數(shù)，減少設(shè)備移動次數(shù)；

（f）降低爆破成本和工人勞動強(qiáng)度；

（g）降低爆破震動，安全性更好。

3.現(xiàn)場應(yīng)用情況

司家營鐵礦露天礦臺階深孔爆破中采用氣體間隔器，使用空氣間隔裝藥之后，根據(jù)歷次爆破試驗(yàn)積累爆破相關(guān)數(shù)據(jù)，建立了司家營鐵礦氣體間隔裝藥爆破數(shù)據(jù)庫。主要內(nèi)容有使用炸藥類型、礦巖特性、孔網(wǎng)參數(shù)、布孔方式、超深量、爆破類型、爆破量、總藥量、間隔高度、間隔位置、前排孔藥量、炸藥單耗、延米爆量、填塞高度、密集系數(shù)、延遲時(shí)段、水孔/干孔、大塊率、前沖距離、爆堆形狀等，針對不同藥種、不同礦巖特性下間隔位置選擇進(jìn)行了試驗(yàn)分析，不斷對爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 降低爆破成本

氣體間隔器主要用于底部間隔和頂部間隔，底部空氣柱爆破機(jī)理是采用空氣間隔器對炮孔底部進(jìn)行間隔，形成孔底空氣柱，使孔內(nèi)炸藥爆炸時(shí)，降低孔內(nèi)產(chǎn)生的爆破壓力，減緩炸藥爆炸能量作用時(shí)間，擴(kuò)大爆破裂區(qū)的范圍，提高了炸藥爆破能量的有效利用率。同時(shí)，提高了裝藥中心位置，使炸藥在炮孔內(nèi)沿孔軸線分布更加合理，有效地克服根底與上部的過度粉碎，令爆后炮堆形狀均勻、松動，便于鏟裝作業(yè)，提高鏟裝效率。頂部間隔，既可以延長爆破作用氣體在炮孔中的作用時(shí)間，又能減小余高，降低工人勞動強(qiáng)度。在巖石硬度不大，炮孔水深≤1m的炮區(qū)主要進(jìn)行間隔器底部間隔，間隔高度為1m～2m，在風(fēng)化巖層和巖土混合的炮區(qū)主要進(jìn)行間隔器頂部間隔。底部間隔和頂部間隔均能減少單孔裝藥量，降低炸藥單耗。表2列舉了部分炮區(qū)應(yīng)用空氣間隔器爆破情況，從表中可以看出無論間隔位置有何變化，都能減少裝藥量降低爆破成本，但不影響爆破效果。

3.2 減輕爆破震動

對相同爆破區(qū)域的不同間隔類型進(jìn)行爆破震動的測量，測量結(jié)果見表3。

表3中可知采用空氣間隔技術(shù)裝藥時(shí)的爆破震動明顯小于不采用空氣間隔裝藥技術(shù)爆破時(shí)的爆破震動速度。其結(jié)果對比如圖1所示。

通過圖1可知在其他條件相差不大的情況下，使用空氣間隔裝藥技術(shù)能夠明顯降低爆破震動，由于采用空氣間隔裝藥，單孔裝藥量相對減少，一次爆破炸藥量降低，因此，爆破產(chǎn)生的振動也會降低；采用空氣間隔裝藥，爆破后炮孔內(nèi)爆炸氣體相對增大，使爆炸能量更能充分作用于巖體的破碎，炸藥有效利用率提高，產(chǎn)生震動的能量相對降低；孔內(nèi)采用空氣間隔裝藥后，炸藥在孔內(nèi)位置相對抬高，減弱了對底板的作用力。

通過氣體間隔裝藥技術(shù)，減輕了爆破震動對附近居民的影響，緩解了企業(yè)與周邊村民的矛盾，增大了爆破規(guī)模，從一定程度上保證了生產(chǎn)爆破工作的順利進(jìn)行。

3.3 使用效果分析

空氣間隔裝藥技術(shù)的應(yīng)用，使得在單孔爆破量不變的情況下降低了單孔裝藥量，從而降低了炸藥單耗，平均單孔裝藥量減少140kg～200kg，全年節(jié)省炸藥量600t～800t，折合人民幣235.2萬元；由于藥柱高度的提升，令炮孔內(nèi)的爆炸壓力沿炮孔軸向分度更加均勻，有效地杜絕了根底和巖墻的出現(xiàn)，前沖適中，大塊率降低，為后續(xù)的鏟裝和運(yùn)輸創(chuàng)造了良好的條件；同時(shí)，由于空氣間隔裝藥技術(shù)能有效地降低爆破震動，緩解了礦山和周圍居民的矛盾，其社會效益更加可觀。

結(jié)論

在露天礦開采深孔爆破中使用氣體間隔器，可降低孔內(nèi)爆炸壓力，減少甚至避免因耦合裝藥而形成的礦巖沖擊粉碎，擴(kuò)大破裂范圍，提高炸藥爆破能量的有效利用率，為礦山開采爆破節(jié)約炸藥，降低采礦成本，降低炸藥單耗，能有效地克服根底和降低爆破大塊率，為鏟裝、運(yùn)輸?shù)群罄m(xù)工序的高效生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，可在類似礦山爆破中推廣應(yīng)用。

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