深孔爆破中降低炸藥單耗的方法研究

張晉

摘 要：在露天礦深孔爆破作業(yè)中，有效控制炸藥單耗是降低生產(chǎn)成本低的有效方法之一。通過理論與實踐的結(jié)合，對影響炸藥單耗的因素進行分析，通過調(diào)整爆破參數(shù)，采取增加自由面?zhèn)€數(shù)、調(diào)整中裝藥結(jié)構(gòu)、孔內(nèi)外微差、間隔裝藥等方法，已達到降低深孔爆破炸藥單耗的目的。

關(guān)鍵詞：深孔爆破；裝藥結(jié)構(gòu)；炸藥單耗；間隔裝藥

在露天礦開采中，深孔爆破是破石的主要方式，爆破成本在采礦工程中占據(jù)較大的比例，而炸藥成本又是爆破成本的主要組成部分，因此在開礦作業(yè)中有效控制炸藥用量是降低生產(chǎn)成本的重要途徑。工程實踐表明，深孔爆破在露天礦開采中具備優(yōu)良特點，被廣泛應(yīng)用于采礦工程領(lǐng)域。但實踐作業(yè)顯示，深孔爆破作業(yè)中炸藥單耗相對較高，這造成爆破成本隨之升高，因此如何降低深孔爆破炸藥單耗從而降低開采成本，是采礦工程研究領(lǐng)域的重要課題。

1 深孔爆破炸藥單耗影響因素

在露天礦開采的深孔爆破作業(yè)中，炸藥單耗一般是指爆破單位體積礦巖的炸藥消耗量，炸藥單耗的影響因素較多，比如巖石自身物理力學(xué)性質(zhì)、炸藥性能、爆破設(shè)計參數(shù)等，由于炸藥單耗的影響因素復(fù)雜繁多，因此但目前為尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)術(shù)成果或定量標(biāo)志量來規(guī)定最優(yōu)化用量。在實踐操作的經(jīng)驗總結(jié)中可知，對于特定巖石與炸藥來說，其巖石自身物理力學(xué)性能與炸藥性能已被固定，此時爆破設(shè)計參數(shù)成為主要影響因素。探索降低深孔爆破中炸藥單耗的方法，應(yīng)結(jié)合實際情況，對涉及個參數(shù)進行綜合考量，比如巖石飽和單軸抗壓強度、巖石風(fēng)化程度、巖石完整性系數(shù)、炸藥猛度、炸藥爆力、炸藥爆速、自由面?zhèn)€數(shù)等因素，將這些因素進行綜合考量，然后制定科學(xué)合理的爆破方案，這樣才能夠有效的降低深孔爆破炸藥單耗。

2 降低炸藥單耗的方法

2.1 增加深孔爆破自由面?zhèn)€數(shù)

在實際開采作業(yè)中，當(dāng)開采區(qū)已定之后，巖石自身特性也已確定，炸藥多為相關(guān)部門提供，炸藥性能方面的參數(shù)亦已固定，因此可通過增加自由面?zhèn)€數(shù)來降低深孔爆破中炸藥單耗。在深孔爆破設(shè)計中，采用連續(xù)裝藥的扇形深孔爆破，且在爆破中采用微差爆破的方式。上下層位面的炮孔孔內(nèi)分別裝高段別與低段別的非電毫秒雷管，且下層位面先起爆，上層位面后起爆。在同一層位面，則按照炮孔奇偶數(shù)編號先后起爆。在同層位面與不同層位面的炮孔起爆時，均采用微差爆破方法，這樣既可以在連續(xù)的爆破過程中，先爆裝藥段為后爆裝藥段提供了更多方向的爆破瞬時自由面，提升了爆破效果，大大降低了炸藥單耗。

2.2 改變網(wǎng)孔參數(shù)

在深孔爆破中，某個炮孔內(nèi)裝藥量及炸藥性能決定了巖石的破碎程度，在一次爆破中巖石爆破的大塊率越低，說明爆破效果也好，這就能在整體爆破中最大限度的降低炸藥單耗。在深孔爆破中，爆炸能量表現(xiàn)為應(yīng)立波的強弱和膨脹氣體的大小，炸藥起爆之后所產(chǎn)生的應(yīng)立波會沿著巖石裂紋不斷延深，且應(yīng)立波越強，徑向裂紋越多，且在膨脹氣體的作用下，巖石會沿著這些裂紋破碎，也就是說應(yīng)立波越強，膨脹氣體越大，破碎程度越高，大塊率越低。在深孔爆破的炮孔裝藥時，巖石會沿著炮孔產(chǎn)生徑向裂紋，當(dāng)采用小抵抗線大孔底距的孔網(wǎng)參數(shù)時，爆破應(yīng)力產(chǎn)生迭加效果，進而使得大塊率降低，產(chǎn)生快度均勻的效果。因此在深孔爆破時采用小抵抗線大孔底局的網(wǎng)孔參數(shù)將大大降低炸藥單耗。

2.3 調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)的扇形深孔爆破中，炮孔裝藥結(jié)構(gòu)與方式存在一定的不合理性，使單孔爆破時的炸藥能量分布極不合理，進而影響了爆破效果。炮孔的堵塞不用炮泥而是用炸藥填充，這在起爆時孔口阻抗小且炮孔密集，導(dǎo)致深孔炸藥爆破產(chǎn)生的能量很大，應(yīng)立波較強，能夠完全實現(xiàn)破碎均勻的效果，但在整個起爆過程中，只有部分炸藥能量被用于破碎巖石，且已實現(xiàn)理想效果，多余的炸藥能量則浪費在產(chǎn)生沖擊波和地震波等無用功上。因此需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整炮孔裝藥結(jié)構(gòu)，增加炮孔的堵塞長度，避免扇形孔裝藥過于集中，進而降低爆炸能量中的無用功能量比例，大大降低炸藥單耗。

2.4 間隔裝藥

首先，在間隔位置的選擇方面通常有三種選擇，即上部間隔、中部間隔、孔底間隔。空氣間隔位置對破碎效果會產(chǎn)生較大的影響，因此合理的間隔位置對深孔爆破效率產(chǎn)生重要影響，進而影響炸藥單耗。通過實踐發(fā)現(xiàn)，孔底間隔易產(chǎn)生較為顯著的根底現(xiàn)象，上部間隔則容易產(chǎn)生大塊現(xiàn)象，而中部間隔則能產(chǎn)生較好的爆破效果。因此在露天礦開采的深孔爆破中，間隔裝藥位的間隔位置選擇應(yīng)采用中部間隔的裝藥方式。

其次，在間隔長度的選擇方面，實踐表明，破碎程度與間隔長度之間存在反向關(guān)聯(lián)，即間隔長度越大，破碎程度越小，但在間隔長度的設(shè)置中，其長度值存在一個臨界值，在臨界值以內(nèi)時，產(chǎn)度對破碎程度的影響有限，而超過該臨界值時，則影響較大。因此在間隔長度的選擇時，應(yīng)結(jié)合實際情況確定臨界值，進而實現(xiàn)最佳爆破效果。

再次，在中部間隔設(shè)計方面，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實際，按照炮孔排數(shù)合理設(shè)計炮孔位置，炮孔位置前后排錯開，多排炮孔時，相鄰兩排炮孔錯開，相隔兩排炮孔相同位置。再生產(chǎn)實際中可采用孔與孔錯開的方式，這種方式的爆破效果更優(yōu)。

在上述描述的基礎(chǔ)上，對深孔爆破中部間隔裝藥結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新改良，即①深孔中裝一些散裝巖石炸藥，之后炮孔中放入方向起爆藥包，然后繼續(xù)裝散裝巖石炸藥至深孔中下部；②用一根細(xì)麻繩捆綁一個乳化炸藥至深孔中部，且與中下部散裝巖石炸藥的上層留有空氣間隔；③乳化炸藥上繼續(xù)放入散裝巖石炸藥，并放入起爆藥包，用散裝巖石炸藥將起爆藥包掩蓋；④最上面填裝堵塞巖粉。這種方式能夠取得良好的爆破效果。

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