數(shù)碼電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間應(yīng)用探討

蘭小平

(寧夏天宏爆破有限公司，銀川 750001)

甘肅白銀市白銀區(qū)武川鄉(xiāng)榆樹(shù)溝大理巖礦山，主要為中材甘肅水泥有限責(zé)任公司日產(chǎn)4 500 t新型干法水泥生產(chǎn)線提供石灰?guī)r，礦山年生產(chǎn)能力225萬(wàn)t，礦區(qū)面積0.53 km2。礦區(qū)位于干旱地區(qū)，降水稀少，年平均降水量最大為100～150 mm，礦體節(jié)理、斷層、層理等較發(fā)育，屬較堅(jiān)硬巖石?？箟簭?qiáng)度Rc=50～40，巖體完整性指數(shù)Kv>0.75，巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ為550～451。礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，工程地質(zhì)條件中等，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量較好，礦床開(kāi)采技術(shù)條件屬工程地質(zhì)問(wèn)題為主的中等類型。

礦山開(kāi)采為自上而下水平分層的山坡露天開(kāi)采方式，在采掘帶斜交礦體走向布置橫向采掘。在礦石采掘時(shí)采取深孔爆破，臺(tái)階高度14 m，使用1臺(tái)JK590C-140型露天潛孔鉆機(jī)穿孔，主爆炸藥為巖石粉狀乳化炸藥，將高精度導(dǎo)爆管雷管和數(shù)碼電子雷管(以下簡(jiǎn)稱：電子雷管)結(jié)合使用，起爆網(wǎng)路為逐孔起爆、V形起爆等多種連接形式。開(kāi)采的石灰?guī)r以公路-汽車-鋼芯膠帶機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸。

目前對(duì)于逐孔起爆延時(shí)時(shí)間設(shè)計(jì)的研究，主要為導(dǎo)爆管雷管[2]。由于導(dǎo)爆管雷管時(shí)間受雷管段別限制，誤差較大，很難在真正意義上逐孔起爆，使研究有一定的局限性，但是對(duì)電子雷管逐孔起爆延時(shí)時(shí)間研究也較少，本文介紹了2018年5～8月份在榆樹(shù)溝大理巖礦山，進(jìn)行5次爆破試驗(yàn)的過(guò)程，對(duì)電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間進(jìn)行了應(yīng)用研究，得出電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路孔間和排間延時(shí)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為類似工程施工提供可借鑒的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)支撐。

1 間隔時(shí)間的選擇原則

1.1 孔間間隔時(shí)間

合理的間隔時(shí)間對(duì)改善爆破質(zhì)量和降低地震效應(yīng)具有十分重要的作用,確定間隔時(shí)間主要考慮巖石性質(zhì)、孔網(wǎng)參數(shù)、巖體破碎和移動(dòng)因素。間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，相當(dāng)于單孔爆破漏斗發(fā)揮作用,甚至破壞爆破網(wǎng)路;時(shí)間過(guò)短,前一個(gè)炮孔沒(méi)有為下一個(gè)炮孔形成自由面,起不到爆破的作用。合理的間隔時(shí)間,即前一個(gè)炮孔為下一個(gè)炮孔形成自由面的時(shí)間,亦即炮孔前方巖石前移和回彈時(shí)間加上巖塊脫離巖體的時(shí)間。理論和實(shí)際證明,軟巖應(yīng)采用低猛度、低爆速的炸藥，并采用長(zhǎng)間隔時(shí)間，以增加應(yīng)力波及爆破氣體在巖體中的作用時(shí)間；硬巖及軟弱夾層、裂隙發(fā)育的巖石則采用高猛度、高爆速的炸藥,并在短時(shí)間內(nèi)，使爆破能量依次迅速釋放,避免爆破氣體泄漏及應(yīng)力波迅速衰減。

1.2 排間間隔時(shí)間

在多排爆破時(shí),排與排之間的時(shí)間間隔必須足夠長(zhǎng),這樣可以使先爆巖石完全脫離原來(lái)位置,為后爆破巖石創(chuàng)造自由面,不會(huì)阻擋后面巖石的移動(dòng)。如果排間延時(shí)低于某一臨界值,爆破后,前排巖石阻礙使爆破后沖加重,爆堆變高,而爆堆底部由于夾制作用大,松散度較差,不利于電鏟作業(yè)。還由于不同巖性巖石的動(dòng)態(tài)反映時(shí)間不一,這一臨界值變化比較大。根據(jù)文獻(xiàn)[4]的研究,當(dāng)?shù)陀?8 ms/m抵抗線會(huì)發(fā)生爆后巖體阻塞現(xiàn)象,增加排間延時(shí)不會(huì)對(duì)爆破效果產(chǎn)生較大影響,但過(guò)大的排間延時(shí)會(huì)使先爆巖石拋下后停止,阻擋了后排的巖石移動(dòng),不能發(fā)揮爆破排間炮孔應(yīng)力波疊加，及碎石相互擠壓碰撞而改善爆破效果的作用。

1.3 波阻對(duì)間隔時(shí)間的影響和選擇

爆破能量在巖石中釋放和耗損與巖石的性質(zhì)有關(guān),波阻是巖石的本質(zhì)性質(zhì),是影響應(yīng)力波傳播的重要因素,也必將影響其傳播行為特征。因此,延時(shí)爆破最優(yōu)間隔時(shí)間t與孔網(wǎng)參數(shù)、巖石波阻Ω等的關(guān)系,顯得更為重要。根據(jù)文獻(xiàn)[5]的實(shí)驗(yàn)研究,間隔時(shí)間與波阻和孔距的關(guān)系如圖 1所示，最優(yōu)間隔時(shí)間是隨著孔距減小和波阻增大而縮短的,因此,與巖石物理特性和孔網(wǎng)參數(shù)對(duì)最優(yōu)級(jí)間隔時(shí)間的影響是一致的。

τ0-間隔時(shí)間；Ω-波阻；a-孔距圖1 τ0 與Ω，a的關(guān)系Fig.1 The relationship between τ0 and Ω,a

2 電子雷管的應(yīng)用

為了進(jìn)一步提高礦山開(kāi)采水平、爆破效果和爆破作業(yè)本質(zhì)安全化水平，引進(jìn)了電子雷管。采用四川久安芯電子科技公司生產(chǎn)的C300電子雷管起爆系統(tǒng)，在榆樹(shù)溝大理巖礦山東、北采區(qū)進(jìn)行了5次試驗(yàn)。為了積累經(jīng)驗(yàn)和便于數(shù)據(jù)對(duì)比分析，采用控制變量法，將前4次試驗(yàn)，保持爆破網(wǎng)路孔間延時(shí)時(shí)間不變，只改變排間延時(shí)時(shí)間；在第5次試驗(yàn)中，既改變了排間的延時(shí)時(shí)間，也改變了孔間延時(shí)時(shí)間。通過(guò)不同排間延時(shí)時(shí)間的爆破效果對(duì)比分析，得出的最佳排間延時(shí)時(shí)間更有說(shuō)服力。

2.1 電子雷管起爆網(wǎng)路使用規(guī)則

1)電子雷管網(wǎng)路采用并聯(lián)的形式進(jìn)行連接(見(jiàn)圖2)。

2)電子雷管應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間，設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)延時(shí)時(shí)間。

3)雷管錄入過(guò)程中或完成后，應(yīng)多次對(duì)孔內(nèi)參數(shù)進(jìn)行校核。

注：“1-1”等數(shù)字表示排-孔編號(hào)，以下類同圖2 電子雷管網(wǎng)路連接Fig.2 Electronic detonator network connection

2.2 電子雷管起爆網(wǎng)路連接規(guī)定

1)電子雷管在入孔前必須進(jìn)行性能測(cè)定(見(jiàn)圖3a)。

2)在潮濕環(huán)境或大風(fēng)天氣進(jìn)行網(wǎng)路連接時(shí)，應(yīng)對(duì)連接線和卡接盒進(jìn)行防護(hù)和壓穩(wěn)，防止出現(xiàn)電流不穩(wěn)定現(xiàn)象。

3)連接線與接線盒之間應(yīng)緊扣板卡，雨雪等惡劣天氣應(yīng)進(jìn)行接卡部位的防護(hù)。

4)非確認(rèn)進(jìn)行起爆，不要進(jìn)行高壓充電操作，高壓充電后若取消起爆操作，需要等待5 min后，方可進(jìn)行隨后的操作。

5)在網(wǎng)路授時(shí)后或高壓充電的狀態(tài)下，嚴(yán)禁重新進(jìn)行起爆母線的卡接。若進(jìn)行起爆母線的卡接操作，需重新對(duì)網(wǎng)路進(jìn)行授時(shí)操作(見(jiàn)圖3b)。

3 試驗(yàn)及分析

3.1 第1次試驗(yàn)

2018年5月22日，在礦山東采區(qū)1 984～1 970 m水平臺(tái)段進(jìn)行深孔爆破作業(yè)，石灰石56 000 t，總藥量7 850 kg，總孔數(shù)50個(gè)，設(shè)計(jì)單耗0.15 kg/t，挖裝運(yùn)后實(shí)際單耗0.14 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3)，其他爆破參數(shù)如表1所示。主爆炸藥為巖石粉狀乳化炸藥,網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間和礦山以前使用的普通導(dǎo)爆管雷管的時(shí)間一致，即孔間時(shí)間25 ms，排間時(shí)間110 ms,網(wǎng)路總延時(shí)時(shí)間705 ms(見(jiàn)圖4)。

表1 東采區(qū)1 984～1 970 m水平臺(tái)段爆破參數(shù)(第1次)

圖4 起爆網(wǎng)路Fig.4 Detonation network

觀察爆破后現(xiàn)場(chǎng)，前1排前撲較明顯(見(jiàn)圖5a)，后破裂線有彎曲和隆起的現(xiàn)象(見(jiàn)圖5b)，證明后面2排沒(méi)有完全推出去，經(jīng)對(duì)采裝過(guò)程跟蹤發(fā)現(xiàn)，局部有大塊，底部有0.5 m不等的根坎。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)[1]，可能是排間延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成的。

3.2 第2次試驗(yàn)

2018年5月25日，在礦山東采區(qū)1 984～1 970 m水平臺(tái)段進(jìn)行深孔爆破作業(yè)，石灰石方量45 000 t，總藥量6 636 kg，總孔數(shù)42個(gè)，設(shè)計(jì)單耗0.15 kg/t，挖裝運(yùn)后實(shí)際單耗0.145 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3)，其他爆破參數(shù)如表2所示。根據(jù)第1次爆破效果，決定繼續(xù)保持孔間延時(shí)25 ms不變,將排間延時(shí)時(shí)間由110 ms降至75 ms，網(wǎng)路總延時(shí)425 ms,第1排只有2個(gè)孔，起爆點(diǎn)位于排中間位置(見(jiàn)圖6)。

表2 東采區(qū)1 984～1 970 m水平臺(tái)段爆破參數(shù)(第2次)

圖6 起爆網(wǎng)路Fig.6 Detonation network

從爆破后現(xiàn)場(chǎng)表面目測(cè)有大塊，但較第1次試驗(yàn)，大塊率有所降低，前2排前撲較明顯(見(jiàn)圖7 a)，后破裂線有彎曲不整齊，后破裂線沒(méi)有隆起現(xiàn)象，推出效果較第1次有所改善(見(jiàn)圖7 b)，經(jīng)對(duì)采裝過(guò)程跟蹤發(fā)現(xiàn)，臺(tái)階底部根坎基本消失。證明本次排間延時(shí)時(shí)間的改變對(duì)爆破效果有一定影響，為了進(jìn)一步證實(shí)此影響的存在，計(jì)劃采用同樣的網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間再進(jìn)行1次試驗(yàn)，觀察爆破效果是否穩(wěn)定。

圖7 爆破后的爆堆Fig.7 Blasting muckpile after blasting

3.3 第3次試驗(yàn)

2018年7月1日，在礦山北采區(qū)1 970～1 956 m水平臺(tái)段進(jìn)行深孔爆破作業(yè)，石灰石方量90 000 t，總藥量13 000 kg，總孔數(shù)87個(gè)，設(shè)計(jì)單耗0.15 kg/t，挖裝運(yùn)后實(shí)際單耗0.144 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3)，其他爆破參數(shù)如表3所示。主爆炸藥采用巖石粉狀乳化炸藥,網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間保持和第2次一致，即孔間延時(shí)25 ms，排間延時(shí)75 ms,總延時(shí)975 ms(見(jiàn)圖8)。

表3 北采區(qū)1 970～1 956 m水平臺(tái)段爆破參數(shù)(第3次)

圖8 起爆網(wǎng)路Fig.8 Detonation network

爆破后的爆堆形態(tài)較為均勻、后破裂線較整齊(見(jiàn)圖9a)，中間無(wú)隆起，推出效果明顯。表面目測(cè)大塊率小(見(jiàn)圖9b)，經(jīng)對(duì)采裝過(guò)程跟蹤發(fā)現(xiàn)，大塊率極低，臺(tái)階底部無(wú)根坎，經(jīng)過(guò)本次試驗(yàn)可以肯定，本次網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間較為合理，符合最小抵抗線和空間補(bǔ)償原理，為了進(jìn)一步研究排間延時(shí)時(shí)間繼續(xù)降低對(duì)爆破效果的影響情況，計(jì)劃下一次試驗(yàn)時(shí)再將排間延時(shí)時(shí)間減小。

圖9 爆破后現(xiàn)場(chǎng)爆堆Fig.9 Blasting muckpile after blasting

3.4 第4次試驗(yàn)

2018年7月28日，在礦山北采區(qū)1 970～1 956 m水平臺(tái)段進(jìn)行深孔爆破作業(yè)，石灰石方量60 000 t，總藥量8 620 kg，總孔數(shù)57個(gè)，臺(tái)階高度14 m，設(shè)計(jì)單耗0.15 kg/t，其他爆破參數(shù)如表4所示。繼續(xù)保持孔間延時(shí)不變，即為25 ms，排間延時(shí)由75 ms減少到50 ms,總延時(shí)425 ms(見(jiàn)圖10)。

表4 北采區(qū)1 970～1 956 m水平臺(tái)段爆破參數(shù)(第4次)

圖10 起爆網(wǎng)路Fig.10 Detonation network

爆破后的爆堆形態(tài)較第3次爆堆更加均勻，前撲更加明顯。爆后的爆堆整體呈45°斜面平滑，前撲出去近20 m的距離，表面目測(cè)無(wú)大塊，后排破裂線整齊(見(jiàn)圖11a)。經(jīng)對(duì)采裝過(guò)程跟蹤發(fā)現(xiàn)，大塊率極低，也無(wú)根坎(見(jiàn)圖11b)。通過(guò)挖裝運(yùn)后測(cè)得實(shí)際單耗0.144 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3、折合方量單0.38 kg/m3)。開(kāi)挖后下部采場(chǎng)無(wú)根坎，爆破飛石警戒區(qū)域外無(wú)飛石，爆破振動(dòng)較小，進(jìn)一步證明了調(diào)整排間延期時(shí)間，使得爆破效果不斷得到改善。

3.5 第5次試驗(yàn)

2018年8月21日，在礦山北采區(qū)1 970～1 956 m水平臺(tái)段進(jìn)行深孔爆破作業(yè)，石灰石方量68 000 t，總藥量9 960 kg，總孔數(shù)62個(gè)，第1孔為虛擬炮孔，設(shè)計(jì)單耗0.146 kg/t，挖裝運(yùn)后實(shí)際單耗0.144 kg/t(石灰石比重為2.65 t/m3、折合方量單0.38 kg/m3)，其他爆破參數(shù)如表5所示。主爆炸藥為巖石粉狀乳化炸藥，再進(jìn)行一次爆破試驗(yàn)，將孔間延時(shí)時(shí)間進(jìn)行微調(diào)，即由原來(lái)的25 ms調(diào)整為20 ms，排間延時(shí)時(shí)間調(diào)整為45 ms, 總延時(shí)445 ms(見(jiàn)圖12)。

表5 北采區(qū)1 970～1 956 m水平臺(tái)段爆破參數(shù)(第5次)

經(jīng)過(guò)爆破后檢查和采裝過(guò)程測(cè)量跟蹤，爆后爆堆及后破裂線沒(méi)有太大變化，但更加均勻,爆堆整體向自由面方向呈斜直線形式撲下(見(jiàn)圖13a)，表面目測(cè)無(wú)大塊，中間和后排均無(wú)隆起(見(jiàn)圖13b)，后排破裂線整齊，經(jīng)對(duì)采裝過(guò)程跟蹤發(fā)現(xiàn)，也無(wú)大塊和根底，爆破效果達(dá)到最優(yōu)。

圖12 起爆網(wǎng)路Fig.12 Detonation network

圖13 爆破后現(xiàn)場(chǎng)爆堆Fig.13 Blasting muckpile after blasting

4 結(jié)論

采用電子雷管逐孔起爆網(wǎng)路，在保持爆破孔網(wǎng)參數(shù)和單耗均不變的情況下，調(diào)整礦山傳統(tǒng)的網(wǎng)路延時(shí)時(shí)間，即孔間由25 ms調(diào)整為20 ms，每米孔距延時(shí)3～4 ms，排間由75～110 ms調(diào)整為45 ms，每米排距延時(shí)9 ms,較大地改善了爆破效果，提高了礦山挖裝效率和采場(chǎng)平整度。但根據(jù)文獻(xiàn)[3]研究和爆破理論[1]，排和孔間延時(shí)時(shí)間不可能無(wú)限制縮小，延時(shí)時(shí)間縮小和增大都存在一個(gè)臨界值，超過(guò)這個(gè)臨界值將會(huì)引起爆炸事故，具體臨界值的變化規(guī)律與巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和炸藥性能等各種條件有關(guān)，還有待于爆破同行們根據(jù)礦山實(shí)際進(jìn)一步研究。