空氣間隔器在白馬鐵礦爆破中的運用

張建強

（新白馬礦業(yè)有限責任公司白馬鐵礦，四川攀枝花 617000）

0 引言

四川攀枝花新白馬礦業(yè)有限責任公司作為攀鋼的主要礦石輸出基地，近年實現(xiàn)了快速發(fā)展，年出礦量已達1900 萬噸。白馬鐵礦現(xiàn)有的2 個采區(qū)全部為露天采場，經(jīng)過多年的發(fā)展，采場開采規(guī)模逐漸擴大。產(chǎn)量的持續(xù)增加使爆破頻率不斷增加，礦山原有的地質(zhì)環(huán)境受到很大影響。為有效降低白馬鐵礦生產(chǎn)引發(fā)的地質(zhì)損害與環(huán)境問題，保護生命與財產(chǎn)安全，推動礦產(chǎn)資源的高效開發(fā)與合理利用，實現(xiàn)資源與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展，降低開采費用，降低爆破引發(fā)的危害，提高礦產(chǎn)能力，需要實現(xiàn)技術的進步。

20 世紀中期，原蘇聯(lián)學者首先發(fā)明了空氣間隔技術，并應用于裝藥爆破領域，可以控制爆破附近區(qū)域的巖體發(fā)生過度粉碎，有利于提升炸藥的爆破效果。經(jīng)過后續(xù)研究以及在礦山生產(chǎn)中的應用，該技術已趨于成熟。實踐表明，應用該項技術，爆破后塊度呈臺階分布，比較均勻，炸藥消耗水平低。當前，國內(nèi)外許多礦山已大量應用空氣間隔器，技術在不斷完善。

針對白馬鐵礦田家村采場爆破的實際情況，利用空氣間隔爆破的優(yōu)勢，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，借助試驗確定空氣層的位置和長度，以降低大塊率和炸藥單耗，提升生產(chǎn)中的鏟裝效率，降低生產(chǎn)成本。

1 空氣間隔爆破

1.1 空氣間隔爆破應用原理

相關研究表明，巖石爆破效果與炸藥爆破作用于巖石產(chǎn)生沖擊波的能量有關，還和持續(xù)作用時間有關。借助空氣間隔器，原有的裝藥方式發(fā)生改變。爆炸時，炸藥能量直接作用于空氣，空氣有了能量后傳到巖石，這種方式弱化了爆破初始階段的峰壓，使爆破持續(xù)作用時間得以延長，有利于控制由于連續(xù)裝藥結(jié)構引起的礦巖受到?jīng)_擊后的過度粉碎，炸藥爆炸產(chǎn)生的能量可以得到高效利用，這種方式有利于控制炸藥單耗，對降低采礦成本將起到促進作用。另外，空氣間隔器可以結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)節(jié)高度，爆炸壓力在孔內(nèi)軸向分布更均勻，減少爆破后大塊的數(shù)量，為后序的鏟裝、運輸?shù)葎?chuàng)造有利條件。

1.2 間隔位置的差異

（1）中間間隔。根據(jù)歐美國家的研究發(fā)現(xiàn)，采用中部空氣間隔實施爆破，上下段炸藥爆破時，會產(chǎn)生相互獨立的沖擊波陣面，因此振動作用得以加強，在同等地質(zhì)條件下，破碎能力高于在底部或上部裝藥。但實際應用中，這種裝藥方式操作復雜，炮孔要縱向布置，要作用于兩套不同的起爆裝置，因此會提升爆破成本；中部間隔裝藥分兩次進行，回填也是兩次，由于操作復雜，會對施工效率和施工安全產(chǎn)生不利影響。

（2）頂部間隔。中國礦業(yè)大學的張文波、田紅兵對于相關空氣層作用于不同位置后孔內(nèi)壓力的分布與炮孔作用巖體中產(chǎn)生的力場加以計算，結(jié)果表明：采用頂部空氣間隔裝藥的效果優(yōu)于中部和下部?？諝鈱訒l(fā)生空氣柱作用在炮孔頂部，將延長臺階區(qū)域的爆破時間。峰壓弱化后會導致粉碎區(qū)域面積減小，但這種方式會導致破裂區(qū)覆蓋范圍擴大、時間延長。因此，采用頂部間隔進行爆破，對于控制臺階頂部發(fā)生大塊具有明顯效果。

（3）底部間隔。底部間隔式裝藥有利于提升藥柱重心，增強臺階頂部破碎作用，降低沖擊產(chǎn)生的壓力峰值，降低爆破作用的粉碎區(qū)域，有利于實現(xiàn)爆破時間的延長。這種方式可以提升能量利用效果，底部破碎范圍也可以增強，破碎效果較好，并可控制爆破震動。由于空氣柱在炮孔底部，爆破產(chǎn)生的最大壓力減小，會導致底部的塊度變大，鏟裝中根底的發(fā)生率也會增加，因此需控制空氣間隔長度。

2 空氣間隔器應用試驗

2.1 田家村采場爆破現(xiàn)狀

田家村采場南北長條形布置，采場臺階高15 m，鉆孔設備為孔徑160 mm 潛孔鉆，采場每次爆破方量10～30 萬噸，炸藥單耗平均水平0.72 kg/m3。目前采場巖層爆破后，大塊常存在于臺階上部，礦巖的接合部位有根底存在，嚴重影響采場生產(chǎn)。對堅硬巖層進行的爆破參數(shù)的優(yōu)化，導致炸藥消耗水平提升（最大＞0.8 kg/m3），爆破發(fā)生后雖然不會有根底，但會造成礦石粉碎率過大，增加生產(chǎn)成本。

2.2 空氣間隔器的使用

結(jié)合現(xiàn)場實際地質(zhì)條件，調(diào)整爆破孔網(wǎng)參數(shù)，提升爆破效果的同時減少炸藥的消耗量。應用空氣間隔器的關鍵問題是保證空氣層比例的科學合理。國外學者經(jīng)過研究后認為，空氣層最佳量控制在裝藥高度的15%～20%，國內(nèi)學者研究后也認為將取裝藥后的高度控制在20%左右效果較好?？諝鈱颖壤拇_定要考慮礦區(qū)的地質(zhì)條件、爆破發(fā)生孔網(wǎng)的相關參數(shù)和選擇的爆破器材、應用的炸藥品種等。綜合考慮這些影響因素要，以控制應用空氣間隔后的炸藥費用。

2.3 爆破試驗過程

空氣間隔技術應用于田家村采場爆破時，將爆區(qū)劃分為2個不同的區(qū)域用以對比。一個區(qū)域的爆破采用連續(xù)式裝藥，另一區(qū)域采用空氣間隔實施爆破，跟蹤爆破效果，分析兩種不同爆破方式的差異。爆破參數(shù)見表1。各試驗段空氣間隔分布情況見表2，試驗過程中，鑒于采場生產(chǎn)實際，裝藥采用耦合裝藥，采用毫秒微差法起爆。

（1）對圍巖進行爆破。由于現(xiàn)場巖性比較復雜，變化較大，上部巖層為石炭系，主要礦床有石英砂巖、炭質(zhì)頁巖以及石灰?guī)r，下部巖層為灰色、紫色的黏土?？諝忾g隔器主要放置在兩處：上部的頁巖部位與下部黏土區(qū)域。

（2）對礦體進行爆破。由于礦體底層是奧陶系的峰峰組，主要分布著灰黑色灰?guī)r。在礦層中部和底部放置空氣間隔器，針對礦層中間部分，調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)；接近周圍農(nóng)民區(qū)域?qū)嵤┑撞块g隔爆破，控制震動。

表1 田家村采場爆破參數(shù)

表2 各試驗段空氣間隔分布情況

3 試驗效果

3.1 降低大塊率

在爆破巖石區(qū)域中，上部砂巖整體硬度大于頁巖和硬質(zhì)黏土，孔網(wǎng)參數(shù)確定為6 m×4 m，炸藥消耗水平0.68 kg/m3，連續(xù)裝藥結(jié)構爆破后，在臺階中部與頂部易產(chǎn)生大塊。應用空氣間隔實施爆破，單孔藥量消耗降低10 kg。爆破實施后，底部空氣間隔2 m 爆破效果明顯優(yōu)于其他類型。大塊數(shù)量降低，中上部的塊度比較均勻，剝離鏟裝的整體效率得以提升。爆破礦石區(qū)域主要是灰黑色灰?guī)r，礦層最硬處位于下部，原設計孔網(wǎng)參數(shù)為6 m×4 m，由于臺階有大塊在上部，有時有巨塊發(fā)生。應用空氣間隔器后，孔網(wǎng)參數(shù)調(diào)整為5 m×4 m，中間空氣間隔1.4 m 效果最好，將大塊率降低到6 塊/萬噸。

3.2 降低炸藥單耗

爆破巖石區(qū)域頁巖和黏土的硬度不高，孔網(wǎng)參數(shù)設定為5 m×5 m，可以保證爆破效果。如果炸藥消耗水平＞0.72 kg/m3，可以修改孔網(wǎng)參數(shù)加，如設置為7 m×4 m，有利于控制炸藥的消耗量，但會導致根底與大塊礦增多。采用空氣間隔，可將炸藥消耗水平控制在0.65 kg/m3，使爆破效果達到鏟裝要求?？諝忾g隔器的引入，有利于降低裝藥量，炸藥的消耗水平可以減少到最初的孔網(wǎng)參數(shù)，有利于提升爆破質(zhì)量。

3.3 降低礦石粉率

爆破礦石區(qū)域有致密灰?guī)r或節(jié)理沒有完全發(fā)育的部位，礦石硬度比較大，連續(xù)裝藥可導致爆破后的粉率增加。利用中間空氣間隔，可提高藥包的分布長度，爆破后可以減少炸藥單耗，礦石的粒度增大，大小會較為均勻。經(jīng)試驗，中間空氣間隔長度1.4 m 優(yōu)于1.8 m。

3.4 減少根底數(shù)

空氣間隔器的應用，會導致炮孔縱向威力不均勻，炸藥產(chǎn)生的能量集中于臺階上部，這部分較軟，而下部由于礦石較硬易出現(xiàn)根底。采用中間空氣間隔爆破，炸藥的消耗水平可以控制在0.65 kg/m3以內(nèi)，爆破后不會產(chǎn)生根底。在中間和底部實現(xiàn)對比試驗后發(fā)現(xiàn)，中間間隔產(chǎn)生的爆堆形態(tài)要優(yōu)于底部，中間間隔長度采用1.4 m 優(yōu)于1.8 m。

3.5 降低爆破震動

在礦區(qū)臨近周圍農(nóng)民的爆區(qū)，采用底部空氣間隔，間隔長度1.8 m，爆破效果最佳，炸藥消耗降低到0.63 kg/m3以下，在降低炸藥消耗水平的同時實現(xiàn)降震。

4 結(jié)束語

在白馬鐵礦鐵礦生產(chǎn)開采中，針對爆破效果不理想部位采用空氣間隔，依據(jù)爆破試驗結(jié)果，有利于減少炸藥消耗水平，還可以對臺階上部產(chǎn)生的大塊和根底進行控制，減少粉礦率。應用空氣間隔器，不僅可以實現(xiàn)爆破效果的提升，還可以積累應用經(jīng)驗，為提升爆破水平提供幫助。