數(shù)碼電子雷管在露天礦中深孔預裂爆破中的應用

徐榮興，秦志輝

（鞍鋼礦業(yè)爆破有限責任公司，遼寧鞍山 114044）

數(shù)碼電子雷管實現(xiàn)了火工品的閉合管理，相比塑料導爆管具有安全系數(shù)高、管理環(huán)節(jié)方便、使用安全性能高、提高生產(chǎn)效率、社會危害系數(shù)低等優(yōu)勢。為配合全面推廣使用數(shù)碼電子雷管，實現(xiàn)傳統(tǒng)雷管與電子雷管有序更替，并發(fā)揮電子雷管在露天深孔爆破中控制爆破振動、改善爆破效果等優(yōu)勢，弓長嶺露天項目部提出由數(shù)碼電子雷管替代塑料導爆管和導爆索進行中深孔預裂爆破試驗方案。

預裂爆破是指沿著開挖邊界布置密集炮孔，采用不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)爆破之前起爆，形成貫穿裂縫，以減弱主體爆破隊保留巖體的破壞，使開挖面光滑平整的爆破作業(yè)。為了以最小成本實現(xiàn)邊坡安全、穩(wěn)定，合理有效的實施邊坡控制爆破，設計方案采用空氣間隔裝藥預裂爆破技術(shù)。

空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)一般由雷管、孔底藥包、中部藥包、和空氣間隙組成?？諝忾g隙是通過在炮孔內(nèi)放置氣體間隔器形成的，以便使填塞柱保持一定高度。氣體間隔密封炮孔以產(chǎn)生1 個密閉腔，有利于爆炸沖擊波和爆轟氣體的作用，爆破沖擊波在到達堵塞物或孔底后又返回到孔內(nèi)間隔空氣中，在沖擊波的反復作用下，炮孔周圍應力場得到增強，應力波作用的時間延長。爆炸應力波與高壓氣體的聯(lián)合作用，使預裂孔孔間連線兩側(cè)形成拉應力集中區(qū)，連線方向產(chǎn)生很大的拉應力，使相鄰炮孔間巖石受壓，預裂孔連線方向形成裂隙并連接成縫[1]。

1 工程概況

中茨鐵礦位于弓長嶺二礦區(qū)的東南區(qū)，西側(cè)為井下鐵礦中央?yún)^(qū)，東側(cè)為露天鐵礦獨木采區(qū)，北側(cè)為上含鐵帶的大砬子采區(qū)礦區(qū)屬山丘地帶，東南區(qū)礦體最高露頭為大砬子。礦床西北端以寒嶺斷裂（F）為界，東南端到30 剖面，長4 850 m，寬750 m，全區(qū)面積3.6 km。弓長嶺鐵礦床二礦區(qū)位于弓長嶺背斜的北翼，巖層走向120°～160°，傾向NE，傾角60°～85°。

礦區(qū)內(nèi)巖體為混合巖，主要為弓長嶺混合花崗巖，廣泛分布在上下含鐵帶兩側(cè)，與鞍山群茨溝組呈混合交代接觸關(guān)系。巖漿巖較少，有偉晶巖、長英巖、石英脈及基性侵入巖等，均成脈狀，產(chǎn)于變質(zhì)巖系或混合巖中，斷裂構(gòu)造發(fā)育。礦石普氏硬度系數(shù)f=12～14，巖石普氏硬度系數(shù)f=8～12。

由于中茨露天礦區(qū)北幫的邊坡風化嚴重，巖體較破碎，導致容易引發(fā)落石與滾石傷害，對下方采礦工程造成很大的安全隱患。目前礦區(qū)北幫主要開采部位在400、388、376 m 等幾個水平。巖石主要是綠泥云母片巖、斜長角閃巖及下部混合巖等組成，其中綠泥云母石英片巖，垂直層理抗壓強度為73.4 MPa，平行層理抗壓強度為86.7 MPa。

2 預裂爆破實施方案

2.1 預裂爆破工藝參數(shù)

鉆孔施工過程中要嚴格控制鉆孔質(zhì)量，鉆孔精準是預裂爆破達到理想效果的關(guān)鍵。鉆孔質(zhì)量控制包括測量放樣、鉆孔角度、鉆孔深度及超深等[2]。

在實際應用中，一般孔徑越小則半孔率越高，但為保證穿孔效率，大型露天礦山常采用孔徑為110～150 mm 的潛孔鉆機鉆鑿預裂孔，并采用徑向不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。實踐證明只要調(diào)整相鄰炮孔的距離或孔內(nèi)裝藥量便可達到成縫的目的[3]。

1）炮孔直徑。根據(jù)礦點實際情況，鉆孔設備為TQ458B 型潛孔鉆機，有孔徑為180、115 mm 2 種鉆頭。為了保證半孔率，設計預裂孔采用115 mm 孔徑，垂直鉆孔。

2）炮孔間距a。根據(jù)選定的孔徑按一定的比值選取孔距，一般可取鉆孔直徑的7～12 倍，完整堅硬的巖石取大值，軟弱破碎巖石取小值。最佳的鉆孔間距不只是1 個，而是在1 個合理范圍內(nèi)變動[4]。即：805～1 380 mm。根據(jù)地質(zhì)條件、巖石破碎程度等情況，取鉆孔間距a=1 200 mm。

式中：a 為鉆孔間距，mm；d 為鉆孔直徑，mm。

3）不耦合系數(shù)。炸藥使用2 號巖石乳化炸藥，藥卷規(guī)格：φ90 mm×450 mm，3 kg/卷，不耦合系數(shù)為1.28。

4）預裂孔孔深L。炮孔深度L 計算得L=13 m。

式中：L 為炮孔深度；H 為臺階高度；12 m；θ 為臺階坡面角，取85°；△h 為超深，考慮鉆機鉆孔作業(yè)及測量誤差，取超深為1 m。

5）線裝藥密度q。由于預裂炮孔深，底部夾制力大，要使預裂縫貫穿質(zhì)量好，阻震效果佳，在預裂炮孔底部一定范圍內(nèi)應加大裝藥量，孔深大于10 m時，增加3～5 倍線裝藥密度[5]。為了保證爆破效果，有效的避免根底和大塊的產(chǎn)生，實際施工底部裝藥長度取值1.8 m，線裝藥密度q 取6.67 kg/m，現(xiàn)場實際預裂孔底部加強部位裝藥量為12 kg，中部正常裝藥段裝藥量為6 kg，預裂孔單孔總裝藥量為18 kg。本次預裂爆破預裂孔共計23 孔，同段起爆藥量為414 kg。

式中：q 為線裝藥密度，kg/m3；σY為巖石抗壓強度，kg/cm2；d 為鉆孔直徑，m。

6）預裂孔填塞長度。為了避免孔口大塊的產(chǎn)生，孔口填塞長度常取炮孔直徑的12～20 倍，由于工作面有一定厚度浮渣，類比其他同類工程，實際施工中填塞長度取2.5～3 m。填塞為孔口巖粉，不含碎石，確保填塞長度和密實，保證填塞質(zhì)量。

7）預裂孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。過往工程應用發(fā)現(xiàn)，通過采用在炮孔中置入空氣間隔段的方式，形成空氣軸向不耦合裝藥，能夠使炸藥能量得到合理的利用，能夠減少根底和孔口大塊，爆破后塊度均勻，有利于電鏟及卡車鏟裝作業(yè)，提高鏟裝效率[6]。空氣間隔裝藥技術(shù)能夠有效的延長爆轟波作業(yè)時間，降低爆破沖擊波的峰值壓力，減少了炮孔周圍巖體的過度粉碎，填塞柱使空氣沖擊波降低到最小[7]，使得直接作用于炮孔壁的初始脈沖壓力大幅度降低，產(chǎn)生大量的裂隙，之后高溫高壓的空氣和爆炸氣體同時做功，數(shù)倍延長各炮孔間的共同作用，促進爆生裂隙的進一步發(fā)展，實現(xiàn)較好的預裂效果[8]。首先使用2 號巖石乳化炸藥對底部加強裝藥段進行裝藥，期間將華豐數(shù)碼電子雷管與起爆具組成起爆藥包下放至藥柱中部，在現(xiàn)場施工裝藥過程中，可以使用綁繩將藥卷逐個緩慢下放炮孔底部，避免直接垂直下放藥卷，導致藥卷間的擠壓變形，保證了裝藥長度和徑向不耦合系數(shù)，達到空氣徑向不耦合裝藥的目的。完成設計炮孔底部加強段裝藥后，把提拉式氣體間隔器下放至孔內(nèi)距離孔口8 m 位置處，然后提拉間隔器的測繩，使其充氣膨脹，待充氣完全后繼續(xù)正常段裝藥，再下第2 套起爆藥包，裝藥完成后，在距離孔口2.5～3 m 的位置下放第2 個氣體間隔器，最后用孔口細巖渣填塞炮孔。預裂炮孔間隔裝藥結(jié)構(gòu)如圖1。使用提拉式氣體間隔器間隔裝藥可以根據(jù)設計孔深，按間隔器米繩數(shù)字將間隔器精確下放至間隔位置，保證裝藥的精確性。預裂孔內(nèi)2 組起爆藥包配2發(fā)數(shù)碼電子雷管，保證所有預裂孔內(nèi)藥包同時起爆，這樣就完成了軸向不耦合裝藥。

圖1 預裂炮孔空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 主爆孔與輔助孔孔網(wǎng)參數(shù)

1）主爆孔孔網(wǎng)參數(shù)。臺階高度12 m，炮孔直徑為180 mm，孔網(wǎng)參數(shù)為5 m×4.5 m，三角形布孔，超深2 m，孔深14～14.5 m，填塞長度5 m，采用現(xiàn)場混裝車裝填乳化銨油炸藥，裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)耦合裝藥結(jié)構(gòu)。炸藥密度1.16 kg/m3，裝藥長度9～9.5 m，單孔裝藥量，265.5～280.3 kg，每孔內(nèi)2 發(fā)電雷管和2發(fā)起爆具。本次預裂爆破主爆孔孔數(shù)為19 孔，主爆孔總設計裝藥量為5 230.7 kg，單耗為0.39 kg/m3。

2）輔助孔孔網(wǎng)參數(shù)。在我國礦山采用垂直預裂孔爆破中，較多采用的是在主炮孔和預裂孔之間只布設1 排輔助孔。輔助孔孔間距是正常主爆孔的1/2～2/3，實際施工中取2/3，3.5 m；輔助孔與預裂孔排間距為1.5～2.5 m，實際施工取2.5 m，輔助孔與主爆孔的排間距是正常主爆孔的1/2～2/3，實際施工取主爆孔的2/3，3 m。輔助孔孔深14 m，超深2.0 m。采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，同主爆孔使用乳化銨油炸藥，裝藥量為正常深孔爆破藥量的1/2，最多不超過2/3[9]，單孔裝藥量132.8～186.9 kg，填塞高度7.7～9.5 m。本次預裂爆破輔助孔孔數(shù)為6 孔，輔助孔設計總藥量為902.4 kg。預裂爆破示意圖如圖2。

2.3 起爆網(wǎng)路

圖2 預裂爆破布孔示意圖

為了取得好的爆破效果，減小爆破振動，主爆孔設計孔間延時25 ms，排間延時65 ms。輔助孔起爆時間在臨近的正常炮孔之后，延期時間同正常炮孔。預裂孔同時起爆為0 ms，起爆時間早于主爆孔100 ms?？變?nèi)用華豐數(shù)碼電子雷管與起爆具組成起爆藥包，孔外采用電子雷管專用雙股銅母線進行孔外網(wǎng)路連結(jié)起爆。起爆順序為預裂孔-主爆孔-輔助孔。爆破網(wǎng)路各炮孔起爆網(wǎng)路順序如圖3。

圖3 起爆網(wǎng)路順序示意圖

2.4 爆破效果

經(jīng)過精心組織設計與施工，預裂爆破取得了良好的效果。經(jīng)過現(xiàn)場檢查及測量，爆后效果如下：

1）爆堆隆起高度、前沖距離等符合要求，爆破后巖石塊度均勻、無大塊。

2）爆堆后部形成1 條0.5 m 左右寬度的溝槽。

3）臺階上部無后沖、浮石與傘巖，保留巖體未受到擾動，不平整度小于±15 cm。

4）爆破后在巖壁上留有清晰明顯可見的半壁孔痕，坡面較平整光滑。

5）爆破震動破壞降低明顯，保證了安全生產(chǎn)。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)導爆索網(wǎng)路相比，使用數(shù)碼電子雷管加空間隔裝藥方案不僅施工簡便，而且在降低爆破振動、噪聲、爆破大塊率等方面效果顯著，改善了露天礦爆破效果，降低了爆破和采運成本。

相對于地表、孔內(nèi)非電網(wǎng)路，數(shù)碼電子雷管可以可以根據(jù)巖石及地質(zhì)條件、孔網(wǎng)參數(shù)的變化，現(xiàn)場調(diào)整以1 ms 為單位編碼設定雷管延期時間，延時精度高、使用安全、操作便捷、能完全避免非電網(wǎng)路雷管跳段的可能性，基本杜絕了炮孔盲炮和拒爆現(xiàn)象，確保爆破安全施工，使爆破控制技術(shù)更加科學、可控與精確。