新屋田露天礦拒爆原因分析及解決方案

胡 敏 張俊杰 姚煜國(guó) 鄒孝能 江 飛

（江西亞?wèn)|水泥有限公司）

爆破作業(yè)是礦山開(kāi)采的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，爆破作業(yè)危險(xiǎn)性大，危險(xiǎn)因素多，易發(fā)生生產(chǎn)安全事故，是企業(yè)生產(chǎn)安全和政府監(jiān)管機(jī)關(guān)管理重點(diǎn)。拒爆屬于典型的爆破事故，分析研究拒爆產(chǎn)生的原因，采取針對(duì)性的對(duì)策措施，是杜絕拒爆、避免爆破事故的根本。

常見(jiàn)的拒爆原因?yàn)楸破鞑馁|(zhì)量問(wèn)題、爆破器材性能不符、器材過(guò)期失效、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和人為操作失誤等，但2021 年10 月發(fā)生在新屋田灰?guī)r礦拒爆事故，上述常見(jiàn)原因卻被逐一排除。該礦拒爆發(fā)生在更換數(shù)碼電子雷管后，且處于含水炮孔環(huán)境，因此從這兩方面入手，對(duì)拒爆原因進(jìn)行分析［1-5］。

1 礦山拒爆情況

1.1 礦山概況

江西亞?wèn)|水泥有限公司所屬灰?guī)r礦為大型山坡露天礦，自西向東分別由下張、新屋田、碼頭3個(gè)緊密相連的礦區(qū)組成。礦區(qū)位于江西省瑞昌市碼頭鎮(zhèn)，屬亞熱帶濕熱氣候區(qū)，雨量充沛，四季分明，冬季干燥寒冷，夏季炎熱，年平均降水量為1 502.4 mm，但分布不均，多集中在春夏之交。礦區(qū)處于巖溶丘陵地帶，地勢(shì)西高東低，南北兩側(cè)高、中部低，山脊順地層走向近東西向延綿。大氣降水是地下水獲取補(bǔ)給的主要來(lái)源，地下水自西向東方向徑流，最終向東部侵蝕基準(zhǔn)面沖溝處排泄。地下水水位標(biāo)高西高東低，西部地下水水位標(biāo)高為160～210 m，東部大多埋藏較深，低于最低侵蝕基準(zhǔn)面。

礦山采用寬孔距、小抵抗線毫秒延期逐孔起爆爆破技術(shù)，使用數(shù)碼電子雷管和起爆具組裝成起爆彈孔底反方向起爆方式。正常干孔使用散裝膨化硝銨炸藥耦合裝藥，含水炮孔改用條狀2號(hào)巖石乳化炸藥裝藥。對(duì)含水炮孔可能出現(xiàn)不連續(xù)裝藥情形，起爆具另加裝導(dǎo)爆索以達(dá)到對(duì)整個(gè)孔內(nèi)炸藥進(jìn)行引爆的作用。

該公司歷年爆破極少發(fā)生拒爆異常，統(tǒng)計(jì)近5 a拒爆孔數(shù)量及概率見(jiàn)表1。但在2021年10月14日—22 日，新屋田礦區(qū)短期內(nèi)集中發(fā)現(xiàn)9 個(gè)拒爆孔，拒爆孔數(shù)量和概率極速上升，極不尋常。

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1.2 拒爆基本情況

2021 年 10 月 14 日—22 日，礦山共發(fā)現(xiàn) 9 個(gè)拒爆孔，均在新屋田礦區(qū)范圍，且均為含水炮孔，全部搭配貫穿全孔導(dǎo)爆索，依發(fā)現(xiàn)時(shí)間順序編號(hào)，各拒爆孔基本情況總結(jié)如下。

除3～5號(hào)孔無(wú)法徹底清理采用殉爆方法處理外，1，2，6，7，8和9號(hào)孔清理出起爆具碎片，其中6、7和9號(hào)孔發(fā)現(xiàn)起爆具內(nèi)部炸藥，1，2，3，7 和 8 號(hào)孔在起爆具附近1～5 m 內(nèi)已無(wú)炸藥，但具明顯燃燒痕跡?？拷鸨吒浇幢灰娜榛ㄋ幋嬖谧冇才でF(xiàn)象，雷管腳線斷口存在明顯燃燒痕跡，分析認(rèn)為起爆具應(yīng)被爆燃但未形成爆轟。其它拒爆孔則整個(gè)藥柱拒爆，所有拒爆孔搭配的導(dǎo)爆索均未被引爆。

1.3 拒爆孔使用的主要爆破器材

雷管為GT-1 型數(shù)碼電子雷管，規(guī)格型號(hào)為工業(yè)8 號(hào)管，金屬殼，執(zhí)行《工業(yè)數(shù)碼電子雷管》（WJ 9085—2015）標(biāo)準(zhǔn)。自 2021 年 8 月 30 日開(kāi)始使用該型雷管，替代原使用的澳瑞凱導(dǎo)爆管雷管。

起爆具殼體內(nèi)裝填單體炸藥并設(shè)有2 個(gè)安裝雷管或?qū)П鞯墓δ芸?，具有較高起爆感度和輸出沖能，起爆后引爆其相連的工業(yè)炸藥，對(duì)炮孔周?chē)橘|(zhì)做功的成型藥柱。起爆具在該公司使用10 余年，拒爆孔使用的起爆具為2021年10月13日的新進(jìn)批次。

導(dǎo)爆索是以太安為藥芯，以棉線、BT 絲、BT 膜等為包裹物，外層涂覆熱塑性塑料而制成的工業(yè)導(dǎo)爆索。

2 號(hào)巖石乳化炸藥外卷直徑為90 mm，藥卷質(zhì)量為3 kg，執(zhí)行《工業(yè)炸藥通用技術(shù)條件》（GB 28286—2012）、《JWL-Ⅲ型乳化炸藥成品標(biāo)準(zhǔn)》（Q/GT-WYRH-03-001—2020）。

2 拒爆原因分析

2.1 常見(jiàn)拒爆原因排查

常見(jiàn)的拒爆原因多為爆破器材自身質(zhì)量問(wèn)題、爆破器材性能不符、器材過(guò)期失效、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和人為操作失誤等，具體表現(xiàn)在雷管表面有裂縫、擦痕、封口塞松動(dòng)、低溫環(huán)境未選擇使用耐低溫產(chǎn)品、在水環(huán)境中使用非抗水器材、起爆網(wǎng)絡(luò)延時(shí)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接漏接、錯(cuò)聯(lián)、雷管與起爆器材脫落接觸不良等。

根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)，該公司制訂有《爆破器材管理作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》、《爆破安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，爆破器材出、入庫(kù)需經(jīng)發(fā)人（保管員）、經(jīng)領(lǐng)人（爆破員）和安全員多重檢驗(yàn)，拒爆發(fā)生期間使用的各爆破器材均在有效期內(nèi)，無(wú)過(guò)期失效及外觀明顯質(zhì)量問(wèn)題；季節(jié)為常溫非低溫環(huán)境，在含水炮孔使用抗水2號(hào)巖石乳化炸藥替代膨化硝銨炸藥，起爆具和雷管均具抗水性能，爆破器材性能符合使用環(huán)境要求；數(shù)碼電子雷管具有組網(wǎng)檢測(cè)功能，每次爆破均由爆破員組網(wǎng)報(bào)告網(wǎng)絡(luò)連接雷管數(shù)量，安全員和工程技術(shù)人員負(fù)責(zé)核對(duì)，排除拒爆孔漏連漏接可能；從7 號(hào)孔清理出的雷管和起爆具殘骸可以發(fā)現(xiàn)雷管與起爆具結(jié)合無(wú)脫落現(xiàn)象。

2.2 單一爆破器材排查

經(jīng)過(guò)對(duì)常見(jiàn)拒爆原因排查分析，雖基本排除爆破器材明顯的質(zhì)量問(wèn)題，但本批次拒爆密集發(fā)生在變更雷管廠商、品種和起爆具批次后，仍不排除變更后雷管或新進(jìn)批次起爆具某種產(chǎn)品存在非外觀上質(zhì)量問(wèn)題。

為驗(yàn)證分析變更后數(shù)碼電子雷管和新批次起爆具對(duì)拒爆的影響，查清排除某單一產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，該公司工程技術(shù)人員擬定利用數(shù)碼電子雷管與老批次起爆具、2 號(hào)巖石乳化炸藥分別組裝起爆彈進(jìn)行試驗(yàn)。

2021 年10 月22 日，使用數(shù)碼電子雷管配合上一批次庫(kù)存起爆具組合試驗(yàn)，爆破后再次發(fā)現(xiàn)一個(gè)含水炮孔拒爆，拒爆孔清理出帶有內(nèi)部裝藥的起爆具殘骸，雷管已經(jīng)起爆。本組裝試驗(yàn)結(jié)果基本排除因新批次起爆具單一產(chǎn)品引發(fā)拒爆的可能。

10 月24 日起改用數(shù)碼電子雷管和2 號(hào)巖石乳化炸藥組裝為起爆彈進(jìn)行爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)一周后未發(fā)現(xiàn)拒爆情形。本組合試驗(yàn)結(jié)果排除因數(shù)碼電子雷管單一產(chǎn)品引發(fā)拒爆的可能。

2.3 環(huán)境、器材組合對(duì)比分析

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品性能分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，基本排除了各單一產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的拒爆可能。爆破工程技術(shù)人員從拒爆炮孔環(huán)境入手，對(duì)比分析使用數(shù)碼電子雷管后，配合不同起爆器材在干孔和水孔中使用情況，結(jié)果如表2所示。

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從表2可以看出，在干孔環(huán)境中數(shù)碼電子雷管配合任何器材均正常，同時(shí)與乳化炸藥配合在任何炮孔環(huán)境中起爆亦正常，僅與起爆具組合在含水炮孔環(huán)境中存在拒爆異常。說(shuō)明在水孔環(huán)境下，可能因2號(hào)巖石乳化炸藥乳化藥與起爆具存在的某種性能差異，導(dǎo)致起爆具與數(shù)碼電子雷管組合易產(chǎn)生拒爆。

對(duì)比兩者性能在水孔環(huán)境中與雷管組合差異：2號(hào)巖石乳化炸藥乳化藥卷可塑性強(qiáng)，插入藥卷內(nèi)的雷管管體可被完全包裹，無(wú)論干孔和水孔環(huán)境，雷管和炸藥間均不存在水介質(zhì)間隔；而成型的起爆具功能孔與雷管管體呈不耦合接觸，在水孔環(huán)境下會(huì)被水介質(zhì)充填，相較干孔存在水介質(zhì)阻隔和浸泡影響。分析認(rèn)為雷管起爆后，起爆能在水介質(zhì)傳導(dǎo)中阻隔衰減，傳爆到起爆具起爆藥芯時(shí)起爆能已不能引爆起爆具。

2.4 雷管管體規(guī)格對(duì)比分析

改用數(shù)碼電子雷管前后，配套使用的起爆具廠家、規(guī)格等均無(wú)變化，拒爆原因再次指向是由現(xiàn)使用數(shù)碼電子雷管與原使用澳瑞凱導(dǎo)爆管雷管之間存在某種差異所致。

起初，起爆具廠商指出當(dāng)雷管聚能穴和起爆具功能孔底部起爆藥芯距離大于30 mm時(shí)，起爆具存在拒爆的可能性。經(jīng)測(cè)量數(shù)碼電子雷管插入起爆具功能孔總長(zhǎng)93.2 mm，起爆具功能孔孔深105.4 mm，兩者間隙12.2 mm，遠(yuǎn)未達(dá)到30 mm 的拒爆距離，故當(dāng)時(shí)將此原因排除。

回歸該可能原因分析：在干孔環(huán)境下，雷管插入起爆具功能孔后間隙12.2 mm 仍可完全引爆起爆具，符合起爆具基本性能要求。但在含水炮孔中受水介質(zhì)阻隔和浸泡影響，是否因此導(dǎo)致部分雷管起爆能在傳爆過(guò)程逐漸衰減而不能引爆起爆具。

為驗(yàn)證以上可能原因，再次對(duì)比原澳瑞凱導(dǎo)爆管雷管和數(shù)碼電子雷管管體長(zhǎng)度、插入起爆具功能孔深度等數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

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澳瑞凱導(dǎo)爆管雷管與起爆具功能孔孔底起爆藥芯間距僅1.7 mm，而數(shù)碼電子雷管與起爆具功能孔孔底起爆藥芯間的間距達(dá)12.2 mm。顯而易見(jiàn)數(shù)碼電子雷管起爆后，其起爆能在水介質(zhì)中傳播距離更長(zhǎng)、能量衰減較澳瑞凱雷管更為顯著。分析認(rèn)為部分?jǐn)?shù)碼電子雷管起爆能在水介質(zhì)中衰減過(guò)大，而不足以使起爆具完全爆轟最終導(dǎo)致炮孔拒爆。

2.5 拒爆原因疑點(diǎn)論證分析

針對(duì)部分技術(shù)人員指出拒爆孔僅出現(xiàn)在新屋田礦區(qū)和使用數(shù)碼電子雷管1.5 個(gè)月之后的疑點(diǎn)問(wèn)題。該公司爆破團(tuán)隊(duì)查閱礦區(qū)地質(zhì)資料、實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)、氣候環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析等進(jìn)一步論證。

地質(zhì)資料顯示，該公司灰?guī)r礦區(qū)地下水水位標(biāo)高西高東低，中西部新屋田、下張礦地下水水位標(biāo)高為160～210 m，東部碼頭礦大多埋藏較深，低于最低侵蝕基準(zhǔn)面。實(shí)際作業(yè)中，新屋田、下張兩礦炮孔受地下水影響較大，遇連續(xù)陰雨天氣時(shí)，含水炮孔數(shù)量陡升，而碼頭礦除受極端強(qiáng)降水致地表水直接流入炮孔產(chǎn)生少量含水炮孔外，全礦基本為干孔。2021年4 月底至11 月初，下張礦區(qū)停產(chǎn)未實(shí)施爆破。分析此為拒爆孔僅出自新屋田礦而非碼頭礦和下張礦的原因。

數(shù)碼電子雷管自2021 年8 月30 日啟用，依超前鉆孔自 8 月 26 日開(kāi)始統(tǒng)計(jì)至 10 月 31 日間，僅 8 月 29日、9月29日、10月13—16日和19—21日共9 d下雨，其中連續(xù)陰雨天氣發(fā)生在10 月中旬，之前基本為干旱少雨天氣。拒爆孔出現(xiàn)在連續(xù)陰雨天氣當(dāng)天或其后臨近時(shí)段，因鉆孔較爆破會(huì)適當(dāng)超前，可見(jiàn)拒爆發(fā)生時(shí)機(jī)與下雨天氣高度相關(guān)，礦區(qū)水文地質(zhì)指出大氣降水是地下水獲取補(bǔ)給的主要來(lái)源。因10上旬之前天氣干旱，地下水缺少補(bǔ)給，故含水炮孔數(shù)量顯然低于連續(xù)陰雨天氣的10 月中旬。因此，拒爆異常出現(xiàn)在使用數(shù)碼電子雷管1.5個(gè)月后。

3 解決方案及建議

3.1 解決方案

根據(jù)拒爆原因分析，該公司聯(lián)合數(shù)碼電子雷管生產(chǎn)企業(yè)擬訂針對(duì)性解決方案，由數(shù)碼電子雷管生產(chǎn)企業(yè)依起爆具功能孔孔深制作一批加長(zhǎng)管體數(shù)碼電子雷管，于該公司礦山繼續(xù)使用試驗(yàn)，以驗(yàn)證拒爆原因結(jié)論準(zhǔn)確性和解決方案可行性。

首先，根據(jù)原數(shù)碼電子雷管與起爆具功能孔孔底間距12.2 mm，將雷管管體長(zhǎng)度由73±0.5 mm 延長(zhǎng)12 mm，至85±0.5 mm，改進(jìn)前后雷管長(zhǎng)度及與起爆具功能孔匹配情況對(duì)比如圖1所示。

2022 年1 月12 日，改進(jìn)后的加長(zhǎng)數(shù)碼電子雷管運(yùn)送至該公司爆破器材倉(cāng)庫(kù)，使用前，對(duì)改進(jìn)后的數(shù)碼電子雷管進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得雷管整體長(zhǎng)度為95.5 mm，插入起爆具雷管功能孔深度104.5 mm，與功能孔深相差1 mm 以內(nèi)，數(shù)碼電子雷管聚能穴和起爆具功能孔孔底起爆藥芯間隙較改進(jìn)前顯著縮小。

3.2 方案實(shí)施效果

1 月15 日該公司開(kāi)始使用改進(jìn)后的數(shù)碼電子雷管與起爆具組裝試用，統(tǒng)計(jì)至2月16日約1個(gè)月的試用時(shí)期，期間雨雪天氣達(dá)22 d。統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，該公司在各礦區(qū)、各類炮孔環(huán)境中累計(jì)使用改進(jìn)后的數(shù)碼電子雷管1 496 發(fā)（與起爆具組合使用1 248 發(fā)），共有含水炮孔249個(gè)，再未出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。雷管改進(jìn)前后的各統(tǒng)計(jì)期內(nèi)爆破孔、含水炮孔、拒爆孔和含水炮孔拒爆率見(jiàn)表4。

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統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，改進(jìn)后數(shù)碼電子雷管共在含水炮孔中使用249發(fā)，近乎于改進(jìn)前130發(fā)的2倍，拒爆孔降為0。加長(zhǎng)數(shù)碼電子雷管在該公司礦山爆破中保持零拒爆記錄，成功解決改進(jìn)前數(shù)碼電子雷管與起爆具組合在含水炮孔環(huán)境中的拒爆問(wèn)題。表明拒爆原因分析結(jié)論正確、解決方案可行、使用改善效果顯著。

4 爆破器材標(biāo)準(zhǔn)修訂及選購(gòu)建議

本次拒爆是因現(xiàn)有爆破器材標(biāo)準(zhǔn)中，欠缺對(duì)組裝配套產(chǎn)品統(tǒng)一規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致同一爆破器材品種產(chǎn)品、不同廠商標(biāo)準(zhǔn)不一，雷管長(zhǎng)度與起爆具功能孔孔深不匹配，爆破作業(yè)單位選擇困難、生產(chǎn)廠商生產(chǎn)困擾、甚至出現(xiàn)該公司所遇的拒爆事故。因此，建議民爆器材行業(yè)主管部門(mén)、協(xié)會(huì)組織，考慮制（修）訂爆破器材相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是組裝配套使用器材之統(tǒng)一規(guī)格接口標(biāo)準(zhǔn)。

在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前，各生產(chǎn)企業(yè)、使用企業(yè)在銷(xiāo)售、使用新產(chǎn)品、更換新廠家時(shí)，需詳細(xì)了解生產(chǎn)單位、需求單位現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)品信息，確定配套使用之產(chǎn)品相匹配，方可銷(xiāo)售和購(gòu)買(mǎi)使用。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）改用雷管品種、廠家后，其管體長(zhǎng)度變短，雷管聚能穴與孔底起爆藥芯間距過(guò)大，在含水炮孔水間隔等特殊環(huán)境不利條件下，加速雷管起爆能衰減導(dǎo)致的拒爆。該原因在分析過(guò)程中不易發(fā)現(xiàn)而被忽視，具有相當(dāng)迷惑性，以致本次拒爆分析過(guò)程反復(fù)、耗時(shí)甚至陷入困局。

（2）除本文中所介紹的加長(zhǎng)雷管管體長(zhǎng)度的解決方案外，另建議考慮改變起爆具起爆藥芯裝置位置，將原起爆藥芯僅布置在起爆具功能孔底位置的點(diǎn)狀裝藥，改成在功能孔周?chē)贾没钛b藥，增加雷管接觸面，以適應(yīng)不同雷管規(guī)格變化，全方位減少雷管與起爆藥芯間的間距，確保在各種環(huán)境中均能直觸起爆藥芯從而減少類似拒爆異常。