逐孔起爆技术在露天矿山台阶爆破中的应用

逐孔起爆技术在露天矿山台阶爆破中的应用

1传统爆破方法缺乏,导致爆破后果差对于露天开采的生产，采矿、运输和沉积三阶段作为采矿生产中的有机整体，决定着整个系统的运营成本。在这三个环节中,矿岩的爆破是基础,爆破质量对整个工程的综合成本具有直接的影响在霍林河南露天矿由于矿山岩石性质以软岩为主,主要是泥岩和砂岩,炸药单耗比较低,传统爆破方法存在容易造成爆破根底,爆后底板不平,导致电镐采装时底板残留量大,引起重复爆破量,并且排间微差爆破引起爆堆松散度不佳,存在爆破大块,从而影响了电镐的采装效率,造成后续采、运、排等环节的综合成本增加;同时由于该矿每天爆破次数比较多且地点变化比较大,不论是采用导爆索方法还是普通非电导爆管雷管方法,都不同程度地存在爆破的同段起爆药量大爆破震动相对大等弊端,迫使配采电镐等矿山生产设备以及人员必须躲避到足够的安全距离进行避炮,无形中增加了设备的调动,从而影响矿山的生产效率。2“逐孔起爆”技术特点“逐孔起爆”爆破机理是爆破过程中,每个炮孔的起爆都相对独立。借助高精度雷管的准确延时,通过孔内雷管与地表雷管的合理微差时间组合,使炮孔由起爆点按顺序依次起爆。根据爆破原理,炮孔自由面的增加有利于提高炮孔内炸药爆炸能量的利用率。炸药在岩石中爆轰破碎岩石时,按照能量平衡理论和平衡条件,炸药爆炸后总能量F满足方程F=F(P)+F(E)+F(G)+F(L)。式中:F(P)为岩石破碎需要的能量,F(E)为岩石破碎时弹性变形能,F(G)为岩石破碎后抛散能量,F(L)为岩石破碎时损失的能量。利用逐孔起爆技术,每个炮孔在起爆前,其前方和侧方的炮孔已经爆炸,并为该孔准备出了至少3个以上的自由面,因此岩石爆破所需要抛散能量F(G)大大降低,同时,选择合理的孔间和排间微差时间可以充分利用岩石破碎后的抛散能量,增加相临炮孔间岩石的空中碰撞次数,从而显著改善了爆破块度。此外,由于多个新生自由面的出现,该孔药柱爆炸后产生的应力波传至新自由面后将同时发生反射,应力波同时抵达药包位置,反向拉伸波在传播过程中首先在自由面接触,然后依次向着药包位置在单孔爆破区内各点处发生叠加,拉应力强度大大提高,降低了岩石破碎时弹性变形能F(E)的损失,实际增加了岩石破碎需要的能量F(P)在总能量F中的比例,从而降低了炸药单耗,并极大改善了岩石爆破破碎效果。以上说明,“逐孔起爆”技术充分利用了炸药爆炸的总能量,在炸药单耗不变的前提下,可以降低大块率,提高爆堆松散度。同时由于利用高强导爆管雷管实现了逐孔起爆,因此爆破时最大单响药量Q大大减小,根据爆破震动计算公式:V=K(Q1/3/R)α可知,在其他参数不变的情况下,最大单响药量Q的减小能够降低爆破震动是显而易见的。通过实现地表延期和孔内延期实现“逐孔起爆”,其技术优势主要集中在以下几个方面:(1)爆堆松散度好,便于挖掘、装运和排土,提高铲装效率,降低设备故障率;(2)爆破块度均匀,细粒级构成百分比增加,大块率降低,二次破碎量小;(3)爆破根底少或无根底,底板平整,便于电铲抄平底板挖掘作业,减少了重复爆破量;(4)爆破震动大大降低,有利于边坡稳定,爆破飞石也得到有效控制;(5)爆破后冲和侧冲小,爆破后形成新的坡顶线比较整齐,清渣工作完成后,新形成的台阶自由面整齐、充分、爆区底部平整,为后继爆破施工创造了有利条件;(6)采用联接块进行地表网络的联接,操作简单,使用安全。3高强度导爆管逐孔起爆技术的实现依赖于新型爆破器材———高强度导爆管雷管的开发与应用。国外已经有多家公司推出了各自的成型产品,国内爆破器材生产厂也投入了大量的人力和物力进行高强度导爆管雷管的研发,力图实现该产品的国产化。圣诺化工有限责任公司经过多年的技术攻关,于2002年研制出新型系列高强度导爆管雷管,并于2003年开始进行现场工业化试验和推广工作。该公司生产的高强度导爆管雷管分为孔内雷管和地表雷管两种。孔内雷管为8号加强雷管,根据霍林河南露天矿的生产现状,导爆管长度设计为14m和7m两种,以适应钻孔深度和装药结构的变化(分段装药),尾线颜色为红色,延期时间均为400ms;地表雷管为6号雷管,颜色统一为黄色;根据合理微差时间的分析和现场应用的实际要求,微差时间系列为9ms、17ms、25ms、42ms、65ms、和100ms,依靠联接块颜色不同对延期时间进行区分。该公司生产的高强度导爆管抗拉性能不低于20kg,孔内延期雷管管体与导爆管的连接处抗静力不低于8kg;雷管完全浸入相当于20m水深的充压容器内,保持24小时后取出,立即做发火试验,无拒爆和半爆现象;雷管浸入80℃的0#柴油中自然降温24小时后取出做发火试验,无拒爆和半爆现象。4爆破参数调整试验2004年9月,在南露天矿进行高强度导爆管雷管的工业试验。在这期间,共组织试验30余次,爆区位置分布在1401电镐———1409电镐工作面,爆破矿岩总量约55万m3。该矿设计台阶高度为12m,钻孔直径为150mm,孔网参数主要设计为6m×7m三角形布孔,目前主要采用的起爆器材是普通导爆管雷管冬季使用导爆索和铵油炸药以及3#雷天炸药。装药结构采用分段装药,充填高度一般为4m～6m左右。爆破试验区主要以泥岩为主,部分地段为泥砂岩。由于岩石相对比较软,采用的是减弱松动爆破方法,泥岩爆破的炸药单耗控制在0.10～0.12kg/m3,砂岩爆破的炸药单耗控制在0.20kg/m3左右。根据矿山的实际情况,设计地表延期孔间微差时间为42ms,排间微差时间为65ms和100ms,孔内延期雷管全部采用400ms延期。该矿采用计算机系统进行生产调度统计,根据不同爆区采装情况,重点对采装效率进行了对比。对上面来自该矿调度室的数据进行分析后可以看出,当采用高精度导爆管雷管后,由于矿岩均匀度和松散度有明显改善,爆破后无大块产生,无爆破根底出现,从而提高了电铲的采装效率,统计数据表明,电铲采装效率平均提高达12.7%,考虑配车情况等其它因素的影响,电铲采装效率平均实际可提高6%以上。同时,实现逐孔起爆后,由于爆破效果的改善,电铲的故障率在可以得到一定程度的降低,从而增加了电铲的纯作业时间,也降低了电铲因爆破质量不好而产生的维修费用,提高了电铲的实际使用寿命。试验过程中选择爆区中部位置进行孔网参数调整试验,在炸药单耗不增加的情况下,将原有参数调整为6m×7.5m、7m×7m、7m×7.5m,爆破后块度基本能够满足电铲铲装要求。通过对试验爆区的分析后认为,实现“逐孔起爆”后,炸药能量利用率提高,爆破效果得到改善,通过进一步的试验,可对原有的孔网参数进行修正,以达到降低爆破成本的目的。5生产方面的必要性从国外和国内的大空间台阶爆破技术发展看,通过“双高”导爆管雷管实现“逐孔起爆”技术是发展的一方向。现场应用表明,该技术的使用具有爆破整体效果好、爆破震动效应小、爆破安全性好以及采装等综合效益显著的特点。实践证明,使用这种技术具有明显的优越性,在露天矿山生产中进一步推广和使用该技术能取得的经济效益是明显和巨大的。该产品的国产化更有利于该技术在国内矿山的推广使用,现场试验证明,国产高强度导爆管雷管的产品性能基本达到了国外同类产品的技术指标。需要进一步解决的问题是:对逐孔起爆技术机理和合理微差时间确定进行更深入的研究,