逐孔起爆技术及高精度导爆管雷管在鲁南矿业公司的应用

逐孔起爆技术及高精度导爆管雷管在鲁南矿业公司的应用摘要：介绍了逐孔起爆技术优势，及鲁南矿业公司应用逐孔起爆技术及高精度导爆管雷管情况，分析了对比数据，实测了爆破地震效应。结果表明，逐孔起爆技术能够改善爆破效果，降低爆破震动，对优化采矿生产综合成本，提高矿山安全作业水平极为有利。关键词：逐孔起爆技术采矿综合成本爆破震动1引言莱芜钢铁集团鲁南矿业有限公司，地处沂蒙山腹地——淄博与临沂两市交界处，交通便利，是莱芜钢铁集团原料基地之一，年产铁矿石100多万吨。在钢铁需求持续旺盛的新形势下，为满足集团公司对铁矿石原料不断增长的需求，矿石产量逐步提高。矿山产能的增长，又对原有生产工艺及配套设备能力提出更高要求。在生产爆破中，沿用了几十年的排间斜线起爆方式，已不能很好地满足矿山生产的需求。一方面爆破效果不理想，大块、底根较多，爆堆松散度差，造成后续生产工艺成本偏高；另一方面，该起爆方式引起的爆破震动较大，对采场最终边帮（目前最大高度100m）、地下开采的通风井（距爆区的最小水平距离约80m）等周边建构筑物的影响较大。为了降低爆破震动，保护周边建构筑物的安全，改善爆破效果，实现企业经济效益与社会和谐发展的双赢，经调查研究，采用了逐孔起爆技术。鲁南矿业公司引入具有世界领先水平的Orica高精度导爆管雷管，用于生产爆破。爆破作业是矿山生产过程的关键环节，爆破效果的好坏会直接影响到铲装、运输、二爆、初次破碎等后续工艺成本。片面追求过低的穿爆成本，或对穿爆成本的度不能很好的把握，都可能导致采矿综合成本过高。在实际矿山采矿活动中，既不要使穿爆成本过高，也不要一味追求过低的穿爆成本，正确的做法是使穿爆成本保持在一个合理的范围内，使采矿综合成本降至最低。作为爆破工程中的四大公害，爆破地震、飞石、空气冲击波与毒气必须严格控制，尤其是在复杂环境下的露天开采中，爆破地震波已经成为首要的公害。尽管目前爆破地震控制已经受到人们的广泛重视，国家爆破安全标准也明确规定了对各种建构筑物的爆破地震控制标准和地震波计算公式，但是与其他几种爆破公害相比，由于爆破地震的隐蔽性较大，影响因素复杂，爆破设计、地质与地貌、爆破器材质量（特别是毫秒延期导爆管雷管的延期精度）、爆破工程的现场管理与操作等都对爆破地震的大小产生直接的影响，而目前大部分爆破工程尚未对爆破地震进行监测，所以爆破地震事故时有发生。本露天矿轻微爆破地震事故的发生概率约为2%。由于仅用人的感知器官很难精确区分爆破地震的大小，必须使用仪器进行测量，加之爆破工程具有后效的特点，因此也对爆破工程审批以及爆破事故的处理提出了很高的要求。2毫秒延时雷管精度对爆破地震安全的影响延期精度是导爆管雷管最主要的质量指标，延期精度的高低，对爆破效果，特别是爆破地震效应具有较大影响。我公司多年来使用的是国产第一系列非电毫秒延期雷管（其中1～10段的参数如表1所示），其延期精度是比较低的。在爆破工程设计中的雷管延时误差是容易被设计人员和管理人员所忽略的问题，如果不严格地考虑雷管的延时误差，极易出现重炮现象，使爆破地震速度增加到原设计的a26.1倍，依据GB6722-2003爆破安全规程，一般a=1.3～2.0，则a26.1=1.35～1.59，因此，重炮容易导致爆破地震事故。表1第一系列2～8段非电毫秒延期雷管参数段别标称延期时间最短延期时间最长延期时间同段时差延期误差msmsmsms225±1015352040%350±1040602020%475＋15－1065902520%5110±15951253014%6150±201301704013%7200＋20－251752204513%8250±252252755010%3逐孔起爆技术的特点爆破工作是采矿工作的重要组成部分，爆破效果和爆破震动受爆破器材质量、爆破参数、起爆顺序、岩石性质、节理裂隙等诸多因素的影响。在现场爆破中，许多难以预期的因素，往往使爆破效果和爆破震动不可控。但是，在同等爆破条件下，根据岩石爆破破碎的动力过程，合理分配各孔的起爆顺序，确保各孔之间的精确毫秒延期，能够充分利用炸药能量改善爆破效果，同时明显降低爆破地震效应，通过为每个炮孔创造更多的自由面，实现爆炸应力波的多次反射，加强相邻炮孔之间的岩石碰撞，进一步改善爆破效果，使破碎块度更加均匀，使大块和底根数量减少。由于技术的不断进步和制造工艺水平的不断提高，有了高精度非电导爆管雷管的器材保证，逐孔起爆技术目前已经在国外矿山中深孔爆破中获得广泛应用，在国内矿山中深孔爆破中也有应用。所谓逐孔起爆技术，是指爆区内孔间和排间炮孔的起爆延时采用不同序列，使得各炮孔的起爆时间按一定规律相互错开，前方和侧方炮孔的优先起爆，为后续起爆炮孔创造了更充分的自由面，增加了炮孔间岩石的碰撞次数，多个自由面间的应力波反射与拉伸作用，强化了岩石的破碎效果。由于每个炮孔的起爆时间都不相同，最大段起爆药量几乎就是最大单孔装药量，从而把爆破震动危害大大地降低。4逐孔起爆技术的应用效果4.1露天坑地质和穿爆情况简介本次逐孔起爆技术应用试验在公司的主要供矿地点——上河采场进行。采场矿石为鞍山式贫磁铁矿，矿体倾角50°～65°，矿石体重3.49t/m3，松散系数1.58，坚固性系数f=10～12。岩石为角闪片岩、角闪石英片岩、黑云角闪片岩、绿泥角闪片岩和含铁角闪石英片岩，局部为伟晶花岗岩和角闪斜长片麻岩。岩体倾角50°～65°，岩石体重2.68t/m3，松散系数1.55，坚固性系数f=8～12。上河采场长1350m，宽225m，封闭圈标高+180m。目前生产水平：140m水平、130m水平、120m水平。设计台阶高度10m，φ150潜孔钻穿孔，孔径φ150mm，孔深12±0.5m，孔网参数4×4m2。孔内装药为2号岩石乳化炸药。起爆系统：原先采用国产第一系列非电毫秒延期雷管2段和4段；现在试验应用澳瑞凯（Orica）爆破器材公司的Exel○R地表延期雷管（标准延期时间：9ms、17ms、25ms、42ms、65ms、100ms）和Exel○R毫秒非电雷管16段（名义延期时间400ms）。4.2孔间与排间逐孔延期时间的选择逐孔起爆的延期时间，也分孔间延时与排间延时。通常认为：孔间延期决定块度，排间延期决定爆堆松散度。根据经验，孔间延期取4～7ms/m，排间延期取14～22ms/m，较为合适。经过计算，4m×4m的孔网，端部引爆采用25ms×65ms组合，中部引爆采用17ms×25ms×65ms组合，起爆网络联线示意图分别见图1、图2。4.3爆破震动测试上河采场部分最终边帮位于地质情况复杂区段，且高度较大（目前最大高度100m），对爆破地震反应强烈；井下开采的通风井位于露天坑边缘，距爆区的最小水平距离约80m，其对爆破震动反应亦很敏感，因此，解决爆破震动过大问题成了当务之急。为了确保安全生产，对比逐孔起爆方式在降震方面的表现，定量评价爆破震动等级，以便采取相应措施，企业委托澳瑞凯公司，进行了5次爆破震动测试，综合测试结果见表2。另外，将位于同一区段，地质条件基本一样的两次爆破的详细情况列于表3、表4。从爆破震动测试结果可以看出，采用澳瑞凯高精度导爆管雷管和逐孔起爆方式，爆破震动速度可降低35%以上，降震效果明显。表2爆破震动测试结果爆破时间水平测距（m）总装药量（kg）最大段药量（kg）最大震速（cm/s）采用的爆破器材071016120m10027363803.324国产管071017130m10021601202.012澳管071018140m10033483964.734国产管071031140m10038521382.904澳管071101130m10019921322.312澳管656525656525656525656525656525656518255172301620514180121556908115111401316515190912571005753501022546510130地表导爆管雷管及其延期时间（ms）图1端部引爆逐孔起爆网络联线示意图起爆顺序号累计延期时间（ms）6565256565256565256565256565212302020519180171551090131151514018165111008755501032566514130地表导爆管雷管及其延期时间（ms）图2中部引爆逐孔起爆网络联线示意图6516147982121076565442217177672525起爆顺序号累计延期时间（ms）表3上河采场测震记录1(国产第一系列导爆管导爆管)时间:11:27爆区位置:140水平54B线日期:07.10.18测试地点:爆区后方100米RADIALVelocity[mm/s]Time[seconds]0.511.522.533.5514020020405113.83mm/sPPVTRANSVERSEVelocity[mm/s]Time[seconds]0.511.522.533.551402002040518.15mm/sPPVVERTICALVelocity[mm/s]Time[seconds]0.511.522.533.5514020020405142.94mm/sPPV震动速度矢量合成：4.734cm/s布孔方式矩形布孔孔网参数4m×3.5m爆破量15052t台阶高度10m超深2.5米炮孔排数3炮孔数量29个炮孔直径150mm充填高度4～4.5m最大段药量396kg联线方式复式斜线总装药量乳化炸药3348kg延期间隔25ms炸药单耗0.222t/t表4上河采场测震记录2(澳瑞凯高精度导爆管雷管)时间：11:29爆区位置:140水平54B线日期：07.10.31测试地点:爆区后方100米RADIALVelocity[mm/s]Time[seconds]0.511.522.533.5252010010202522.52mm/sPPVTRANSVERSEVelocity[mm/s]Time[seconds]0.511.522.533.5252010010202523.21mm/sPPVVERTICALVelocity[mm/s]Time[seconds]0.511.522.533.5252010010202525.21mm/sPPV震动速度矢量合成：2.904cm/s布孔方式矩形布孔孔网4m×3.5m爆破量18427t台阶高度10m超深2.5m炮孔排数3炮孔数量33个炮孔直径150mm充填高度4～4.5m最大单孔装药量(138kg起爆方式逐孔起爆总装药量乳化炸药3852kg延期间隔25ms、65ms炸药单耗0.209t/t4.4爆破效果评价从几次爆破情况看，澳瑞凯高精度导爆管雷管与逐孔起爆方式的应用，对爆破效果也有一定程度的改善。底根和大块有所减少；爆堆松散度也有所改善；爆破后冲明显减小；爆破震动速度大幅度降低。最重要的是，可以避免因普通导爆管雷管延期精度低而导致的重炮现象，杜绝爆破地震事故。5经济指标分析在穿爆成本的构成因素中，占主体的是炸药成本和穿孔成本，利用高精度导爆管雷管和逐孔起爆技术优化孔网参数后，可以改善爆破效果，减少大块和底根，提高铲装效率，使采矿综合成本有所降低。爆破地震强度的减弱，确保了矿山安全生产和附近重要建构筑物的安全。6结语逐孔起爆技术的初衷，是降低最大段起爆药量，减小爆破地震强度，保证爆破地震安全。若将其与矿山生产的爆破参数优化、高精度导爆管雷管器材的使用、孔间爆破应力波叠加原理相统一，必将推动爆破技术的进步。2007-11-13