无梯粘性粒状铵油炸药在硬岩采矿中的应用.pdf

第2 8 卷第2 期 2 0 1 1 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 8N o ．2 J u n ．2 0 1 1 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 1 ．0 2 ．0 1 2 无梯粘性粒状铵油炸药在硬岩采矿中的应用 陈际经 湖南柿竹园有色金属有限责任公司。郴州4 2 3 0 3 7 摘要无梯粘性粒状铵油炸药由多孔粒状硝铵、柴油、乳胶基体、改性铵油炸药混制而成。该新型炸药加 工和使用安全可靠，接近零氧平衡，所产生的有毒有害气体少，炸药能量利用率高，适应风动机械装药的流散 性好，返粉率低，防潮性能强、爆破效果好。无梯粘性粒状铵油炸药通过在柿竹园硬岩采矿中的应用表明，在 采矿工艺和爆破参数不变的条件下，完全能够取代含梯炸药。 关键词无梯炸药；改性铵油炸药；硬岩采矿；压气装药 中图分类号T Q 5 6 文献标识码A文章编号1 0 0 l 一4 8 7 X 2 0 1 1 0 2 0 0 4 2 - 0 3 A p p l i c a t i o no fN o n - T N TG l u t i n o u sG r a n u l a r A N F Oi nH a r dR o c kM i n i n g C H E N 】i - j i n g H u n a nS h i z h u y u a nN o n f e r r o u sM e t a l sC oL t d ，C h e n z h o u4 2 3 0 3 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h en o n - T N Tg l u t i n o u sg r a n u l a rA N F Oi sm i x e dw i t hf o u rm a t e r i a l s ，p o r o u sg r a n u l a r 黜o I l i u mn i t r a t e ，d i e s e l ，e m u l s i o ns u b s t a n c ea n dm o d i f i e dA N F O ．T h en e wt y p ee x p l o s i v ei sr e l i a b l ea n ds a f et ob ep r o c e s s e da n d u s e d ．b e c a u s eo fr e a c h i n gr 蛇盯踟o x y g e nb a l a n c e ．∞t h et o x i ca n dh a r m f u lg a s e si sl e s sa n dt h eu t i l i z a t i o no fe x p l o - s i r ee n e r g yi sh i s h ，a n dt h er a t eo fr e t u r np o w d e ri sl o w ，w h i c hC a na d a p tw i n d m o t i v em e c h a n i c a ll o a d i n g ，a n dh a s f i n ef l o wp e r f o r m a n c ea n ds t r o n gm o i s t u r er e s i s t a n t ．a 8w e l l 艟e x c e l l e n tb l a s t i n ge f f e c t ．T h ea p p l i c a t i o no fn o n - T N T g l u t i n o u sg r a n u l a rA N F Oi nS h i z h u y u a nh a r dr o c km i n i n gi l l u s t r a t et h a tt h en e wt y p ee x p l o s i v ec 帅c o m p l e t e l yt o 肥- p l a c e 访t l l 耵盯c o n t a i n e de x p l o s i v e su n d e rt h e8 8 m cc o n d i t i o n so fm i n i n gt e c h n o l o g ya n db l a s t i n gp a r a m e t e r s ． K e yw o r d s n o n - 田汀e x p l o s i v e ；m o d i f i e dA N F O ；h a r dr o c km i n i n g ；p n e u m a t i cc h a r g i n g 1 概述 柿竹园钨锡钼铋多金属矿床矿岩坚固， 1 2 1 4 。 柿竹园钨锡钼铋多金属矿床经过2 0 多年的开采，采矿 能力由6 万t ／y 逐步发展到现在的2 0 0 万t ／y ，2 0 0 9 年 以前采矿爆破一直采用现场混制而成的含梯粘性粒 状铵油炸药。因，I N T 在生产过程中对人体和环境 的危害较大，炸药厂家受委托，采用无梯粘性粒状铵 油炸药配方生产出来的采矿炸药，因气候条件差异较 收稿日期2 0 1 1 一0 3 0 r 7 作者简介陈际经 1 9 5 8 一 ，男，广西全州人，工学学士，高级工程 师，注册高级爆破工程师，主要从事采矿工艺和爆破应用 研究， E i m _ i l c j j 6 3 0 1 0 3 s i n a ．c o r n 。。 大，夏季从厂家长途运输，一到井下便结块严重容易 堵塞装药器输药管，无法满足炸药气力输送到炮孔内 的要求。因此，公司利用现有的井下炸药混制设备， 经过近2 年科技攻关终于研制出无梯粘性粒状铵油 炸药配方【l 引。到目前为止，按该配方生产出来的采 矿炸药量近l0 0 0t ，经过1 0 多次大小采矿爆破的检 验，炮孔机械装药和爆破效果良好。 2 无梯粘性粒状铵油炸药性能 无梯粘性粒状铵油炸药由多孔粒状硝铵、柴油、 乳胶基体、改性铵油炸药4 种原料按一定比例和顺序 混制而成。改性铵油炸药是在铵油炸药的基础上发 万方数据 第2 8 卷第2 期陈际经无梯粘性粒状铵油炸药在硬岩采矿中的应用 4 3 展起来的替代工业粉状铵梯 油 炸药的一种新型、环 保型工业炸药，具有8 号雷管感度，主要技术性能为 殉爆距离≥4e m ，猛度≥1 2m i l l ，爆速≥3 2 0 0m ／s ， 爆力≥3 2 0m l 。 2 ．1 炸药感度和爆炸性能 2 0 0 9 年1 2 月，中钢集团武汉安全环保研究院 对柿竹园多金属采矿场4 9 0 水平硐室现场混制的无 梯粘性粒状铵油炸药取样样品进行了多项属性指标 检测，其检测结果与2 号岩石铵梯炸药性能对比见 表l 。 表1 无梯粘性粒状铵油炸药与2 号岩石铵梯炸药性能对比表 从上面的对比结果看，无梯粘性粒状铵油炸药 比2 号岩石铵梯炸药更加钝感，热感度低，殉爆距离 更小，合理的施工工艺和技术手段可以在保证完全 爆轰的同时大大增加了储运的安全性；较高的爆炸 威力和爆速使得无梯粘性粒状铵油炸药非常适合在 硬岩中采矿爆破。 2 ．2 炸药氧平衡 经武汉安全环保研究院计算，该炸药的氧平衡 值O B 一0 ．0 0 14 1 为负氧平衡，炸药所含的氧元素 虽然不能完全满足其他各种元素完全氧化的需要， 但缺失量比较少，接近零氧平衡，故其爆炸时产生的 有毒有害生气体量不大。尽管无梯粘性粒状铵油炸 药可以满足井下采矿生产的安全环保要求。但在使 用过程中还应注意加强防治毒气产生的有效措施， 同时在采矿爆破后严格保证通风时间和通风强度， 经检查确认井下空气质量合格后，方准许作业人员 进人井下作业地点p o 。 2 ．3 炸药爆速对比 用内径5 0m m 钢焊管装上含有2 ％耵盯岩石 炸药成份的粘性粒状铵油炸药在水平放置状态时测 得其爆速为22 6 4 ．5m ／s ，在同样的条件下测得无梯 粘性粒状铵油炸药爆速为23 0 0m ／s 。但是，在同样 装药起爆条件下，钢焊管放置在巷道底板时的爆速 可达33 4 0m ／s ，这是因为钢焊管在水平放置炸药爆 炸过程中存在反冲运动造成测试时间滞后，使得其 测试爆速低于钢焊管放置在巷道底板时的爆速。上 述数据说明了无梯粘性粒状铵油炸药的爆破性能至 少不会低于原来的含梯粘性粒状铵油炸药爆破性 能，完全能够适应柿竹园目前采用的爆破工艺及有 关爆破参数。 2 ．4 炸药贮存性能 将无梯粘性粒状铵油炸药放在恒温恒湿培养箱 内完全敞开，模拟井下温度和相对湿度 2 2 ℃， 7 2 ％ 进行贮存，发现该炸药在恒温恒湿培养箱内 贮存6d 内爆速基本上不变。通过井下大爆破的检 验，也表明了散装无梯粘性粒状铵油炸药在井下湿 度较高时放置一周，又在潮湿炮孔装药后3d 以内， 仍然有较强的采矿爆破威力。 2 ．5 炸药管道输送性能 1 地面喷药试验 长沙矿山研究院国家科技支撑计划项目立项的 井下上向中深孔粉粒状炸药装药车是为了解决高分 段采矿上向炮孔装药世界难题而研制的旧1 ，该装药 车的样机在柿竹园公司对无梯粘性粒状铵油炸药进 行了管道输送喷药试验。在地面采用长4 21 1 1 1 、内径 为3 2n l l n 的装药管在样机外径为1 ．5m 的圆盘卷 管器上缠绕7 圈，装药罐内动压为0 ．5M P a 的条件 下，管道喷药情况良好。 2 模拟垂直炮孔装药试验 装药车样机模拟垂直炮孔试验选在柿竹园多金 属采矿场4 9 0 水平井下斜坡道口的上向管道天井内 进行，装药管在地上盘了一个圈后吊入垂直的管道 天井里，装药管出口端在天井口5 1 4 水平处弯成一 个U 形状使得管口上向，并用铁丝固定在栏杆上， 管口离巷道顶板1 ．5m 左右。经过2 次在不同的罐 内动压条件下的喷药试验，试验效果良好，没有出现 万方数据 爆破 2 0 1 1 年6 月 堵管现象，炸药管内输送声音正常，喷出炸药速度 快，炸药直喷射巷道顶板上，经测算，该装药台车炸 药管道通过能力为1 0t ／h ，为B Q F 一1 0 0 型装药器的 1 0 倍，同时也说明无梯粘性粒状铵油炸药管道输送 性能好，管道阻力小，如果考虑到装药管上下2 个弯 道的阻力，估计在上向炮孔内的垂直装药高度不会 低于3 0m ，为今后装药车在柿竹园公司高分段采矿 法中推广应用打下了良好的基础。 2 ．6 炮孔装药密度和返粉率 通过在采矿场对上向垂直扇形中深孔装药技术指 标测试，在管道风压0 ．5M P a 条件下，采用B Q F - 1 0 0 型 装药器装药，炮孔装药密度在0 ．9 r 7 1 ．0 0g ／c m 3 之间波 动，装药返粉割、于3 ％。 3采矿应用 3 ．1 采矿工艺简介 柿竹园钨锡钼铋多金属矿床首采区为三矿带的 富矿段，采矿方法为分段上向垂直扇形孔凿岩阶段 矿房法，首采区划分为3 6 个矿块，每个矿块中的矿 房长6 4m 、宽2 0m 、高6 8m ，盘区和矿房间的矿柱 宽均为1 5m ，矿房分段高度1 ．1 m 。近5 年来，经过 多次的采矿大爆破，形成了采空区通地表的卸压天 窗，使得后续采矿生产在覆盖的矿岩层保护下进行。 目前，采空区周边的矿柱回采工艺采用的凿岩设备 为雪撬式Y G Z - 9 0 钻机和Q Z J 1 0 0 B 型潜孔钻机，前 者用于房间矿柱和盘问矿柱回采；后者用于采空区 上方的顶柱回采，该钻机布置在矿柱中天井一侧的 凿岩硐室里，凿岩硐室上下间隔5m ，每个凿岩硐室 以采空区顶板为自由面，钻凿水平扇形深孔，炮孔直 径1 0 0 1 1 0m m ，炮孔深2 0 - 3 5m ，孔底距3 3 ．5m ，排 距2 2 ．5I l l 。上向垂直扇形中深孔和孔深少于2 5m 的的水平扇形孔装药采用B Q F 一1 0 0 型装药器输送 粘性多孑L 粒状铵油炸药。上向垂直扇形中深孑L 采用 孔底起爆，孔底起爆弹毫秒非电导爆管雷管，炮孔排 间微差爆破，如果炮孔壁完整干燥，爆破夹持性小 时，炮孔全程不敷设导爆索，否则敷设导爆索；水平 扇形大炮孔全程敷设导爆索，孔深大于2 5m 部分用 筒装2 号岩石乳化装药装满，其余部分装粘性粒状 铵油炸药，起爆药包放在距孔底1 ／3 处。同排相邻 炮孔孔口部位交叉留空O ．5 一1 ．0m 不装药，井下采 用复式导爆索引爆孑L 内导爆管爆破网路H J 。 3 ．2 爆破效果 无梯粘性粒状铵油炸药经过1 年来在柿竹园公 司硬岩采矿中的应用表明效果良好。柿竹园公司 2 0 1 0 年6 月在多金属采矿场四盘区北部对矿柱顶 柱又进行一次装药量3 5 0t 的井下中深孔特大型爆 破。该次爆破散装炸药全部采用无梯粘性粒状铵油 炸药，其中上向垂直扇形中深孔装药1 3 0t ，本次爆 破机械装药顺利，从炸药现场混制到响炮，所花时间 不到l 周，由于大爆破遇上雨季，尽管炸药在比较潮 湿炮孔内存放时间大于2d ，但是爆后经实地查看， 爆破效果良好，矿石块度合格，大小均匀，没有拒爆 和炸不下来的现象发生。无梯粘性粒状铵油炸药在 上向垂直扇形中深孔的挤压爆破中也体现了较大的 爆破威力，采矿现场试验表明炮孔最大的挤压爆破 排数可达8 排，2 0 1 0 年1 2 月柿竹园公司多金属采 矿场成功实施了装药量1 0 6t 的矿柱挤压爆破，为柿 竹园公司采矿史上最大的矿柱挤压爆破。 4 炸药成本 当前现场混制的无梯粘性粒状铵油炸药每吨要 比散装改性铵油炸药便宜近30 0 0 元。如果采用散 装改性铵油炸药来装药，柿竹园公司多金属采矿场全 年采矿量按2 0 0 万t 计算，采矿年消耗炸药l0 0 0t ，每 年将多花炸药成本约3 0 0 万元，这还没有考虑粉状改 性铵油炸药因返粉率高、工作面污染大、功效低所带 来的经济损失，因此，无梯粘性粒状铵油炸药在柿竹 园公司硬岩采矿中成功地应用，仅仅是炸药成本就能 年节约3 0 0 万元左右。 5 体会 无梯粘性粒状铵油炸药通过在柿竹园公司硬岩 采矿中1 年来的采矿爆破实践表明，在采矿工艺和 爆破参数不变的条件下，完全能够取代含梯炸药。 该炸药接近零氧平衡，所产生的有毒有害气体少，炸 药能量利用率高，管道压气输送性能好，堵管现象 少，返粉率低，现场混制工艺和使用安全可靠，通过 了中钢集团武汉安全环保研究院安评。 在今后要改善爆破参数，充分发挥炸药爆炸威 力，降低采矿成本，提高采矿爆破效率方面，寻找一种 炮孔最佳装药密度、起爆药包位置、装药结构及堵塞 方式仍然是一项十分艰巨而有意义的工作。鉴于国 外对于铵油炸药研究，当铵油炸药的装药密度大于 1 ．2g ／c m 3 时不能有效的爆轰，铵油炸药在直径 2 5 0m l n 炮孔中最大爆速为47 5 0m ／s ，在直径6 0 岫 和1 1 0n i l ／1 的炮孔中最大爆速可以分别到达 32 0 0m ／s 、37 0 0m ／s 。因此，在目前的采矿爆破条件 下，增大无梯粘性粒状铵油炸药的起爆能量或炮孑L 全 程敷设导爆索是很有必要的，在重大爆破中对于起爆 药的爆速检验也是必须严格执行的一项程序。 下转第6 2 页 万方数据 爆破2 0 1 1 年6 月 竹竿做炮辊，对于连续装药时炸药要装到底，保持装 药连续，每装一卷炸药必须用炮辊捅一次，确保每节 炸药间密贴。周边眼采用将预先加工好的用竹片连 接的药卷直接装入炮孔即可。各种炮眼必须在孔口 段预留不小于2 0e m 的填塞长度。 2 堵孔 堵孔是决定爆破效果的重要因素，爆破效果不 好的原因大多于没有堵孔有关。为了保证堵孔的质 量，采用黏土作为炮泥，炮泥不能过稀，可搓成条即 可。炮泥用炮辊将炮泥填塞密实，防止出现空洞或 间隔现象。对于周边眼在填塞过程中要注意保护导 爆索。 ’ 3 ．3 爆破网路及连接 网路采用簇连法连接，连接时将导爆索分片捆 成1 5 根1 束，每束中心捆绑2 发1 段雷管击发，采 用电雷管起爆。 4 光面爆破质量检验 1 开挖轮廓线圆顺，基本无补炮现象，爆破效 果理想。拱部半孔痕迹保存率达到8 0 ％，爆破后每 循环炮眼痕迹基本连续，2 次爆破的衔接台阶尺寸 不大于1 5c m 。 2 开挖循环时间短，进尺理想。开挖爆破循 环时间为6h 左右，开挖进尺2 ．8 3m ／循环，出渣 时间3 ～4h ，满足隧道开挖进尺7 ．5m 要求，进尺稳 定，效果显著。 3 改善了围岩受力状态。由于开挖轮廓线圆 顺，没有明显的凹凸不平，有效的避免了局部的应力 集中。 5 超欠挖的控制 隧道开挖采用钻爆法施工，岩石超挖是不可避 免的，施工中主要采取了以下措施改善超挖问题 1 测量放样准确，准确的画出开挖轮廓线，放 线误差不大于2c m 。对于因围岩破碎或爆破效果 不理想造成掌子面与线路中线不垂直时尤为主要。 2 确保钻眼精度符合要求。操作中如果炮眼 不平行、外插角过大，即使炮眼残留率符合要求，也 会造成错台过大，达不到光面爆破要求。 3 爆破参数动态调整，及时根据围岩情况调 整钻爆参数。对于岩体完整地段可以适当多装药， 岩体稳定性较差的适当少装药。 6 结语 实践表明，对于这种岩性单一的Ⅱ级围岩，采用 全断面开挖、大斜线掏槽掘进方案是可行的。周边 孔间距、钻孔方位、线装药密度以及装药结构是控制 超欠挖的关键因素，施工中要严格把关。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 王云岗．井底车场巷道掘进光面爆破实践[ J ] ．爆破， 2 0 1 0 ，2 7 1 5 1 - 5 3 ． [ 2 ]宗琦，刘菁华．煤矿岩石巷道深孔爆破掏槽技术应 用研究[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 4 3 5 - 3 9 ． [ 3 ]杨Ⅱ左斌，周游，付勇，等．渐进式螺旋掏槽技术在 水布垭地下厂房开挖中的应用[ J ] ．爆破，2 0 0 4 ，2 1 2 4 8 - 5 0 ． [ 4 ] 周游，程康，陈世华．空气间隔装药技术在水布垭 地下厂房开挖中的应用[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 2 5 6 - 5 7 ． 上接第4 4 页 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]唐友生．无梯粘性粒状炸药的研究[ J ] ．采矿技术， 2 0 0 9 ，9 5 1 3 5 - 1 3 7 ． [ 2 ] 李狲，李文倩，黄小伟．井下上向中深孔粉粒状炸药 装药车的研制[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 1 0 ，3 0 6 9 3 - 9 5 ． [ 3 ]高贫，刘大斌．多孔粒状铵油炸药爆炸后有毒气体 含量测定[ J ] ．爆破器材，2 0 0 8 ，3 7 6 8 - 1 0 ． [ 4 ]伍颖，杨庆雨，柯昌阳．鸡笼山金矿采场中深孔控制 爆破研究[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 1 0 ，3 0 1 1 0 4 ． 1 0 6 ． 万方数据