“V”型逐孔起爆技术在昆阳磷矿的应用.pdf

露天采矿技术2009 年第 4 期 1引言 爆破工作是矿山开采、 隧道开挖、 公路建设等工 程施工中不可缺少的重要环节之一 [1]。近年来随着 科学技术的快速发展， 高精度、 高强度导爆管雷管应 运而生， 逐孔起爆技术得以实现。 该项技术的主要特 点是利用高精度雷管通过地表不同延期雷管和孔内 不同延期雷管的搭配使用，一方面使最大一段药量 尽可能地限定于一个炮孔的药量，最大限度降低了 爆破振动。 另一方面， 每个爆孔能按照爆破设计的延 期时间顺序起爆， 为单个炮孔创造多个动态自由面， 增强了爆炸应力波的反射， 岩石间碰撞机会增加,爆 炸能量得以充分利用， 从而改善了爆破效果[2]。云南 磷化集团有限公司昆阳磷矿是一个年产 260 万 t 的 露天大型磷矿采选企业，素有磷都的美誉。我矿于 2006 年底开始对 “逐孔起爆” 技术进行了研究， 并在 2007 年 2 月， 应用云南省燃料一厂生产的网络雷管 进行了小规模生产试验， 实现了 “逐孔” 起爆， 改善了 长期存在的爆破震动大的问题， 爆破效果有所改善， 成本有所降低。 但在采用 “逐孔” 起爆技术过程中， 我们发现穿孔 和爆破成本占生产费用的比例仍比较大。 现场试验发 现采用的 “逐孔起爆” 技术， 由于相邻炮孔起爆时间间 隔过长， 对爆破挤压效果不明显， 对保留部份破坏较 大， 特别是拉沟爆破时， 对边帮破坏较大， 爆破技术有 待进一步提高。经理论分析后认为， 理想的爆破效果 应是 “波浪” 型起爆[3]， 即由多个 “V 型” 起爆体组成， 拟 采用 17 ms、 37 ms、 65 ms 3 种地表网络雷管，改变网 络联接方式， 采用“V” 型起爆技术进行实验， 降低穿 爆成本， 改善爆破效果， 提高对边帮的保护。 2 “V 型” 逐孔起爆机理 虽然爆破机理比较复杂，具有许多难以确定的 因素， 但实践证明， 在相同的条件下， 适当的延期时 间以及由此增加的动态自由面可以在很大程度上改 善爆破效果。 所谓 “逐孔起爆” 即单孔延时起爆， 它是 依靠高强度、 高精度毫秒导爆管雷管， 实现爆区内任 何一个炮孔爆破时，在空间和时间上均按一定的起 爆序单独起爆，这样可以人为地为每个炮孔准备充 足的自由面，从而达到减小爆破振动和降低大块率 的目的。 利用 “V” 型逐孔起爆技术， 每个炮孔在起爆前， 其前方和侧方的炮孔已经爆炸，并为该孔准备了 3 个自由面， 因此岩石爆破所需抛散能量大大降低； 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，相邻炮孔抛散能量产生多 次叠加， 增加相临炮孔间岩石的碰撞次数， 从而显著 改善爆破块度。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的损失， 实际增加了岩石破碎需要的能量在总能量中的比 例， 从而降低了炸药单耗， 并极大地改善了岩石爆破 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， 同时， 由于利用高强度、 高精度毫秒 导爆管雷管实现了逐孔起爆，爆破时的最大单响药 量大大减小。 根据爆破震动萨道夫斯基公式可知， 在 其它参数不变的情况下，最大单响药量的减小能够 降低爆破振动是显而易见的[4]。 3起爆器材、 孔网参数及起爆技术网络设计 3.1起爆器材 “V” 型逐孔起爆技术在昆阳磷矿的应用 李永平，王垄，苟桂森，杨柳 （云南磷化集团有限公司昆阳磷矿，云南 晋宁 650612） 摘要 对昆阳磷矿过去采用的斜线逐孔起爆技术进行了改进， 利用国产高精度网络雷管进行了 “V” 型起 爆试验及应用研究， 并对爆破后的爆破效果和经济效益进行了分析， 对于同类工程具有一定的指导意义。 关键词 V 型逐孔起爆； 网络雷管； 爆破效果 中图分类号 TD 871文献标识码 B文章编号 1671 － 9816（2009）04 － 0011 － 03 收稿日期 2009-04-15 作者简介 李永平 （1973-） , 男, 采矿工程师, 1997 年毕 业于昆明理工大学采矿工程专业， 研究方向工程爆破。 采矿工程11 露天采矿技术2009 年第 4 期 我矿于 2006 年底首次选用云南燃料一厂提供的 雷管的标称延期时间进行实验。 并多次邀请云南燃料 一厂和昆明理工大学爆破新技术应用研究所的专家 参与逐孔起爆试验工作。 我矿技术人员按照持续改进 的方法和 PDCA 程序， 依据爆破试验结果提出相关参 数修正建议， 不断优化地表网络雷管延期时间和起爆 网络联接方式。 云南燃料一厂根据我矿提出优化建议 多次改进雷管延期时间等参数。 以下为实验过程中的 一序列雷管的标称延期时间 （表 1-表 4 ） 。 表 1首次提供的地表网络雷管的标称延期时间ms 表 2修正后首次提供的地表网络雷管的标称延期时间ms 表 3采用逐孔起爆技术 “斜线” 起爆的地表网络雷管的 标称延期时间ms 表 4目前采用逐孔起爆技术 “V” 型起爆的 地表网络雷管的标称延期时间ms 经过多次试验后发现， 在逐孔起爆的爆破中， 主 控制排 （第一排） 传爆方向的孔间延时主要影响爆区 的破碎块度， 各分传爆列（与主控制排连接的各传 爆联接线路分支） 传爆方向的排间延时主要影响爆 区的岩石位移。为取得较好的破碎效果和较低的爆 破震动，应在保证主控制排方向最佳孔间延时不变 的情况下调整传爆列方向的延时。为保证同一爆区 网络安全准爆，任何时间和区域均应保证地表雷管 传爆波阵面超前孔内雷管波阵面 4～5 排，同时考虑 孔内延时过长， 导致雷管延期误差增大， 因此， 最终 选取孔内延期时间为 500 ms。对孔外延期时间研究 后发现孔间延期时间在 3～8 ms/m， 排间延期时间在 8～15 ms/m 是较为合理的。 根据我矿岩石普氏硬度 4 级， 抗压强度 55.47～56.25 MPa,为半坚硬岩组软岩， 选大值。 同时， 排间延时受到应力波速度和抵抗线大 小的制约， 每米抵抗线不应超过 15 ms。为取得最佳 抛掷效果， 排与排之间的延期时间必须足够长 （大于 10 ms） ， 可以使先爆岩石完全脱离原来位置， 为后爆 岩石创造自由面， 不会阻挡后面岩石的移动。 如果排 间延期时间低于临界值 10 ms， 爆破后， 前后排岩相 互阻碍， 致使爆堆隆起加大， 而爆堆底部由于夹制作 用大， 松散度较差， 不利于采装作业。 通过多次试验后确定 孔外地表雷管的延期时 间为 17 ms， 37 ms， 65 ms， 能取得较好的爆破效果， 且发生重炮的机率较小。 3.2孔网参数选择 我矿于自 1983 年开始采用 KQ-200 钻机穿孔， 乳化炸药为起爆药， 多孔粒状硝氨炸药为主爆药， 排 间微差爆破技术，5 m6 m～6 m6 m 的孔网参数， 孔深 9.5 m。2006 年引进山特维克 TITON-500 钻机 参与穿孔， 4 m4 m～4 m5 m 的孔网参数， 逐孔起爆 技术应用后， 2007 年全部采用乳化炸药为起爆药， 一方面孔网参数的选取没有得到科学的论证，另一 方面， 穿爆成本没有得到有效的降低。 通过相关资料 及经验分析， 目前乳化炸药密度大， 装药高度不足， 不能有效发挥炮孔的利用率，是目前存在的较大问 题之一。因此， 初步计划采取调整孔网参数， 增加一 个段别的地表延期雷管，充分利用目前乳化炸药密 度大， 增加装药高度， 提高炮孔的利用率等措施来改 善爆破效果。 根据岩土性质及穿孔设备孔径的区别，通过不 断的实验， 进一步发挥逐孔起爆技术的优越性， 优化 孔网参数。表 5 是通过试验优化后的爆破参数。 表 5优化后的爆破参数 3.3逐孔 “V 型” 起爆网络设计 逐孔 “V 型” 起爆网络设计， 分为地表延期网络 和孔内延期网络。 其中， 地表延期合理微差时间的选 择是关键， 而后者由于受地表雷管段数、 及孔网参数 的限制， 我矿选择 500 ms 同段雷管。 起爆方式是 通 过地表延期网络引爆孔内的延期雷管， 再引爆炸药。 （1） 起爆点选取。在爆区第一排自由面多 （或无 自由面但炮孔较少） 且适合爆堆整体移动的位置选 择一个炮孔为起爆点， 在中部适当位置选取控制列， 这个控制列为爆破建立孔间延时顺序，以后的起爆 顺序由后返式雁行线上的地表延时控制。 （2） 网络联接方式。采用 “V” 型起爆， 网络联接简 单、 自由， 可形成 3 种联接方式， 对各段别雷管库存量 要求不严格， 容易调节， 都实现较好的爆破效果。 首先从起爆点开始联接主传爆列，然后从主传 爆列向两侧联接分传爆行。 地表延期雷管联接时， 两 系列1234567 地表 T1 孔内 T2 9 150 17 320 25 400 33 500 42 620 67 810 108 1 000 系列12 地表 T1 孔内 T2 25 500 80 500 系列12 地表 T1 孔内 T2 17 500 65 500 系列123 地表 T1 孔内 T2 17 500 37 500 65 500 项目KQ-200装药高度/mTITON装药高度/m 孔网参数/mm 最大最小 孔网参数/mm 最大最小 黑页岩776.05.3555.64.5 灰页岩665.54.94.54.55.74.6 备注 按我矿最大单耗计算， 黑页岩按 0.4 kg/m3,灰页岩 0.5 kg/m3。 采矿工程12 露天采矿技术2009 年第 4 期 个地表雷管之间保持约 15 cm 的距离，并分别与孔 内两发雷管导爆管相联，地表雷管两侧 30 cm 用小 石块压规整，保证导爆管与地表管有一定的安全距 离。网络联接简单、 清晰， 易于检查。 4 “V 型” 逐孔起爆技术的应用效果分析 通过试验研究发现， 采用 “V 型” 逐孔起爆技术， 与一般的 “逐孔起爆技术” 相比， 在爆破效果、 经济效 果等方面明显改善， 主要表现在以下几方面[5]。 （1） 降低了地震效应。在相同试验条件下， 距离 爆区 300 m 的同一测点， 采用逐孔 “斜线” 起爆， 最大 爆破振动速度为 0.624 7 cm/s；采用逐孔“V 型” 起 爆， 最大爆破振动速度为 0.487 2 cm/s[6]。 爆破振动效 应明显降低。 （2） 爆破效果改善。采用 “V 型” 逐孔起爆后， 爆 破块度好， 大块率低， 二次爆破量少； 底根少， 甚至无 底根； 爆堆移动方向易控制， 爆堆形状标准， 提高了 铲装设备效率； 容易控制爆堆松散度及松散均匀度， 便于挖掘； 炮渣粉碎现象不明显。 （3） 经济效益改善。采用逐孔 “V 型” 起爆技术 后， 爆破施工操作简便、 安全， 生产效率提高， 成本大 大降低， 主要表现在 ①铲装效率显著提高， 2008 年电铲平均台年生 产量达 35.57 万 m3， 比上年提高 23 ； ②减少了雷管用量， 每年节约雷管成本 40 余万 元； ③延米爆破量由 36 m3/m 增加到 49 m3/m， 减少钻 机穿孔量约 30 ， 节约成本 40 余万元。 （4） 社会效益。 采用逐孔起爆技术可以有效地控 制爆破震动， 降低了对工业设施、 周围村庄民房的影 响， 提高了安全性， 改善了矿山与地方政府、 村民的 关系， 增强了社会的稳定性， 矿区与附近村民的关系 更加和谐。同时为昆阳磷矿露天采场大规模的开采 奠定了基础。 （5） 环境效益。露天矿爆破产生的扬尘、 噪声对 环境造成污染。采用逐孔起爆技术后， 噪声强度 （距 爆区 300 m） 由 96.4 分贝降至 83.7 分贝， 扬尘明显 减少， 各项指标都达到 爆破安全规程 及环保和职 业卫生的要求。 5结语 （1 ） 逐孔起爆技术应用的关键是孔间和排间延时 的精确性，主控制排孔间延时最佳范围为 3～8 ms/m， 传爆列排间延时的最佳延时范围为 8～15 ms/m。 （2） 逐孔 “V 型” 起爆与逐孔 “斜线” 起爆相比， 爆 破应力波反射充分，从而充分利用了炸药能量的多 次叠加作用， 炸药用量最经济合理， 产生的爆破震动 也最小。 （3） 由于逐孔 “V 型” 起爆增加叠加次数， 可以扩 大孔网参数， 减少炸药消耗量及穿孔工作量。 （4） 采用逐孔 “V 型” 起爆可以适当减少炮孔充 填高度， 有利于提高炮孔的利用率。 （5） 采用逐孔 “V 型” 起爆降低了矿山企业的生 产成本， 提高了经济效益。 （6） 从国家发展要求与构建和谐社会及新农村 建设要求，使用先进的爆破技术符合社会发展的需 要， 也是采矿技术发展的必然趋势。 参考文献 ［1］ 杨军， 金乾坤， 黄风雷.岩石爆破理论模型及数值计算 ［M］ .科学出版社， 1999. ［2］ 庙延钢.工程爆破与安全 ［M］ . 化学工业出版社， 2007. ［3］ 高尔新. 爆破工程 ［M］ .中国矿业大学出版社， 1999. ［4］ 王玉杰.爆破工程 ［M］ .武汉理工大学出版社， 2008. ［5］ 李天华. 逐孔爆破技术在昆阳磷矿的研究及应用 ［R］ .2008. ［6］ 张华.张智宇.昆阳磷矿生产爆破振动测试报告 ［R］ . 2008. ◆ 水泥工程 杂志 （ISSN 1007-0389； CN 32-1449/TU ） 是由 中材国际南京水泥工业设计研究院主办、面向国内外公开发行的 水泥专业核心技术期刊。 专业报道各种规模新型干法水泥生产线的设计、建设和生产 经验； 专业报道水泥行业的新工艺、 新装备、 新技术、 新控制的研究 开发和应用实践； 以及水泥行业前瞻性的技术思路和科研信息。 杂志设有“设计研究” 、“生产技术” 、“工艺装备” 、“电气 控制 计 量” 、“环境工程” 、“综合利用” 、“混凝土研究” 、以及各种专题等众 多专栏。 ◆ 水泥工程 杂志已被美国的 化学文摘 （CA ） 、 美国的 剑桥科学文摘 材料信息 、 俄罗斯的 文摘杂志 （p Ж ） 、 CNKI-中 国学术期刊综合评价数据库等国内外多家数据库收录为来源期 刊。 ◆ 水泥工程 杂志采用 A4 版， 每期 96 页， 近 16 万字的技 术信息 （业内同类期刊中最大） ， 是从事水泥行业及相关人员的专 业工作手册、 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