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    空气间隔器在中深孔爆破施工中的应用

    几十年来,在国内外中深孔爆破中,有关空气间隔技术的理论研究和实验,在改善爆破效果、降低炸药单耗、减少飞石等方面取得了明显效果。

    在山西潞城市卓越水泥的山脑石灰石矿,在结合岩粉间隔的基础上,利用空气间隔器进行了10个爆区共300炮孔的现场试验,取得了较好的效果。改善爆破效果,减少因岩溶、裂隙发育的地带中深孔爆破飞石对周边环境的干扰,降低炸药单耗。

    1  空气间隔器

    1.1  结构特性

    空气间隔器是中深孔爆破中进行空气间隔装药的充气式气囊塞,空气间隔器分为按压式、

    推压式、提拉式和直充式,根据炮孔直径和爆破环境、爆破参数等选择合适的间隔器。

    1.2  作用

    (1)降低了爆炸冲击波的峰值压力,减少了炮孔周围岩石的过粉碎。

    (2)岩石受到爆炸冲击波的作用后,还受到爆炸气体所形成的压力波和来自炮孔孔底的反射波作用,当这种二次应力波的压力波超过岩石的极限破裂强度(表示裂隙进一步扩展所需的压力)时,岩石的微裂隙将得到进一步扩展。

    (3)延长了应力的作用时间,冲击波作用于堵塞物或孔底后又返回到空气间隔中,由于冲击波的多次作用,使应力场得到增强的同时,也延长了应力波在岩石中的作用时间;若空气间隔置于药柱中间,炸药在空气间隔两端所产生的应力峰值相互作用可产生一个加强的应力场;

    (4)当遇到岩溶、裂隙比较发育的岩层,使用空气间隔器可避免形成集中药包,造成装药相对集中,形成大量飞石对周边环境造成严重的干扰;同时岩石破碎效果不好,大块率高。

    1.3  操作方法

    待炮孔钻掘完毕,根据岩矿种类、性质、岩层情况,确定单孔装药高度,一般情况下,采用中间间隔装药,即先装填一段药柱,安装引爆炮头,加盖少许炸药盖住雷管,再放入一支间隔器,根据不同间隔器的使用方法操作。本次试验用的是提拉式气体间隔器。根据拉线刻度标示,确定要间隔的深度,将间隔器放到所需深度后,固定好拉线,然后上提2m左右,丢开拉线,让间隔器自由落下,同时靠惯性拉开放气装置。数秒后气囊充气完成,继续上部孔装填炸药,再安装引爆炮头,矿渣填实炮孔,单孔装填完成。

    2  作业环境与地质条件

    山西潞城卓越水泥山脑石灰石矿山爆破作业区域为荒山坡,矿石为石灰石,另行分布第四系碎石土、浮土、杂草等。矿区内构造简单,呈简单的单斜岩层产出,产状平缓,有宽缓的波状起伏现象,表现为岩层产状与坡向相近。总体产状:倾向南西,倾角一般为5°15°。矿区内西部大采场内有一条走向56°,倾向326°,倾角60°的正断层,断距约6m,采场内可见下盘底部的O2f1地层中的白云岩出露。个别地段裂隙、岩溶比较发育。岩石坚固性系数ƒ=6~8。

    3  爆破工艺及参数

    3.1  爆破作业方式

    台段高度12m,采用KGH6型露天潜孔钻车钻凿炮孔进行中深孔爆破。

    3.2  爆破参数

    台阶深孔爆破采用多排孔非电导爆管雷管逐孔爆破,使用散装2#岩石膨化硝铵炸药为主爆药,采用非电导爆管雷管逐孔爆破。

    生产中采用的爆破参数为:炮孔直径115mm;炮孔深度13.5~14m(台阶高度12m);炮孔倾角75°;炮孔底盘抵抗线w23.5~4.5m;炮孔间距A4~6.5m;炮孔排距3~4m(炮孔呈菱形布置);每次爆破排数2~3排;每次爆破孔数30~40孔;炮孔填塞长度≥3m(填塞材料为凿岩石粉);延米爆破矿量≥21m3;单位炸药消耗量约0.30~0.40kg/m3.

    3.3  钻孔

    按中深孔爆破参数进行作业,在穿孔过程中如遇岩溶或裂隙无法钻进至设计位置的炮孔,做好施工记录,并且做好孔标志(孔的位置、裂隙或岩溶的高度)。

    3.4  装药

    装药方法:为提高装药密度和装药集中度,一般采用散装炸药。装药过程中随时丈量药柱的高度,空气间隔器置于下部药柱(下部药柱药量为单孔装药量的2/3~3/4)顶端1.5~2.2m位置处。粉状炸药通过漏斗往孔内装填,用炮棍捣实保证装药密度。潮湿有水的炮孔,使用φ90mm的乳化药卷,每筒药卷的重量3kg。边坡孔爆采用不耦合装药,可将小药卷绑在竹片上,以增加装药长度。

    装药结构:一般采用空气间隔器间隔装药结构(间隔长度1.8~2.5m)。

    完全传爆措施:为避免超过传爆长度而引起药柱爆炸不完全,应在装药段的上部和下部1/3处各装一个起爆药卷。每孔4发起爆管。

    起爆药卷的重量1~3kg,每个起爆药卷插入1个起爆雷管,雷管的聚能穴应指向药柱传爆方向,即双向起爆(孔底雷管聚能穴朝上,孔口雷管聚能穴朝下)。

    装入起爆药卷后用炮棍装填上部的炸药时,必须轻填、轻压,并应保护好起爆线路。操作中严禁用炮棍撞击阻塞在深孔内的起爆药卷。

    装药前,应将孔口周围半径70cm内的一切岩块、杂物及孔内堵塞物清除干净。装药过程中必须防止异物掉入孔内造成装药困难或装药间隔引起药柱不传爆。

    3.5  堵塞

    1)堵塞长度:为提高爆破效果和控制飞石的距离,必须保证合理的堵塞长度。堵塞长度一般应不得短于最小抵抗线的0.8倍;或按炮孔直径确定:不允许有飞石时,堵塞长度L0=(30~35)d;允许有飞石时,堵塞长度L0=(20~25)d。边坡光爆孔堵塞长度,在孔口1~1.5m内用粘土堵塞。

    2)堵塞材料:紧靠炸药一段和孔口段(大于1m)应用炮泥堵塞,但不得混入石块。光爆孔孔口段必须用炮泥堵塞。

    3)堵塞方法:堵塞材料应分次填入,每填塞600mm左右用炮棍捣实。操作中应妥善保护起爆线路:严防打折、拉得过紧或石块掉入孔内而损坏起爆线路。

    选用炮泥(钻孔留下的岩粉)进行堵塞,堵塞长度不得低于设计堵塞长度。

    4  工程应用

    山脑石灰石之前的爆破中,采用连续装药结构和岩粉间隔装药结构,炸药平均单耗0.16kg/t,在爆破中存在的问题是:爆破飞石过远,炸药单耗高,矿石破碎不均匀,装药段矿石过粉碎,堵塞段大块多。

    为了解决该矿山爆破施工存在的问题,进行了空气间隔器试验,部分爆区使用情况见下表1。

    在山脑石灰石矿山使用空气间隔器后,有效节省了炸药量,炮孔孔径115mm,孔深12m,间隔高度1.5~1.9m,单孔节省炸药12.75~16.15kg。岩石破碎程度得到有效提高,爆破后,爆堆松散,表面矿块均匀,大块减少,减小了爆破飞石对周边环境的干扰,爆破面排列线整齐。

    5  结论

    通过在山脑石灰石矿山使用空气间隔器,有效节省了炸药量,岩石破碎程度提高,爆破后,爆堆松散,表面矿块均匀,大块减少,爆破面排列线整齐。采用此类装药结构进行爆破施工前,炸药单耗0.35kg/m3,大块率控制在10%以内(三个月统计数值),爆破飞石最远达到450m;改用此类空气间隔器装药结构后,炸药单耗0.26kg/m3,大块率控制在2%以内(三个月的统计值),爆破飞石最远120m,爆破飞石扰民情况得到了缓解,为该矿山后期采矿取得了好的经验,获得了较好的经济效益和社会效益。

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