石灰石矿山中深孔逐孔爆破技术*

彭廷华，梁广妍

(1.成都中材建设工程公司， 四川 成都 610017;2.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室， 北京 100083)

0 引言

四川利森建材集团双桥石灰石矿为中国建材西南水泥什邡公司的石灰石原料矿山，公司有熟料生产线两条，日需矿石10000 t，以垂直深孔多台阶开采，采用KG940A高风压潜孔钻机钻垂直、倾斜深孔，爆破采用粉状硝铵炸药［1，2］。目前该矿存在爆破震动扰民、炸药单耗高、大块率高、爆破效果不理想的问题，严重制约了矿山的生产能力。为了改善爆破效果［3］，降低大块率［4］，降低爆破震动［5］对周边环境的干扰，进行了爆破实验，优化了爆破网络参数［6］。

1 作业环境与地质条件

四川利森双桥石灰石矿山爆破作业区域为荒山坡，矿石为石灰石，零星分布第四系碎石土、浮土、杂草等。地质构造简单:区域地层以茂汶断裂为界，西部出露有元古界黄水河群和震旦系、以东为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系及第四系，石灰岩矿主要分布于石炭系和二叠系中;区域展现的构造属龙门山华夏系构造一部分，呈NE40°～50°走向，宽20～50 km，长150 km以上，主要由三条北东向压扭性大断裂(茂汶断层、映秀断层、二王庙断层)和两个最大复背斜(彭灌复背斜、宝兴复背斜)，以及一系列走向北东的次一级压扭性断裂、倒转和正常褶曲组成，前人称之为“九顶山华夏构造系”。在此构造系中，尚伴有一系列呈北东向展布的飞来峰构造，矿区内属塘坝子飞来峰构造，矿区内有少许溶洞，裂隙发育，岩石坚固性系数f=6～8。爆破作业区域周围500 m内无建筑设施，只有荒地，爆破环境较好。

2 爆破作业方式及参数选择

2.1 爆破参数选取

台段高度小于5 m的采用浅眼爆破，台段高度在6～15 m的采用中深孔爆破。本文仅对中深孔爆破进行阐述。

2.1.1 中深孔爆破参数

矿山采用多排孔非电导爆管雷管逐孔爆破［7-8］，主要使用2#岩石膨化硝铵炸药。

(1)生产中采用的爆破参数为:

炮孔直径115 mm;

炮孔深度16.5 ～18 m(台阶高度15 m);

炮孔倾角75°;

炮孔底盘抵抗线3.5～4 m;

炮孔间距4～6 m;

炮孔排距3～4 m(炮孔呈菱形布置);每次爆破2～3排;

每次爆破30～40孔;

炮孔填塞长度≥3 m(填塞材料为凿岩石粉);

延米爆破矿量≥19 m3;

单位炸药消耗量约 0.32 ～0.45 kg/m3。

(2)边坡爆破。临近最终边坡位置采用预裂爆破等控制爆破技术，确保采场最终边坡的稳定。台阶高度小于5 m的采用浅孔预裂爆破，用手持风钻钻孔，孔间距500 mm，不耦合装药系数为1.7。台阶高度超过5 m的采用中深孔预裂爆破，用潜孔钻机穿孔，孔间距为1.5～2.5 m，不耦合装药系数为2。

(3)延期时间及起爆网络设计。本矿山为较软石灰岩，毫秒延迟时间选择见表1。

表1 毫秒延迟时间选择

为了充分得到满意的爆破块度和达到良好的降振效果及确保准确的起爆顺序，孔内采用大于150 ms的非电毫秒延期雷管;为了到达孔内起爆炸药的可靠性，孔内设置两个起爆药包，离孔底2 m处置放一个起爆药包逆向传爆，离孔口7 m处置放一个起爆药包逆向传爆;地表孔间采用25 ms的非电毫秒延期雷管;排间采用110 ms的非电毫秒延期雷管。连接成爆破网络用电雷管一次性起爆。网络连接示意见图1、延期时间表见表2。

图1 起爆网络连接

表2 延期时间表 单位/ms

2.2.2 中深孔爆破施工工艺

中深孔爆破施工工艺流程见图2。

(1)施工准备。组织机械设备及人员进场，进行三级安全教育、技能培训、安全技术交底，办理火工产品购买协议，与当地民爆公司、公安部门联系，取得爆破许可，完善相关手续;搭建生产生活设施，解决施工用水用电及道路建设“三通一平”工作。

(2)放线。用全站仪或经纬仪测定点、线，水准仪进行地形复测，定出标桩。在施工中经常检查底边线及高程，保证各平台的高程满足设计要求。

(3)修筑钻机运行道路及钻孔平台。采用YT24凿岩机，“一”字型钎头钻凿炮孔，为潜孔钻修筑道路及钻孔平台。

(4)爆破设计。按现场实际情况进行爆破参数调整，调整后的爆破设计或方案报公司总工程师审核批准后才能进行爆破施工。

图2 中深孔爆破施工工艺流程

(5)穿孔。按中深孔爆破参数进行作业，在穿孔过程中如遇溶洞或无法钻进至设计位置的炮孔，做好施工记录。

(6)装药。为提高装药密度和装药集中度，一般采用散装炸药。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，应使用防水炸药，或用经防水处理的筒装药卷，每筒药卷的重量应小于3 kg。药卷直径应比炮孔直径小10～20 mm。药卷上端设竹制吊钩，用结实绳子将药卷逐个吊放入炮孔内，绳子一端栓一活动小吊钩(非铁质)，以便药卷放入炮孔能迅速脱钩。边坡孔采用不耦合装药，可将小药卷绑在竹片上，以增加装药长度。装药过程中随时用皮尺测量装药高度，遇有溶洞或裂隙时采用空气间隔器间隔以预防局部形成集中药包增大装药量。爆破时飞石过远，一般采用连续柱状装药或间隔装药结构。为避免超过传爆长度而引起药柱爆炸不完全，在炮孔深度大时，应在装药段的上部和下部1/3处各装一个起爆药卷。起爆药卷的重量1～3 kg。每个起爆药卷插入1个起爆雷管。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70 cm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。

(7)堵塞。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小于最小抵抗线的0.8倍;边坡孔在孔口1～1.5 m内用粘土堵塞。紧靠炸药一段和孔口段(大于1 m)应用炮泥堵塞，但不得混入石块。必须用炮泥堵塞。

(8)起爆网络。采用非电起爆:用高能脉冲起爆器。

3 安全技术措施

3.1 安全管理工作

为了确保施工安全，在施工中贯彻“安全生产，预防为主，综合治理”的方针。爆破严格执行GB6722—2003《爆破安全规程》。

(1)火工品的运输、贮存和加工使用必须按相应的规程要求精心操作。

(2)警戒与信号必须严格执行安全规程，视觉信号(红旗)，听觉信号(警报及哨音)和标志牌等要齐全，明确。各警戒点应设在危险区的边界以外。

(3)爆破信号分预告信号，起爆信号和解除信号，信号的下达由总指挥一人负责。预告信号应在起爆前30 min发出，所有与警戒无关的人员，设备立即撤离危险区以外的安全地点，同时派出警戒人员到指定的警戒点，当确认人员与设备均已撤离危险区外才能发出安全信号，具备起爆条件时方可发出起爆信号，由指定的专职人员负责起爆，实施爆破后警戒人员仍要坚守岗位，履行职责，当爆破后10 min，由指定的安全技术人员可进入爆区进行安全检查，其他人员不得进入危险区，经检查确认安全后，才允许发出解除信号，警戒人员方可撤回。

3.2 盲爆处理

发现盲爆后，由爆破工程技术人员根据现场情况制定相应的技术措施或方案，由爆破经验丰富的爆破员进行处理，排除前必须在爆区设立警戒标志，并且派安全员值守，防止无关人员进入，当班不能排除移交另一班爆破员排除时，必须交接清楚。具体排除方法如下:

(1)爆破网路未受破坏，最小抵抗线无变化者，可重新联线起爆，最小抵抗线有变化，应验算安全距离，并扩大警戒范围后，再联线起爆;

(2)在距盲炮孔口不小于10倍炮孔直径处另打平行孔装药起爆;

(3)所有炸药若为非抗水硝铵类炸药，且孔壁完好者，可取出部分堵塞物，向孔内灌水使之失效然后作进一步处理。

3.3 爆破安全技术控制

为有效控制爆破地震波，冲击波及爆破飞石等爆破危害，设计与施工严格控制最大一段起爆药量，控制雷管的分段顺序及时间差，避免爆破危害发生。

3.3.1 爆破地震波安全距离计算

爆破地震波安全距离。

式中:Q—最大一段爆破药量，kg;

K—系数，取K=200;

a—衰减指数a=1.65;

V—爆破震速，取V=2 cm/s。

根据公式(1)计算，确认爆破最大一段药量Q≤400 kg对周围建筑无影响。

3.3.2 爆破空气冲击波安全距离计算

爆破空气冲击波安全距离按式(2)计算:

式中:K—系数，取 K=1.5;

Q— 最大一段爆破药量，kg。

根据式(2)计算，确认最大一段药量Q≤400 kg对周围环境(人员、动物、建筑物)无影响。

3.3.3 个别飞石的安全距离计算

个别飞石的安全距离按式(3)计算:

式中 :n—爆破作用指数，取n=0.75;

W—为最小抵抗线;

k—为系数，取k=1。

爆破个别飞石安全距离计算见表3。

表5 爆破个别飞石安全距离计算

《爆破安全规程》(GB6722－2013)规定:中深孔爆破个别飞石的最小安全距离不小于300 m。根据以上计算，个别飞石的最小安全距离在《爆破安全规程》(GB6722－2013)规定允许范围内。

通过对周围地形、周围环境了解，如爆破作业环境较差，实施爆破时严格控制最大一段装药量，加强安全警戒范围、警戒力度，可以避免爆破危害和爆破事故。

4 结论及分析

通过实验，采用此类爆破方法进行爆破施工，炸药单耗能降低到0.28 kg/m3，大块率控制在2%以内，爆破震动控制在爆破安全规程允许范围内，改用此类爆破方法后，爆破震动扰民得到了缓解(以前采用排间微差爆破，每排8～10孔，段药量600 kg，每次爆破后，附近村民到矿山阻扰施工)，为该矿山后期采矿取得了好的经验，获得了较好的社会效益。此种爆破方法还可以改进孔网参数，减小单段药量，爆破震动速度可以得到更好的控制。

［1］邓 飞，何锦龙，赖卫东.《矿山工程爆破》［M］.北京:化学工业出版社，2013.

［2］汪旭光.爆破手册［M］.北京:冶金工业出版社，2010.

［3］陈亚军.矿山爆破与安全技术［M］.北京:气象出版社，2011.

［4］耿贵刚，池恩安，刘凤钱.中深孔爆破大块产生的原因分析及降低大块率的技术措施［J］.矿业研究与开发，2011，31(4):104-106，117.

［5］牛爱红.降低矿石爆破块度方法的研究［J］.金属矿山，2008，38(9):40-42.

［6］程 平，郭 勇.多排孔大区微差爆破起爆网络设计中的点燃阵面［J］.有色矿冶，2008，24(2):18-19.

［7］李永平，王 垄，苟桂森，等.“V”型逐孔起爆技术在昆阳磷矿的应用［J］.露天采矿技术，2009(4):11-13.

［8］陈 寿，周桂松，周 云.逐孔起爆技术在太和铁矿的应用［J］.工程爆破，2011，17(1):13-15.