逐孔起爆微差爆破技术的研究和实践
第12卷 第2期工程爆破Vol112,No12
ENGINEERINGBLASTING June
20062006年6月
文章编号:1006-7051(2006)02-0028-04
逐孔起爆微差爆破技术的研究和实践
付天光1,张家权2,葛勇1,费鸿禄1
(11辽宁工程技术大学工程爆破研究所,辽宁阜新123000;21,036006)
摘 要:多排孔微差爆破在露天矿山中已经得到广泛应用,研究的深入以及新型爆破器材的研发“,,极大地推动了露天矿爆破技术的发展。,指出该技术符合最小抵抗线原理、,分析了应用该技术时合理微差时间选择;;高强度导爆管雷管;爆破安全:TD23514;TD235133 文献标识码:A
STUDYANDPRACTICEOFTECHNOLOGYOFMILLISECOND
BLASTINGIGNITEDINBOREHOLESEQUENCE
FUTian2guang,ZHANGJia2quan,GEYong,FEIHong2lu
1
2
1
1
(11TheEngineeringBlastingInstituteofLiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000Liaoning,China;
21TheAntaibaoOpencutofShanxiPingshuo,Pingshuo036006Shanxi,China)
ABSTRACT:Multi2rowmillisecondblastinghasbeenwidelyappliedinopenpitminesandiscomingtomaturitywiththefurtherstudyintomillisecondblastingtechnologyanddevelopmentsofnewexplosivematerialsgoingon,thetechnologyofmillisecondblastingignitedinboreholesequencehasbeenputforwardandappliedwidely,greatlypromotingthedevelopmentofblastingtechnologyintheopenpitmines1Thepresentpaperdiscussedthebasicprinciplesandcharacteristicsof“millisecondblastingignitedinboreholesequence”,andpointedoutthatthetechnologyaccordedwithbothburdenprincipleandplacecompensationprinciple,andmettherequirementsofimprovingtheblastingenergy′sutilizationrate1Thepaperalsoanalyzedthequestions,suchasthechoiceoftherationalmillisecondandimprovementof
thesecurityofblastingnet1Finally,theadvantagesofsuchtechnologywerepresentedwiththehelpofthestatisticscollectedfromfieldexperiments1
KEYWORDS:Millisecondblasting;Ignitioninboreholesequence;High2strongnon2electricdetonator;Blasting
safety
1 引 言
目前国内矿山中较成熟的微差爆破技术是使用普通毫秒导爆管雷管加起爆弹作为起爆手段,实现了孔内延期、孔底反向起爆,爆破震动、爆破块度和爆破飞石得到一定程度的控制。但随着露天矿机械
收稿日期:2006-02-10
作者简介:付天光,研究所副所长,副教授、在读博士研究生。
化作业程度的提高,采用普通的毫秒导爆管雷管时
由于其强度较低,在利用装药车进行装药过程中容易因外界因素(如装药车碾压、连接过程中的误差、延时过长引起先爆孔对后爆孔网路破坏等)的影响,使整个网路的安全性降低;同时由于目前我国生产的普通毫秒导爆管雷管名义延期时间多以5ms或25ms的倍数递增,孔间存在微差时间重合的情况〔1〕,很难满足实际工程中的需要,爆破效果相对难以控制,当同段起爆的炮孔数量比较多时,导致段
付天光等:逐孔起爆微差爆破技术的研究和实践・29・
药量增大,达不到有效控制爆破地震效应的目的。
近几年来,国内应用“逐孔起爆微差爆破技术”以及随之出现的新型爆破器材“高强度、高精度导爆管雷管”很好解决了上述问题,在露天矿爆破生产实际中得到了检验,极大推动了微差爆破技术的发展。
引爆炸药时,地表网路已经传爆到距离该炮孔5倍孔距左右的距离。而整个地表网路传爆结束也只需要720ms的时间,也就是说,地表延期雷管起爆时间总是超前距离该雷管位置
5倍孔距左右的距离。第1个炮孔产生的飞石对爆破网路产生破坏所需要的时间t=t升+t落,即飞石飞起时间和落地时间之和,时间。因此,,对地表传爆网,地表传爆雷管。采用普通导爆管,当雷管爆炸后,雷管本身产生的金属飞片运动速度达到2000m/s
以上,而导爆管内爆轰波传爆速度为1600～2000m/s,这样可能造成金属飞片将后续的传爆导爆管切断,造成网路破坏。逐孔起爆的地表雷管针对雷管的起爆能力、外壳材质和底部形状等进行了特殊设计。在实际生产中,地表雷管选用的是4#雷管,雷管起爆药在确保足够起爆能的前提下采用低能起爆药,外壳材质弃用铁质法兰外壳,选用相对偏安全的铝质外壳;对地表雷管底部进行平底设计,弃用涡心设计,降低聚能效应,减小雷管底部产生金属射流和金属飞片的影响范围;设计了地表雷管联结块,不但方便了连接操作,同时也降低了金属飞片飞散能量和速度。通过上述措施,可以有效地降低地表延期雷管爆炸时产生金属飞片。
综上所述以及现场应用表明,虽然采用逐孔起爆技术时地表网路的结点增加,但是爆破网路的整体安全性和可靠性却较现场传统采用的“一把抓”等连接方式大大提高。
2 逐孔起爆微差爆破技术分析〔2～5〕
逐孔起爆微差爆破技术在国外矿山中已经有多年成功的使用经验,其技术核心是单孔延时起爆,是
依靠高强度、高精度导爆管雷管,实现爆区内任何一个炮孔爆破时,爆顺序单独起爆,足的自由面。
,笔者认为该技:
(1)符合最小抵抗线原理。利用逐孔起爆技术,每个炮孔在起爆前,其前方和侧方的炮孔已经爆炸,并为该孔准备出了至少3个以上的自由面,自由面的增加为改善爆破块度和质量奠定了基础。
(2)符合台阶爆破空间补偿原理。在进行网路设计时,以最大限度合理利用已有自由面为基础选择起爆点,这样先爆炮孔将爆区岩石能迅速向前推出,为后爆岩石准备了足够的空间进行移动并在移动中相互碰撞,从而改善了爆破块度的均匀性以及爆堆的松散度。
(3)按照爆炸能量平衡理论和平衡条件,逐孔起爆微差爆破技术大大提高了炸药爆炸能量利用率。
(4)符合减震设计要求。根据爆破震动的计算公式v=K(Q1/3/R)α,在其它参数不变的情况下,质点垂直振动速度直接受最大单响药量Q的影响,利用逐孔起爆微差爆破技术时,Q实际上等于单孔装药量,因此较传统意义上的微差爆破减震效果是极为明显的。
3 起爆网路安全性增强〔6,7〕
在露天矿爆破中,一般认为爆破网路的非人为因素破坏主要是两方面的原因:①爆破飞石将地表网路砸断或切断;②起爆雷管爆炸后产生的金属飞片将穿爆雷管切断。采用逐孔起爆技术在确保雷管精度的前提下,能够大大提高起爆网路的安全性就在于相对较好地解决了这两个问题。
图1是一个标准的方形逐孔起爆爆破地表网路连接示意图。由于孔内延期雷管普遍采用400ms延期时间间隔,因此当第1个起爆点处炮孔内雷管
图1 方形布孔逐孔起爆地表网路连接示意图
Fig11 Connectionnetmapoflayingtheboreholein
asquareontheearthsurface
2,6,8〕4 现场试验情况〔
逐孔起爆微差爆破技术在国内多个大型露天矿已经得到推广使用。现场应用情况表明,该技术的使用具有爆破整体效果好、爆破震动效应小、爆破安
・30・工 程 爆 破
全性好以及提高采装效率等综合效益显著的特点。
下面列举了在几个典型矿山中的试验数据,就爆破质量、爆破震动、电铲铲装效率等方面的改善情况进行说明。411 山西某大型露天煤矿的应用
山西某大型露天煤矿,设计台阶高度为15～18m,采用英格索兰DM25SP潜孔钻机,钻孔直径为
250mm,孔网参数设计以8m×8m和9m×9m进行
方形布孔,主要使用的炸药类型为铵油和乳化炸药,使用装药车进行现场装药工作。进行试验的爆破区域内岩石以砂质页岩为主,大部分区域的岩层较平缓,岩体节理裂隙发育,整体性较差。在现场进行试验过程中,对原有孔网参数和装药结构没有进行改变。
表1 三次典型试验统计数据
Table1 Statisticsofthree试验时间
2003-10-232003-11-262003-11-29
孔数
158224329排数
6～76～98～地表延期/发
332//[1**********]0单耗/(kg・m-3)
[**************]
011
该矿采用25m3,115m3以上时为大块。该矿的计划大块率为每万立方米2块,同期使用导爆索爆破时的大块率为每万立方米015块。对试验取得数据的统计结果分析(见表1),使用逐孔起爆微差爆破技术后的大块率平均值接近每万立方米013块,分别为前两者的15%和60%。412 神东某露天煤矿的应用
神东公司某露天煤矿,设计台阶高度为15m,钻
孔直径为170mm,矿内岩石以硬质泥岩和砂岩为主。孔距510～515m、排距415～510m,炸药单耗0120～0125kg/m3。由于矿山采用WK-4电铲,运输设备为解放自卸卡车,因此对块度的指标要求较高。对现场采装原始数据进行统计分析,对比爆区采用普通微差技术与采用逐孔起爆技术的电铲采装效率(平均)统计如表2所示。
表2 采装效率对比
Table2 Contrastoftheefficiencyofexcavationandloading
20057101-71287129-81187101-71287129-81187101-71287128-8118
401电镐401电镐402电镐402电镐403电镐403电镐5m×5m5m×5m5m×5m5m×5m5m×415m5m×415m泥岩泥岩泥岩泥岩中硬砂岩中硬砂岩普通微差逐孔微差普通微差逐孔微差普遍微差逐孔微差
[***********]488978339
/h
[***********](-1)
[***********][1**********]0
当采用逐孔起爆技术后,矿岩均匀度和松散度有明显改善,基本无大块和爆破根底出现,从而提高了电铲采装效率。统计数据表明,电铲采装效率提高达2813%,考虑其它因素的影响,平均实际可提高10%以上。
同时该矿采区距离周围村庄民房最近处仅80m,爆破震动一直是矿山关注的问题。采用普通微差爆破技术时,为降低震动、减少纠纷,矿上硬性
规定每次起爆的炮孔数目不能超过6个,严重地影
响了矿山的正常生产
。在采用逐孔起爆微差技术后,爆破震动大为降低,单次爆破量提高显著。413 内蒙某大型露天煤矿的应用内蒙某露天煤矿,设计台阶高度为12m,钻孔直径为150mm,孔网参数主要设计为6m×7m三角形布孔,目前主要采用的起爆器材是普通导爆管雷管(冬季使用导爆索)和铵油炸药以及3#露天炸药。
表3 不同爆区采装效率统计
Table3 Statisticsoftheefficiencyofexcavationandloadingindifferentblastingareas
2004年8126-81319126-91289111-91199124-91269123-91259126-9128
爆区位置
1404电镐1404电镐1407电镐1407电镐1402电镐1402电镐孔网参数6m×7m6m×7m6m×7m6m×7m6m×7m6m×7m岩石性质
中硬砂岩中硬砂岩泥岩泥岩泥岩泥岩爆破技术普通微差逐孔起爆普通微差逐孔起爆普通微差逐孔起爆
3
[***********][1**********]1作业时间/h[***********][1**********]17采装效率/(m3・h-1)
[***********][1**********]4
付天光等:逐孔起爆微差爆破技术的研究和实践・31・
爆破试验区主要为泥岩,部分为泥砂岩。采用减弱松动爆破方法,泥岩爆破的炸药单耗控制在0110～0112kg/m3,砂岩爆破的炸药单耗控制在0120kg/m3左右。根据采装情况,重点对采装效率进行
动信号数值特征,总结规律,选取更为合理的孔间、排间微差延时时间,并提高延期雷管的精度,最终达到爆破时间段内爆破震动能在一定程度上互相消减的最佳效果。参考文献:
〔1〕杨享衢1[J]1工
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北京:冶金工业出版社,19801〔6〕费鸿禄,郭宝义,付天光,等1爆破网络可靠性的研究课
题报告[R]1煤炭优秀青年资助项目,20041〔7〕赵杰,张威颖,付天光,等1高强度和高精度导爆管雷管
的研制[J]1爆破器材,2005(2):19-231〔8〕付天光,张威颖,赵杰,等1高强度和高精度导爆管雷管
的应用[J]1爆破器材,2005(4):23-261
了对比,如表3所示。
统计数据表明,采用逐孔起爆微差技术后,电铲采装效率平均提高达1217%,考虑配车调度等其它因素的影响,电铲采装效率实际上可平均提高6%以上。
5 结 语
实践证明,显的优越性,,。:
(1)逐孔起爆技术可提高炸药的利用率,因此如何在此基础上,对矿山原有爆破参数进一步优化,提高单孔爆破量,达到提高炮孔利用率、获取更好经济效益的目的。
(2)如何根据不同的岩石性质,综合考虑孔网参数、岩体破碎和移动等因素的影响,深入分析爆破震
(上接第8页)
体的过早泄漏,使爆炸载荷对薄板的作用时间也比土约束长,其炸药能量利用率高。鼓包的最大运动速度大于1310m/s。
在起爆瞬间,由图4可观测到冰层表面产生的雾状体及冰层表面的标志块脱离冰层的现象,而冰层产生明显破坏却滞后于此,说明了应力波的反射作用早于爆炸气体的膨胀破坏,由应力波的反射破坏作用远小于爆炸气体的膨胀破坏作用。
冰层的厚度为0126～0165m时,以水为约束介质的最佳冰层爆破作用系数K=a/Rw=118～212。
(3)冰层在爆炸能量冲击加载作用下,表现出明显的脆性,其脆性特征随着冻结温度的降低而表现的更为明显,因此较坚硬的或脆性较大的冰层在爆炸能量作用下具有较大的裂隙破坏范围。根据冰层中爆破漏斗的最佳炸药单耗值判断,冰的可爆性与一般的软岩相当,而且冰层下药包接近爆炸的最佳炸药单耗是冰层内药包爆破的1/2,这也证明了水约束药包的接近爆炸有效地提高了爆炸气体膨胀破坏能量的利用率。参考文献:
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4 结 论
(1)冰层下药包接近爆炸的鼓包运动观测表明,
冰层的破坏不仅有约束介质的沿裂隙的射流形成的“水楔”作用,而且还有约束介质的二次载入作用形成的水涌破坏,尤其在较薄的冰层破坏中更为明显,形成多次加载使炸药能量利用率提高。同时也观测到应力波的反射作用早于爆炸气体的膨胀破坏,
由应力波的反射破坏作用也远小于爆炸气体的膨胀破坏作用。
(2)根据冰层的接近爆炸现场试验结果得出:当