導爆索-導爆管起爆網路在多點爆區聯合起爆中的應用*

劉 博,胡靜云，史秀志

(1.長沙礦山研究院，長沙 410012；2.中南大學 資源與安全工程學院，長沙 410083)

目前我國金屬非金屬礦山等民用爆破領域應用較多的起爆器材為導爆管雷管[1]，其中地下礦山生產爆破中，爆破網路多采用雷管過橋和導爆管分級簇聯網路，這種網路適用于單個爆區的集中爆破，網路上連接雷管數量相對有限。對于礦山多區域同時爆破或一次性處理多個區域的殘礦回收爆破時，受限于導爆管簇聯不宜太多，面臨爆破網路組網復雜且困難的難題。導爆索-導爆管起爆復合起爆網路使用導爆索傳爆[2,3]，導爆索綁扎引爆導爆管，再通過導爆管將爆轟波傳輸至孔內起爆雷管。因導爆索相對導爆管雷管而言具有起爆能大，傳爆速度塊、傳爆距離長等優點[4]，而且導爆索韌性強，抗拉伸、抗彎曲、抗外力侵入能力強，可以沿井巷或井筒長距離敷設，一定范圍內的角度彎曲不影響傳爆可靠性。在多區域跨中段起爆中具有不可替代的優點[5]。應用導爆索-導爆管復合起爆網路在我國某地下礦山實現了雙分段長距離多爆區大藥量同時起爆，爆破網路簡單，清晰直觀，起爆可靠性較高。

1 工程背景

某鉛鋅礦采用分段空場階段出礦法采礦，保留間柱支撐空區頂板，形成了標高850～980 m不等的高大連續礦柱，總資源量超過75萬t，且Pb+Zn品位超過10%，屬于殘留富礦體。因此礦山對礦房空區進行集中充填，形成了大體積充填體，之后礦山著手開始回采礦柱。礦山首先計劃回采19線礦柱，賦存標高850～930 m，其東側為3-4礦房充填體，體積約27.5萬m3，充填標高850～960 m，并充填接頂。礦柱西側為3-5礦房空區，體積約8.1萬m3，標高850～930 m。待采礦柱位置示意如圖1所示。

圖 1 19線礦柱位置示意圖Fig. 1 Pillar position in line 19

19線礦柱沿走向寬15m，垂直走向沿上下盤長50 m，高度從850～930 m，傾角75°，屬于急傾斜中厚礦體。礦柱內在各中段或分段有2.7 m×2.7 m的穿脈巷，沿礦體下盤有脈外運輸巷。

2 礦柱回采方案

2.1 回采爆破方案

根據礦山生產計劃，首先回采890 m以上礦體，890 m以下礦體暫保留作為主運輸巷的護頂。890～930 m中段設有917 m分段，由于917 m分段～930 m中段的穿脈巷內設置了充填擋墻，脈內外通道堵塞。從890 m中段施工人行天井至930 m中段，進而拓展未封堵的穿脈巷，采用雙分段一次性起爆的方式爆破。

首先在890 m中段和917 m分段擴刷并支護穿脈巷，然后施工鑿巖巷，890 m中段施工2條鑿巖巷，917 m分段施工一條鑿巖巷，規格尺寸為2.7 m×2.7 m，鑿巖巷角度大致與礦體走向平行，且基本垂直于穿脈巷。在鑿巖巷內用YGZ-90鉆機打上向扇形中深孔[6,7]，逐排后退式施工，排面相互平行?？變妊b乳化炸藥，采用導爆管雷管孔底反向起爆，外部爆破網路為導爆索-導爆管復合起爆網路。通過敷設長距離傳爆導爆索將上下3個鑿巖起爆區內的起爆網路串聯，形成雙分段一次起爆，以3-5空區為自由面，逐排側向崩礦。爆破方案示意如圖2所示。

圖 2 爆破方案示意圖Fig. 2 Schematic diagram of blasting scheme

2.2 爆破參數設計及裝藥

礦山礦巖堅固系數f值為8～12，采用YGZ-90鉆機施工上向扇形炮孔，孔徑d=60 mm。根據礦山利文斯頓爆破漏斗試驗并由巴隆公式計算[8]，排距a為1.4 m，最小抵抗線為w為1.2m，最大孔底距為2.0 m，孔口距為0.2～0.5 m。堵塞長度不小于抵抗線的0.8倍，即最小堵塞長度為1 m。

由BQF-100裝藥器填裝粉狀乳化炸藥，炸藥密度850～1050 kg/m3，由于炮孔內裝藥后存有空隙，裝藥密度低于炸藥密度，考慮本次爆破在890 m礦柱平臺以上爆破，本次爆破可視為露天臺階加強松動爆破，取炸藥單耗q=1～1.2 kg/m3，設計裝藥密度為800 kg/m3，計算炮孔延米裝藥量為2.2 kg。所有炮孔孔口1～1.5 m不裝藥，相鄰排孔垂直距離<1.4 m時，一側炮孔不裝藥，整體采用W型裝藥結構，炮孔未裝藥部分用炮泥填塞。

2.3 導爆索-導爆管復合起爆網路

導爆索-導爆管復合起爆網路主要由高能起爆器、爆破導線、起爆雷管、傳爆導爆索和導爆管-雷管等組成。起爆器擊發后引爆雷管，繼而引爆傳爆導爆索，導爆索引爆連接每個扇面的集束導爆管，而后將爆轟波傳至每個炮孔內的雷管，通過孔內不同段位雷管的延期時間控制起爆順序。

與導爆管分級簇聯相比，復合起爆網路大大減少了過橋雷管的使用，增大了連接處的起爆能；單根導爆索在一定敷設距離內可設置足夠多起爆點，從而起爆足夠多束導爆管。由于導爆索傳爆速度遠大于導爆管的傳爆速度，因此在導爆索被引爆后，幾乎同時將連接的集束導爆管引爆，降低了不同區域導爆管引爆的時間差，從而使起爆網路更加可靠。同時導爆索-導爆管起爆網路連接完成后，網路清晰直觀，便于檢查連接質量。

根據陳際經等人的研究[9-11]，導爆索與導爆管連接采用正向引爆方式，且導爆管與導爆索連接夾角在70°～80°之間為宜。經過試驗，在連接處三面綁扎大于15 cm的膠帶，可有效防止導爆管拒爆和爆轟波提前沖擊傳爆方向前端導爆管，加強了網路的可靠性。導爆索-導爆管起爆網路連接要點示意圖如圖3所示。

圖 3 導爆索-導爆管起爆網絡連接要點Fig. 3 The connection points of detonating cord and detonating nonel tube detonating network

傳爆導爆索從917 m分段鑿巖巷開始敷設，沿人行天井下順到890 m中段，與890 m中段的傳爆導爆索匯總并聯。傳爆導爆索敷設到穿脈巷與沿脈巷岔口，采用雷管起爆，爆破導線沿1#豎井敷設至井口安全起爆點。僅需要120 m長導爆索，即可連接3個鑿巖爆破區27排共計639個炮孔的1278根導爆管，并完成爆破組網。起爆網路連接如圖4所示。

圖 4 導爆索-導爆管起爆網絡Fig. 4 The detonating cord and detonating nonel tube detonating network

2.4 爆破安全指標

爆區上方地表有礦山辦公建筑和工業沉淀池等設施，其中礦山辦公建筑距離爆區420 m，爆區投影正上方為工業沉淀池，距離200 m。爆區井下附近有沿脈巷、穿脈巷及充填擋墻設施，其中2#豎井距離爆區275 m。根據《爆破安全規程》(GB6722—2014)，爆破地震效應的安全距離由下式給出[12]

(1)

式中：R安為爆破振動安全距離，m；K為與爆破場地有關的系數；V允為質點安全震動速度，cm/s；α為與場地條件有關的系數；Q為微差爆破最大段炸藥量，kg。

根據礦山經驗，K取150，α取1.5，Q按最大段藥量1910 kg計算。計算得地表辦公建筑的安全距離為220 m，工業建筑安全距離為152 m，礦山井巷安全距離為51 m，2#豎井的安全距離為88 m，結果見表1。

表 1 爆破安全距離校核

為確保安全，在爆區中心在地表投影為圓心，規劃半徑100 m的安全區域，作為地表警戒區域；井下以爆心為圓心，以礦山井巷安全距離為半徑并乘以1.2的安全系數，即爆心周圍60 m半徑作為警戒區，警戒區內巷道設施做必要的支護措施，重要設施加固防護，人員、車輛和材料等轉移到警戒區外。爆破安全距離及警戒范圍如圖5所示。

圖 5 爆破最小安全距離及警戒區Fig. 5 Minimum distance of blasting safe and blast warning area

3 爆破效果討論

爆破總計3個爆區27排計639個炮孔，爆破量61 000 t，消耗炸藥20.3 t，雷管1280發，單耗1.2 kg/m3。

爆破后經過2個多月出礦完畢，經過勘察，爆區東側3-4礦房充填體揭露面依然自立，未出現垮落，爆區上方930 m中段的巷道底板未垮落。爆區上方辦公建筑、工業沉淀池等設施未發現破壞痕跡，中段穿脈巷內沒有明顯爆炸沖擊痕跡，爆破效果良好。根據南非C.Cunningham總結的預測巖石破碎塊度的工程KUZ—RAM模型，以Kuznetsov公式為基礎，認為爆破后爆破巖塊塊度服從R-R分布[13]

(2)

根據上述工程實踐，導爆索-導爆管復合起爆網絡取得了良好的工程應用，其爆破網絡簡單易檢，起爆可靠，傳爆速度快，起爆距離長，降低了網絡連接和檢查時間，減少了過橋雷管的使用量，一定程度降低了爆破成本。

4 結論

(1)導爆索-導爆管復合起爆網路具有起爆能力大，傳爆速度快，傳爆距離長，起爆網路可靠等特點，在礦山跨區域多爆區爆破時具有很好的適用性。

(2)用導爆索-導爆管復合起爆網路在某礦山雙分段一次起爆時，實現了大藥量、遠距離、跨區域多爆區爆破，且爆破界線平整、爆破塊度合理，爆破效果良好。

(3)導爆索-導爆管復合起爆網路在地下礦山爆破作業中避免了導爆管多級簇聯網路結構復雜，現場凌亂、不易檢查的缺點，減少了過橋雷管使用量，降低了爆破成本。