中深孔多排微差爆破技術在切割拉槽中的應用

陳映儒

（福建興萬祥建設集團有限公司）

在采用沿礦體走向布置單沿脈回采進路的分段空場法中，采場寬度為礦體厚度29 m，長度50 m，分段高度15 m。切割巷布置在采場端部，采用上向扇形中深孔爆破的落礦形式，在脈內巷與切割巷交叉位置施工切割天井，并以切割井為自由面及補償空間進行擴槽，最后再進行上向扇形中深孔正排側崩爆破。沿脈回采進路在切割巷中間附近貫通，在擴槽爆破至沿脈回采進路交叉口附近后，切割巷中剩余未爆破中深孔炮孔處于獨頭巷道中，必須用中深孔多排微差爆破技術處理剩余炮孔。在多排微差爆破中，前排爆破形成的空間為后排爆破提供足夠補償空間［1-6］。本次以自由面假說和補償空間假說為理論基礎，通過理論計算公式或經驗公式來確定排間合理的間隔時間，并以烏吐布拉克鐵礦717 分層3-2中深孔分層采場為工業試驗地點，驗證微差時間的合理性。

1 工程概況

烏吐布拉克鐵礦717 分層3-2 中深孔分層采場的礦體賦存于石炭紀中統經畬組，較完整，頂板為中二疊棲霞組灰巖，底板為石炭紀下統林地組砂巖。礦體為條狀、似層狀產出，以磁鐵礦為主，夾有矽卡巖，礦石結構緊密，為塊狀構造；北西—南東走向，傾角79°～84°，礦體平均厚度約30 m，礦石硬度f＝8～14，圍巖硬度f＝8～10，礦石密度3.6 t/m3。

試驗采場703～750 m 分段地質儲量為14.49 萬t，地質品位為TFe34.43%，MFe31.33%。采場內揭露2條南西走向斷層，傾角約78°，次生構造發育，總體巖石完整性好，局部巖石破碎。

礦體頂板灰巖較完整，周邊巷道揭露的斷層見水以及部分含溶洞填充物。底板林地組砂巖、輝綠巖、矽卡巖裂隙發育，局部滲水，為弱含水層。

2 中深孔多排微差爆破技術要求

為確保中深孔多排微差爆破技術應用效果，在實施過程中的技術要求［5］如下：

（1）保證鑿巖時的炮孔鑿巖質量，控制炮孔深度，防止炮孔偏斜?？咨钇睢?.5 m，炮孔偏斜±2°，孔底距偏斜0.5 m。提高鑿巖質量的措施為①鑿巖開始前，對巷道底板清理至硬底，防止在鑿巖過程中，因虛渣而發生設備偏斜；②開口前，對巷道頂部浮石進行清理，如巖面不平或浮石較多時，應噴射混凝土支護，使巖面平整，防止因浮石或巖面不平導致開孔時發生偏斜；③鑿巖過程中，遇不同巖層交界處或者軟巖時，應采取低速慢進的措施，降低孔偏斜率；④在鑿巖結束后裝藥爆破工序前，對所有炮孔實測，如遇孔底距偏大、孔堵塞無法通孔、施工長度不夠等炮孔質量問題，應對不合格孔進行補孔，補孔后仍然需要再次檢查。

（2）當在局部巖石破碎地段，應采用破碎區域內的多排炮孔進行微差爆破的方式一次性爆破，在裝藥時可考慮圍巖穩定性情況，相應降低裝藥系數。若裝藥爆破的最大單響炸藥量偏高，可采用逐孔起爆的方式控制最大單響，中間先起爆，兩邊后起爆，提高足夠補償空間，降低爆破后立槽、懸頂及隔墻等現象出現的概率［6］。

（3）裝藥前對每個孔檢查，發現堵孔時應及時清孔，確保各個孔均滿足裝藥要求方可開始裝藥；根據設計要求，每個孔按孔深的75%～85%進行裝藥，剩余孔深為堵塞長度，炮孔采用炮泥堵塞，嚴禁采用裝炸藥的編織袋進行堵孔。采取導爆管雷管+乳化炸藥制作的起爆彈頭放置孔底起爆，乳化炸藥不得低于150 g，確保充足的起爆能量，完全引爆粉狀銨油炸藥。起爆雷管的聚穴應向孔內，裝藥時，不得沖撞、硬拉導爆管雷管的管線，防止導爆管發生質量問題而導致拒爆。

（4）裝藥爆破過程中，粉狀銨油炸藥穩定的爆轟與裝藥密度息息相關，當裝藥密度過低時，炸藥爆破能量不足，使巖體破碎，造成巖石塊度過大，甚至產生拒爆，從而使后響炮孔沒有足夠的自由面，導致整體爆破失敗。在裝藥過程中，首先應確?？諌簷C提供的風壓滿足裝藥器的工作風壓要求；其次，人工藥管裝藥過程中，應扶穩裝藥管，避免藥管下降速度過快而導致裝藥密度過低，影響爆破效果。

（5）由于排間采取孔外延期，延期雷管放置在孔外，為避免先起爆的炮孔產生的部分飛石砸斷未起爆的雷管，要求每排起爆雷管應采用電工膠帶包在孔口位置，嚴禁放在地面上。

3 切割拉槽鑿巖爆破參數確定

該礦山中深孔鑿巖設備采用YGZ90 型導軌回轉鑿巖機，孔徑為60 mm，架機高度1.2 m。

3.1 鑿巖參數的確定

3.1.1 最小抵抗線的確定

多排炮孔微差爆破中，一般從第3排屬于擠壓爆破，即前排優先起爆形成的空間為后排提供爆破補償空間，最小抵抗線的經驗公式應考慮采用擠壓爆破的情況［4］。

根據一個炮孔需要的炸藥量，經修正后的最小抵抗線W公式為

式中，d為孔徑，取0.06 m；Δ為裝藥密度，取880 kg/m3；τ為炮孔裝藥系數，一般為0.75～0.85，取0.81；m為深孔密集系數，一般為1～2，取1.2；q為炸藥單耗，取0.63 kg/t；K0為補償系數；K1為擠壓狀態下碎脹系數，取1.2；K為爆破礦石顆粒自然松散系數，取1.5。

最終計算得W=1.3 m?？紤]到切割擴槽，空間較小，爆破夾制作用較大，最終按0.8系數折算得1.04 m。

根據炮孔直徑及圍巖堅硬情況經驗公式為

計算得W=1.5～1.8 m?？紤]到多排爆破為擠壓爆破，且爆破夾制作用較大，按系數0.8 折算［1］，最終確定W=0.96～1.15 m。

根據以上計算，并參照類似礦山取值經驗，最終確定切割槽多排微差爆破的最小抵抗線為1 m。

3.1.2 孔底距的確定

扇形炮孔密集系數取值范圍為1～2，考慮到多排微差爆破及擴槽夾制作用，最終密集系數m=1.2 m，對應的孔底距計算公式為

最終計算得孔底距為1.2 m。

3.2 切割巷炮孔設計

根據以上鑿巖參數及礦體賦存條件，確定的切割巷炮孔邊孔角度為15°，排距1 m，每排炮孔孔底距平均約為1.2 m。每排切割炮孔可崩落礦石約為213.5 t。切割天井兩側分別布置13 排及16 排擴槽孔，本次試驗在切割拉槽中采用微差爆破技術，同時爆破13 排切割排炮孔［3］。該分層采切工程及切割炮孔平面布置如圖1 所示，布孔形式如圖2 所示。

3.3 爆破參數確定

爆破采用粉狀銨油炸藥，BQF-100 型裝藥器進行機械裝藥，裝藥密度為0.88 g/cm3，起爆網絡采用孔內非電導爆管毫秒雷管+導爆索復式爆破網路，引爆電源為FD150/200型發爆器，以切割槽為自由面進行爆破，從脈內巷端部后退式回采。粉狀銨油炸藥性能見表1。

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3.3.1 裝藥量確定

在鑿巖參數、使用炸藥、裝藥密度等一定時，影響單位耗藥量的主要因素只有炮孔裝藥系數，由于上向扇形中深孔有自身的特性，孔間距隨著孔底至孔口越來越小，根據炮孔裝藥系數的取值范圍（0.75～0.85），采用同排炮孔的裝藥系數交錯布置，邊孔的裝藥系數取0.75，中間孔可適當取大值，最終確定的每排切割炮孔的裝藥量見表2。

3.3.2 微差爆破間隔時間確定

微差爆破合理的間隔時間為前排炮孔爆破往前拋擲形成的空間，足夠為后排爆破創造良好自由面和補償空間。根據自由面假說和補償空間假說，微差時間t計算公式為

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式中，t1為爆破應力波傳播至自由面后再折回時間，s；t2為開始產生裂隙到裂隙擴展至自由面時間，s；t3為巖塊開始移動至為下一分層爆破提供足夠補償空間所用時間，s。

大量工程經驗研究表明，爆轟波及巖石破碎時間，對于巖石從炮孔內移出至為下一分層爆破提供足夠補償空間的時間可以忽略不計，在工程應用中，微差時間計算公式為

式中，H為排間距離，取1 m；M為待爆礦石質量，取213.5×103kg；Q為炸藥量，取122.24 kg；D為炸藥爆速，取2 592 m/s。

根據以上計算公式可得出，每排間延時時間應不小于45.6 ms。

研究與實踐表明，炸藥爆炸后，爆堆以15～30 m/s的初速度（通常取25 m/s）做拋擲運動，爆落礦堆的水平移動距離S=25t，根據補償空間理論，擠壓爆破破碎巖體碎脹系數按1.2 計算，擴槽炮孔排間距為1 m，則每排爆破巖體需補償空間1.2 倍排距，根據式（6）計算出每排間隔時間為48 ms。

3.3.3 非電導爆管毫秒雷管段位確定

該礦山采用非電導爆管毫秒雷管起爆，用?32 mm 乳化炸藥制作起爆彈頭，孔底起爆，該雷管各段別的延期時間見表3。

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注：粉狀銨油炸藥每袋25 kg，實際總裝藥量取計算值的25倍整。

根據以上鑿巖爆破參數，本次試驗采場的中深孔切割拉槽同時爆破13排，爆破時，每排前后延期時間大約48 ms，前排往前拋擲的距離可為后排提供足夠補償空間，根據其他礦山微差爆破經驗，排間延期時間取值范圍為50～120 ms，考慮到切割槽自由面較小，爆破時巖石從實體中脫離并往前拋擲的阻力更大，結合上述理論公式計算，最終確定采用同排間孔內延期起爆，微差間隔時間25 ms，雷管連接方式為簇聯法，排間孔外延期爆破，微差間隔為先起爆的6排采用5 段別延期（延期時間95～135 ms），后爆破炮排采用3段別延期（延期時間40～60 ms）、雷管之間采用串聯方式連接，各孔雷管段別及連接方式如圖3所示，每排的切割炮孔裝藥參數詳見表2，本次總體爆破參數表詳見表4。

4 爆破效果分析

通過烏吐布拉克鐵礦717 分層3-2 中深孔分層采場爆破試驗，切割巷的13 排中深孔裝藥爆破能一次性爆破傳導，第2～13 排中深孔爆破所形成的切割槽高度達到14.5 m 以上（設計15 m），爆破寬度3.1～3.4 m（設計3.5 m）；最后一排中深孔（第一排，保險排）切割槽高度在10 m左右，礦石塊度大部分呈細碎小塊狀，無0.5 m以上大塊形成，能夠滿足井下主溜破系統的二次破碎要求。該礦房利用天井采準開拓，分層可不設脈外巷，節省采區400 m 左右的斜坡道及2 條50 m 分層脈外巷開拓工程，有效節省采準開拓成本的同時，節省了備采時間約6個月。

5 結 論

（1）通過單個炮孔的需要裝藥量、炮孔直徑與圍巖堅硬情況，可確定多排同時爆破時的最小抵抗線，針對炮孔直徑80 mm、礦石硬度f＝8～14的情況下，可使用排距為1 m 的布孔參數，孔底距可采用扇形炮孔密集系數取值范圍，并考慮爆破夾制作用確定。

（2）微差爆破的合理間隔時間，應考慮爆堆移動至下排炮孔爆破提供足夠補償空間所用時間，爆轟波及巖石破碎時間可忽略不計；根據1 m 的排距計算的前后排允許最小間隔時間為48 ms。

（3）為充分利用爆轟波的疊加效果，提高爆破能量利用率，增加爆破過程中爆轟波的礦石破碎效果，降低礦石塊度，采用多排微差爆破技術，使爆破后產生的爆轟波經過前排爆破產生的爆堆時反射而轉變為拉伸應力波，增加破碎效果，解決了在采用單沿脈回采的中深孔落礦過程中，切割巷一側炮排過多時，須重新施工裝藥聯絡道，或多排同時爆破易產生懸頂問題，在保障降低采切成本的同時，從技術層面上提高本質安全。