貝建剛
(安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽六安，237462)
摘要：本文闡述了在采場高分層中孔設(shè)計與爆破過程中，由于地質(zhì)條件不同而容易遇到各類問題、此類問題主要與爆破有效能量與無效能量有關(guān)，當有效能量增多，無效能量減少時，則隱患少，爆破效果好。反之，則安全隱患多，爆破效果差。本文提出了增大有效能量的辦法，并且取得了理想的效果。
關(guān)鍵詞：離分層；采場爆破；參數(shù)
采場開采過程中，爆破崩落礦量過程時間緊、任務(wù)重、安全隱患多、施工要求嚴格，要求細致，不得馬馬虎虎，草率行事。在爆破過程中，必須提高有效能量的利用率，降低無效能量的產(chǎn)生。有效能量主要包括：將礦體崩落下來的能量；爆破時使得崩落的礦體具有一定的初始速度，即具有一定的動能，此部分能量能夠滿足崩落體的二次破碎；將崩落體從母巖上崩落下來；能夠控制礦體崩落邊界，根據(jù)炮孔的形狀將礦體按設(shè)計范圍崩落下來；此外有效能量還包括將附近懸頂?shù)牡V體振落下來，將相鄰采場掌子㈣李區(qū)四周壁面掛著的礦石振落下來。無效能量主要包括：爆破產(chǎn)生的地震波；爆破產(chǎn)生的沖擊波；爆破產(chǎn)生的噪聲；爆破產(chǎn)生的光能；爆破產(chǎn)生的飛石；爆破產(chǎn)生的破碎巖體塌落；爆破產(chǎn)生的浮石冒落；爆破產(chǎn)生的附近設(shè)施的損壞等。
在采場爆破過程中，由于采場礦體的自然賦存特性，需要采取合理的采礦方法，布置相應(yīng)的爆破中孔，將礦體有效地崩落下來，因此需要選擇合理的方法，充分提高有效能量的利用率，盡量減少和避免無效能量的產(chǎn)生，減少危害的產(chǎn)生。
1爆破能量分布情況分析
在采場爆破過程中，由于炸藥爆破能量分布不同，會產(chǎn)生不同的爆破效果。因此在進行爆破時應(yīng)充分考慮炸藥能量的分布情況，盡量使得炸藥按礦體的具體形狀，采取均勻布置炮孔的方案，確保塊體在崩落時，能將礦體有效地崩落下來，并達到理想的塊體，減少過碎或過大情況的發(fā)生。巖體崩落過粉碎，容易產(chǎn)生粉塵，反之塊體過大，容易產(chǎn)生大塊。因此要求采取均勻分布炸藥能量的方案，使得塊體崩落效果更加理想，容易提高采場生產(chǎn)效率，改善采場作業(yè)條件。
2爆破能量分布設(shè)計
在塊體爆破過程中，由于受塊體自身特性的影響，導致因爆破能量需求不同而產(chǎn)生不同的效果。如對于破碎部分需要能量少，而對于堅硬部分爆破時需要的能量多，根據(jù)不同的巖塊，采取不同的布孔方案�？刂蒲b藥量，從而改善崩落效果。在扇形束狀孔[1]爆破時，由于在相同巖體中，頂部及邊界部位，爆破能量少，易產(chǎn)生大塊而孔口附近能量多，容易產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象。如圖1所示，需要在裝藥過程中，增大孔底裝藥密度，而減少孔口裝藥量，孔口采取間隔裝藥的方案，提高了爆破施工效率，避免了能量集中[1]的問題。
 
如圖2所示，對于上部軟巖體應(yīng)采取松動爆破方案，采取少打眼、少裝藥的方案�？杀ＷC此部分巖崩落下來，破碎下來；對于下部硬巖體，可采取相對的多打眼、多裝藥的方案將其崩落下來。關(guān)于能量、炸藥、炮孔的數(shù)量要求，需要根據(jù)礦體的圍巖特性來確定。
圖2中，表示對于不同巖體組合成的塊體，由于不同塊體的性質(zhì)不同，導致在爆破過程中，當不同巖體采取相同的爆破布置參數(shù)時，由于分布的能量相同，直接導致出現(xiàn)爆破后過碎或塊體過大現(xiàn)象，容易產(chǎn)生爆破事故。
由于塊體內(nèi)的巖石硬度大小、分布位置、物理成分、約束條件等各不相同，需要根據(jù)其相應(yīng)的強度大小、分布情況進行相應(yīng)的計算，根據(jù)計算結(jié)果，確定合理的裝藥量，并進行相應(yīng)的分段處理，保證爆破正常地進行；關(guān)于各類巖體的爆破有其固定的消耗指標，在各參數(shù)確定后，需要進行相應(yīng)的實驗，并對其效果進行觀測、記錄、比較與分析，找出適合其爆破規(guī)律的爆破參數(shù)后，按其爆破參數(shù)進行炮孔布置，方能達到理想的爆破效果；對于多種巖體組成的混合巖體，應(yīng)該根據(jù)其各自的物理特性，采取相應(yīng)的爆破方案，方能保證混合巖體的崩落。
對于存在各種不同巖體交錯布置的情況，應(yīng)該采取區(qū)別對待的方案，將主要的巖體有效地崩落下來，同時兼顧次要巖體的崩落�？梢娪捎诒茙r體的不同，爆破參數(shù)要求，爆破能量分布也會有所不同，因此根據(jù)不同的巖體采取相適應(yīng)的爆破方案，在某種程度上促進了爆破理論的發(fā)展，提高的爆破理論反過來也促進了爆破施工效率，降低了爆破施工成本。
3爆破能量布置約束條件
在爆破時，首先要根據(jù)爆破對象的具體條件進行詳細的論證，包括爆破對象的外部條件和內(nèi)部條件，外部條件主要是指爆破體周圍的環(huán)境與物的影響狀態(tài)。周圍設(shè)施、設(shè)備的狀態(tài)�？諝庵杏泻怏w成分及通風情況，例如是否可引起河流中斷，周圍是否有塌冒的可能，周圍巷道工程是否會被破壞。與爆破地點相通的透口情況，周圍溫度是否超過正常的溫度，人員通道是否暢通，爆破地震波傳播途徑，爆破沖擊波的傳播通道，爆破飛石影響的范圍，爆破煙塵擴散通道，爆破噪聲的影響范圍。由于外部環(huán)境的變化，從而容易出現(xiàn)不同的爆破效應(yīng)。
爆破的內(nèi)因主要與爆破對象、爆破器材、起爆方式、起爆順序、點火形式、爆破工藝、炸藥性能、單段最大藥量、總藥量、雷管毫秒分段的精確度等有關(guān)聯(lián)，對爆破結(jié)果產(chǎn)生影響，炮孔布置參數(shù)對爆破效果起著決定性作用，原則上炮孔應(yīng)該均勻布置，由于巖體單耗固定，則會取得相對較好的效果，關(guān)于爆破的內(nèi)因在分析過程中，必須掌握其真實的特性與特點，把握其內(nèi)在的規(guī)律，充分對內(nèi)在的規(guī)律進行駕馭，發(fā)揮其作用，從而達到更為理想的效果。在對爆破進行內(nèi)因分析過程中，要確定各類內(nèi)因之間的關(guān)聯(lián)性，確定其相互的影響，從而保障爆破效果，提高爆破效率，關(guān)于爆破對象、爆破材料、起爆方式、起爆順序、爆破工藝、藥量多少、延期時間等因素相互影響，相互制約，只有正確地把握其關(guān)系，并進行正確地設(shè)計與施工，方可達到更高的目標。
4爆破工藝對爆破能量布置的影響
從爆破工藝方面討論與分析，在爆破時采取的起爆方式，如布孔參數(shù)、孔距、排距、抵抗線的大小、施工人員的技術(shù)水平、素質(zhì)高低、連線方式、爆破規(guī)模等無不與爆破效果密切相關(guān)。
起爆方式有孔底起爆、孔口起爆、多點起爆及全孔起爆等多種形式�？椎灼鸨瑫r爆炸能量由孔底產(chǎn)生，向孔口方向延伸，首先產(chǎn)生的爆炸充擊波在孔底與孔口之間多次反射，爆炸能量出現(xiàn)疊加現(xiàn)象，提高了爆破能量利用率，提高了爆破效率，同時產(chǎn)生的高溫、高壓氣體不因孔口而提前泄漏，延長了高溫、高壓氣體的作用時間，保障了巖體的充分破碎，提高了爆炸能量的利用率，對于孔底部位抵抗線及阻力較大的部位，易采用自孔底起爆方式。孔底起爆巖體由于受到爆破開裂，而后向孔口傳播，當孔底抵抗線選擇適當時，由于爆破能量的釋放，而降低了孔內(nèi)爆炸能量向孔口沖出的可能性，不會發(fā)生能量泄漏現(xiàn)象。避免無用功的產(chǎn)生，減少了地震波、沖擊波、飛石、噪聲、煙塵的危害。反之，則爆破效果差，無用功增大，破壞性后果嚴重，爆破危害范圍擴大�？椎灼鸨绞饺鐖D3所示。
因此，在爆破發(fā)生時，爆破效果與起爆方式有關(guān)聯(lián)，當采取孔口起爆時，由于炸藥在孔口開始起爆，在極短時間內(nèi)，大約在幾十微秒內(nèi)，爆破能量開始向外泄漏，孔口崩落體開始松動，爆破隨著向孔底延伸，巖石逐漸開始崩落下來。對于地下開采，由于孔口朝下，已崩落的巖體開始下落，從而為后序爆破提供一定的自由面，改善爆破效果，對于孔口朝上的炮孔，由于孔口附近巖體松動，減少了下層崩落巖體的阻力，使得巖體崩落難度降低，但隨著孔深的增加，崩落阻力增大，爆破能量擴散較多，從而使得孔底爆破效果更差，易出現(xiàn)硬底、根坎、大塊增多現(xiàn)象，降低了爆破效果。此孔口起爆適宜于孔口部位，阻力較大而孔底阻較小的巖體爆破。如孔口朝下的上向爆破。但爆破補償空間及自由面必須充分，否則無法將巖體崩落下來�？卓谄鸨绞饺鐖D4所示。
多點起爆方式為在孔底、孔中間、孔口多個部位布置起爆點，同時在多點起爆，孔底起爆點向孔口傳播，中間起爆點向兩端傳播，孔口起爆點向孔底傳播，多個起爆點產(chǎn)生的沖擊波相遇時，爆破沖擊波相互疊加反射，在孔口破裂前，孔內(nèi)爆破沖擊波相互疊加，高溫、高壓氣體作用時間延長，效果增強。當孔口圍巖破碎后，孔內(nèi)沖擊波及高溫、高壓氣體急劇泄漏，礦體被瞬間破碎開來，如果布置參數(shù)適當，在爆破能量泄漏前，巖體得到完全破碎，抵抗線選擇適當，孔口起爆，可很大程度上提高爆破能量的利用率，爆破能量做有用功增多，無用功減少。爆破危害效應(yīng)降低，則可改善爆破效果。此種爆破只要抵抗線選擇適當可有效地將巖體崩落下來。多點起爆可有效地避免孔口炸藥拒爆問題，提高炸藥的利用效率，如圖5所示。
全孔起爆是指在孔內(nèi)，全孔布置爆破引爆的導爆索，或全孔起爆，有效杜絕孔內(nèi)爆炸拒爆現(xiàn)象。對于自由面充分，爆破時可采用此法提高效率，但對于底部抵抗作用大的爆破，由于孔口提前開裂，爆炸能量損失大，從而影響爆破效果，降低了爆破效率，不易采用。因此在選擇起爆方式前，必須對巖體進行詳細分析，確定相應(yīng)的布孔方案。選擇相應(yīng)的起爆方式，方可將巖體有效地崩落下來。崩落體在全孔起爆的條件下，會首先在抵抗線最弱部位或阻力最小部位首先開裂，而后其他部位隨著崩落下來；或崩落體同時開裂，阻力小的部位崩落物爆破塊度小，而阻力大的部位崩落物產(chǎn)生的塊體大。雖然全部已崩落，由于阻力不同崩落效果不一樣。例如，在露天礦山爆破過程中，容易產(chǎn)生大塊的部位位于孔口、軟弱夾層附近、臺位、孔底后面部位、底根部位在孔口部位產(chǎn)生的大塊，孔口存在不裝藥孔，炸藥在孔部位爆炸時，相對阻力大，而爆破能量少，從而導致孔口產(chǎn)生松動大塊；在軟弱夾層附近由于爆破能量沿軟弱夾層泄漏，導致軟弱夾層附近崩落體能量減少，從而沿軟弱夾層產(chǎn)生大塊；在臺階坡面部位，主要是由于上次爆破對坡面產(chǎn)生振裂現(xiàn)象，從而使得在爆破時，沿前次裂隙產(chǎn)生大塊；炮孔后面部位，由于爆破振動產(chǎn)生大塊，將后排崩落落體破碎；在崩落體底根部位，主要由于底根阻力大，而能量未增加，從而導致底根產(chǎn)生大塊，因此在爆破過程中，采取爆破能量均勻分布的優(yōu)化方案，適應(yīng)崩落體的變化特性，將崩落體完整地崩落下來，以減少爆破危害影響。
從布孔參數(shù)方面分析，主要包括孔距、排距、孔徑、抵抗線等多方面對此類問題進行研究與優(yōu)化。在布孔參數(shù)方面主要解決了藥包的形狀、藥包的位置及藥包的大小等問題。當孔距、排距確定時，實質(zhì)是固定了藥包在崩落體內(nèi)的準確位置，在空間內(nèi)進行了預留，在爆破過程中，將炸藥裝入孔內(nèi)，即可完成炸藥的放置問題。不需要專門的固定處理，當采取圓形孔時即確定了炸藥的形狀，當采取散裝炸藥時，炮孔的形狀即為藥包的形狀。已經(jīng)確定了炸藥爆炸時能量向四周均勻擴散的狀態(tài)，是由已施工的圓形孔的孔壁向四周均勻擴散。形態(tài)為圓形的炮孔主要是由施工工藝形成的，采用旋轉(zhuǎn)式?jīng)_擊鉆頭，采取沖擊式的鑿巖方式，勢必會形成形態(tài)為圓形的炮孔。爆炸時需要的藥量多少，主要是由崩落體體積的大小及崩落體的炸藥單耗進行確定，對于崩落體的單耗，其參數(shù)是固定不變的，它與巖體的強度特征及外部條件有關(guān)，當巖體的單耗確定時，根據(jù)布孔參數(shù)計算出每米孔崩落礦體的體積，而后確定每米的裝藥量，根據(jù)每米的裝藥量，確定炸藥的體積V炸，由于V炸=πr2，得出  ；從而得出炮孔的半徑為r孔，根據(jù)炮孔的半徑r孔，選擇相應(yīng)的鉆孔設(shè)備及鉆頭。但是在實際生產(chǎn)中，往往根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備性能，確定相應(yīng)的孔徑、孔距、排距等布置參數(shù)。從而保證崩落體達到預期的爆破效果。
5炮孔設(shè)計對爆破能量分布的影響
布孔方案的確定、孔徑的確定與崩落體的單耗有直接關(guān)系，當布孔參數(shù)選擇結(jié)構(gòu)大時，效率高、成本低、爆破效果好、安全隱患少。反之，則有相反的效果。因此常常采取合理的布孔方案，解決成本高的問題，如采取扇形孔布置直接降低了掘進工程的投入，采取高分段，既可減少掘進工作投入，又可提高爆破效率，保證了爆破順利地進行。
6結(jié)論
總之，在采場爆破過程中，應(yīng)該根據(jù)崩落體的礦巖物理化學特性、炸藥單耗等參數(shù)，采取合理的爆破參數(shù)、爆破方式，確保采場爆破效果．提高有用功的利用率，減少無用功的產(chǎn)生，降低和減少爆破有害效應(yīng)。
采場爆破的幾點建議如下：
(1)采取適合崩落體圍巖特性的布孔方案，確定崩落體的崩落范圍。
(2)根據(jù)采場應(yīng)力的分布情況，確定合理的起爆順序，保障爆破效果。
(3)充分利用炸藥爆炸能量，延長炸藥爆炸作用時間，改善爆破效果。
(4)采取理想的炮孔形狀，保證炸藥爆炸時的爆力作用方向。
(5)需要進行現(xiàn)場考察、記錄，總結(jié)經(jīng)驗與教訓，不斷提高爆破效果。
參考文獻
[1]王運敏．現(xiàn)代采礦手冊(上冊)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2011．
摘自《中國爆破新進展》 |
