环形不耦合空气间隔分段装药的研究和实践

龚 杰,赖剑锋,巫远礼,杨崇峰

(宜春钽铌矿, 江西宜春市 336003)

环形不耦合空气间隔分段装药的研究和实践

龚 杰,赖剑锋,巫远礼,杨崇峰

(宜春钽铌矿, 江西宜春市 336003)

为了减少粉矿、上部大块,对环形不耦合空气间隔分段装药的原理进行分析、对其爆破数值模拟深入研究,并在露天台阶爆破过程中结合应用空气间隔器中间间隔加以实践,取得了好的爆破效果和经济效益,达到降低粉矿、上部大块和爆破成本的目的。

环形不耦合分段装药;空气间隔;粉矿;大块

宜春钽铌矿采用汽车-溜井-平硐-电机车联合开拓运输系统运送矿石,采剥工艺均为潜孔钻机穿中深孔、炸药爆破、挖掘机铲装和剥离矿岩、自卸汽车运输、推土机平场等常规作业方式。矿岩的力学特征为硬度中等,脆性度低,弹性模量小,孔隙度、可塑性及韧性较大。

宜春钽铌矿矿体属于结构复杂难爆块体状花岗岩,且裂隙发育,属张开性裂隙,裂隙面粘结性较差,导致炸药爆炸能量过早地从裂隙面泄漏,严重影响破岩效果。原来采用不耦合连续装药(不耦合系数为 1.375),不耦合系数偏小,从而装药重心相对下移,堵塞长度较大,致使上部矿岩得不到充分破碎,而易产生大块。同时,不耦合系数偏小,爆破的爆轰压力直接作用矿岩就更大,造成矿岩过度破碎。为了解决这些问题,2008年 11月份确定采用环形不耦合空气间隙分段装药结构,并引进自充式空气间隔器,以提高炸药的分布高度,使爆炸能量沿炮孔得到相对更均匀的分布,留有环形空气间隙降低炸药爆轰的初始压力,以减少爆破粉碎区,增大裂隙破碎区,提高爆破能量的利用率,改善爆破效果,达到降低大块和粉矿的目的[1,2]。

1 环形不耦合空气间隙分段装药结构实践

试验证明,露天深孔台阶爆破,采用不同结构的柱状药包,其爆破破碎效果有很大的区别。而采用不耦合装药,不耦合系数是影响爆破效果的主要因素之一。合适的不耦合系数,在一定的矿岩和炸药条件下,既能有效地降低作用在炮孔壁上的冲击压力峰值,又能延长爆破破岩的作用时间,增大应力波和气体膨胀的破岩冲量,增加用于破碎或抛掷岩石的爆炸能量,而且在总装药不变的条件下,可以使装药重心提高,使比冲量沿炮孔分布更均匀,从而提高炮孔上部爆炸能,增强上部矿岩的破碎,有效降低上部大块的产生[3,4]。

根据对环形不耦合分段装药结构的研究和分析[5],在此装药条件下,损伤岩石中的柱状药包爆炸后产生的矿石粉碎区半径为 rc=0.24K-2.01m(见图1)。

图1 爆后粉矿半径和不耦合系数的关系

为使孔壁岩石不造成压缩性粉碎破坏,必须使得炮孔壁上产生的冲击压力小于岩石的动态抗压强度,由经验公式可得:

式中,SC为单轴抗压强度,宜春钽铌矿的矿岩取 SC为 170MPa;Kd为动载时岩体抗压强度增大系数,Kd=10～15;乳化炸药 ρ0=1150 kg/m3,V=3200 m/s。计算可得,当 K=1.5(装药直径为 110 mm)时,原则上不造成压缩性粉碎破坏,由此可得不耦合系数 K≥1.5。很明显,不能仅考虑粉矿问题,因为装药直径缩小了,炸药爆炸对岩体的破坏能力也在降低,矿岩得不到充分的破碎,必然形成大块。这就存在一个最优的 K值,使粉矿和大块率都能满足工程要求。因此,应在装药直径与炮孔直径 165 mm之间,优选一个相对合理的不耦合系数。由于该矿在参数优化前爆破的炸药单耗为 0.46 kg/t,每孔用药量约为 150 kg左右,可以认为此单耗和单孔装药量是该矿现行爆破参数条件下,岩体爆破破碎对炸药量的一般要求而必须满足。因此,以现行炸药单耗和单孔装药量、不耦合系数 K在 1.5附近,来设计现场实际应用的环形不耦合分段装药结构,可以保证爆破效果不会恶化,相反只会得到改善,因为装药量和炸药单耗不增加,保证了岩体的整体破碎效果,而采用环形不耦合分段装药,将减少孔壁矿岩的过破碎,所省下的能量用于供给炮孔上部破岩,达到减少粉矿、大块的双重目的。

经反复取值比较,取不耦合系数 K为 1.43时,所对应的装药直径为 115 mm,可以满足爆破参数的各项设计要求。另外,由于底部的夹制力较大,为保证底部不留根底,超深部分仍采用耦合装药。

该矿露天开采台阶高度 H=10 m,垂直孔深 L=12 m,超深 2 m,三角形布孔,分两段装药,中间用空气间隔器隔开,未装药部分长度为 2 m,考虑到采用逐孔起爆技术时,孔底先起爆,爆破后的爆堆下部矿岩比上部更破碎,下部装药只需略高于上部装药量,约为装药总量的 61.5%。其他参数优化见表1,装药结构见图2、图3。

表1 爆破参数优化比较

图2 不耦合空气间隔分段装药

图3 不耦合连续装药

在实际操作时,为防止爆破冲击波的相互干扰,上、下部两分段的装药长度最小值不应小于 4 m,且用两发高精度非电毫秒雷管各自加工好一个起爆药包分放在上下两部分的底层。

2 应用效果

通过环形不耦合分段装药结构和空气间隔器的有效结合,实现环形不耦合空气间隔分段装药技术。近半年的实际应用结果表明,该技术不仅减少了单孔装药量,节约了炸药成本,扣除一个空气间隔器的成本,每年可产生经济效益 50万元以上,而且运用空气间隔器进行间隔,中间填塞长度准确,提高了炮孔炸药重心,爆破效果好,大块率、粉矿率均有所下降。

3 结 论

宜春钽铌矿露天开采实施环形不耦合空气间隔分段装药爆破后,与原来的不耦合连续装药相比,爆堆表面大块率明显下降,提高了挖掘机的铲装效率;粉矿率也有明显的下降,大大减少了溜井放矿的垮矿事故,增强了选矿流程的稳定性,保证了全矿的正常生产。同时,利用空气间隔器间隔装药,适当地降低了炸药消耗,并在一定程度上改善了爆破效果,从而达到了节约成本的目的。

[1] 陈玉凯,代方军.空气底部间隔装药对爆破效果的影响[J].轻金属,2003,(1):7～12.

[2] 刘殿中.工程爆破实用手册 [M].北京:冶金工业出版社,1999:310～318.

[3] 于润沧.采矿工程师手册[M].北京:冶金工业出版社,2009:284～291.

[4] 辜大志,谢圣权,陈寿如.孔底空气间隔装药改善爆破震动和效果的研究[J].采矿技术,2004,4(4):64～66.

[5] 蔡路军,马建军,楼晓明,等.裂隙岩体不耦合装药爆破技术研究[J].中国矿业,2006,15(4):66～69.

2009-08-07)

龚 杰(1971-),男,江西新余人,高级工程师,现从事科技研发、生产管理工作,Email:jxycgj123@163.com。