中深孔爆破合理堵塞长度试验研究

张 平，杨廷明，初保光，龚士朋

(1.淄博市乡镇企业建筑材料服务公司，山东 淄博 255000;2.兖州中材建设有限公司，山东 兖州 250100)

1 引言

在露天中深孔爆破中，炮孔堵塞是施工中的一个重要环节，对生产安全和爆破效果有着至关重要的作用[1]。近年来，炮孔堵塞问题引起了愈来愈多的专家学者和工程技术人员的重视。炮孔堵塞对炸药在炮孔内的爆炸及矿岩破碎的影响是非常复杂的，目前对炮孔堵塞的作用机制还没有一个定论，因此，工程实践中主要基于生产经验确定堵塞参数。

天瑞集团郑州水泥公司石灰石矿山位于河南省荥阳市崔庙镇芦庄，最高海拔495.9m，最低海拔347.9m，一般相对高差148m。矿区北部地形较陡，岩层裸露，南部地形较缓，植被不太发育。矿体层位稳定，产状平缓，与围岩产状一致，走向北东，倾向南东。矿区上部为废石覆盖层，中间约为50m矿层，下部是页岩底板。探孔资料显示矿体裂隙较发育、地质复杂、断层较多。2009年以来，公司依据设计文件对该矿山460m以上及460/445m采准进行基建剥离，2010年进入生产保产，先后完成了圆顶山460、445、430、415、400、385m 平台开拓降段工作。在此期间，选择400/385m平台北部作为试验场地，进行了炮孔合理堵塞长度试验。试验爆区距甲方第二破碎站水平距离100m，甲方规定每次爆破作业总装药量不大于3t。

2 炮孔堵塞的作用

在中深孔爆破中，炮孔堵塞的主要作用是防止炸药爆炸产生的高压气体过早外泄，延长高压气体膨胀作用时间，增加应力幅值，从而改变矿岩中应力的作用形式。炸药爆炸产生的应力大小和应力作用时间(超过岩石强度的应力作用时间)决定了矿岩的破碎范围和破碎程度[2]。因此选择合理的炮孔堵塞长度可以改变炸药对矿岩的作用形式，从而取得较理想的破碎效果[3]。为后续的铲装、运输、选冶等工序提供较好的条件。

3 堵塞长度的计算

炮孔堵塞长度主要与抵抗线大小和炮孔直径有关，还受到其它孔网参数和矿岩性质的影响，且与堵塞材料、堵塞结构也有一定的关系[4]。孔径、抵抗线和装药长度增大，堵塞长度会相应增大，反之亦然;堵塞材料与孔壁间摩擦系数增大、堵塞材料强度高、容重大，堵塞长度可相应减少。专家学者及爆破工程师根据工程经验总结出了两个常用的堵塞长度计算公式，分别见式(1)和式(2)。

为避免严重的飞石、冲孔和爆破噪音等，堵塞长度应不小于底盘抵抗线的2/3;为避免大块的产生，堵塞长度应不大于底盘抵抗线。所以根据底盘抵抗线计算炮孔堵塞长度的经验公式如下:

式中:ld为炮孔堵塞长度，m;Wd为底盘抵抗线，m。

垂直深孔取(0.7 ～ 0.8)Wd，倾斜深孔取(0.9～ 1.0)Wd。

根据炮孔直径计算堵塞长度的经验公式如下[5]:

式中:ld为炮孔堵塞长度，mm;D为炮孔直径，mm。

上述两个堵塞长度计算公式均未考虑装药结构和起爆药包位置，且根据式 (1)和式 (2)计算的结果出现误差较大和选择区间过宽的不足，所以具体问题要具体分析，或通过试验来确定合理的堵塞长度[6－9]。

4 优化前的孔网参数及主要问题

4.1 优化前的孔网参数

矿山使用的炸药为乳化炸药，采用连续装药结构，孔底起爆，具体的爆破参数见表1。采用逐孔起爆技术，用导爆管雷管起爆和联网，最后用瞬发电雷管起爆。第一排孔内用8段导爆管雷管，第二排孔内用9段导爆管雷管，第三排孔内用10段导爆管雷管，孔外用2段导爆管雷管，分为9组，起爆网路如图1所示。

表1 优化前的爆破参数

图1 起爆网路

4.2 主要问题

2010年前，矿山主要采用上述孔网参数进行爆破。由于炮孔堵塞长度较大，药柱重心偏低，炸药主要集中在孔底，台阶上部炮孔未装药部分相对较长，因此沿炮孔轴线炸药能量分布很不均匀，造成台阶上部大块率高，装载困难，增加了二次破碎的工作量，使得总体成本变高，对矿山经济效益造成了不良影响;台阶底部矿岩又过分破碎，粉矿较多，造成资源浪费。

5 优化方案及效果

5.1 方案

在上述爆破参数的基础上，由(1)式计算得炮孔堵塞长度应为2.45～3.50m，由(2)式计算得炮孔堵塞长度应为1.80～2.70m。借鉴国内外同类矿山的技术指标和工程经验，通过多次现场试验，比较爆破效果，最终确定较合理的炮孔堵塞长度为2.5m。减小了堵塞长度，为保证装药长度不变，在孔底预留1m左右的空气垫层之后再连续装药。起爆网路仍如图1所示。

5.2 效果

采用2.5m的炮孔堵塞长度后，爆破效果如图2所示。沿炮孔轴线炸药能量分布较均匀，爆破过程中无飞石，大块率明显降低，且粉矿减少，既减轻了二次破碎的负担，又提高了资源利用率，为矿山获得了较好的经济效益。

6 结语

在露天中深孔爆破中，炮孔堵塞长度对大块率有着至关重要的影响。合理的堵塞长度可以减少大块率，提高爆破效果。通过理论计算和现场试验，确定了该矿山合理的堵塞长度为2.5m。这种寻找合理炮孔堵塞长度的方法值得在同类矿山推广应用。

[1]胡庆允，张华.堵塞长度对爆破效果影响的实践[J].建材世界，2011(3):116－118.

[2]郑炳旭，张光权，宋锦泉，等.露天金属矿山边坡缓冲爆破技术优化研究与应用[J].爆破，2013(2):7－11.

[3]乔明旭.露天爆破合理深孔填塞参数及装药结构的研究[J].西部资源，2012(1):114－115.

[4]孟海东，李家，宫玉成.黑岱沟露天煤矿1185水平台阶爆破设计实践[J].爆破，2013(2):104－105.

[5]祝光标.钱家山水泥矿山爆破装药结构优化的研究[J].建材世界，2012(1):79－81.

[6]廖昆，龙源，吕海军，等.南钢节能技改B、C标土石方开挖爆破振动安全监测[J].爆破，2013(2):171－174.

[7]乔建军.露天矿山爆破振动测试及分析[J].铜业工程，2013(2):46－48.

[8]康斌.蟒山水泥矿山爆破参数优化实践[J].建材世界，2012(1):82－83.

[9]林建章，陈庆凯，黄国泉，等.露天矿山爆破效果对开采成本的影响研究[J].铜业工程，2013(3):33－37.