逐孔起爆技术在广信青洲水泥矿山的应用与分析

郭维扬，张喜梅，董国林，韩贞陶，张智军，田小宝

(1.山东圣世达化工有限责任公司，山东 淄博 255200；2.澳瑞凯(威海)爆破器材有限公司，山东 威海 264207)

逐孔起爆技术在广信青洲水泥矿山的应用与分析

郭维扬1，张喜梅2，董国林1，韩贞陶1，张智军2，田小宝2

(1.山东圣世达化工有限责任公司，山东 淄博 255200；2.澳瑞凯(威海)爆破器材有限公司，山东 威海 264207)

摘要：广信青洲水泥矿山现有爆破方式存在爆破振动大，爆堆挖掘效率低，及矿石破碎环节电耗高等问题。引入了高精度导爆管雷管实现逐孔起爆方式，对现有起爆方式进行升级改造。在爆区设计中，引入了三维激光扫描仪对爆区进行了整体优化，以控制前排最小抵抗线及爆区内等时线均匀度。通过类似爆区肩并肩的对比试验，进行了爆破振动监测，统计并分析了挖掘机装车效率及矿石破碎站数据，证实了逐孔起爆技术应用于石灰岩矿山台阶爆破的技术优势。与现有普通导爆管起爆方式相比，可以降低爆破振动约30%～40%；爆堆块度更加均匀，大块率更低，爆堆铲装效率提高约15%，减少了车辆的无效等待时间；破碎站电耗平均下降了约5% 。

关键词：逐孔起爆；爆破振动；铲装效率；电耗

广东广信青洲水泥有限公司位于广东省云浮市云安县六都镇，是香港“长江基建集团”下属全资子公司“青洲英坭(集团)有限公司” 独资的水泥企业，目前拥有一条日产2000t和两条4500t水泥熟料生产线。矿山年计划石灰石开采量380万t，落矿方式为露天台阶深孔爆破，轮式矿车运送矿石。随着广东广信青洲水泥有限公司石灰石矿山安全管理水平的发展要求、周边环境的变化以及综合成本精细化控制的趋势，对爆破技术提出了更高的要求，之前使用的电雷管-非电雷导爆管雷管起爆系统已经不能满足矿山生产需要，引入高精度导爆管雷管及逐孔起爆技术优化爆破效果，成为了迫切的需求。

1矿山现状及存在问题分析

1.1现有爆破参数

矿山主要岩性为石灰岩，裂隙中等发育，中等硬度，可爆性好。通常每月爆破作业15次左右，由于矿山离周边居民区较近，为控制爆破振动，每次爆破药量控制在5.5t以下。台阶设计高度15m，穿孔采用Φ115mm和Φ150mm两种孔径的钻机；Φ115mm孔径孔网参数4m×4m，Φ150mm孔径孔网参数6m×4m；主爆药采用包装乳化炸药或膨化硝铵炸药；起爆系统为孔内7段普通导爆管雷管，孔外1～6段电雷管实现多孔簇连排间斜线微差起爆方式。

1.2存在的问题分析

1)爆破振动偏大。矿山距离村庄较近，最近处不足300m，因此对爆破振动控制有着较高的要求。现有的起爆方式一般为3～5个炮孔同段起爆，同时起爆药量较大、爆破振动及冲击波较高，不利于保护周边民房及矿山自有构筑物设施安全。

2)爆破块度不理想。普通非电导爆管雷管由于延期精度不够，易发生跳段串段，延期时间离散度较大，易造成起爆顺序紊乱，或孔间延期时间不合理，导致爆区形状不规则起伏，爆堆松散度不好，总体大块率偏高。造成的后果是影响了爆堆铲装效率及磨矿成本，在采矿场往往能看到运输车辆排队等铲的情况发生。设备匹配不一致是一种严重的资源浪费。解决问题的方法是要么再购置新电铲以提高挖掘能力；要么是优化爆破效果以提高现有设备的铲装效率。

大块率偏高也严重影响了后续工艺，处理大块的破碎锤也极大地增加了成本支出。同时，整体爆破块度偏大影响了后续的矿石破碎成本，增加了破碎站的电能消耗并影响了产量。

另外，普通导爆管雷管和电雷管质量控制标准为3‰的拒爆率，安全性能不稳定性，易受杂散电流影响给矿山生产带来了较大的安全风险。

2逐孔起爆技术优势

为了解决以上问题，广信青洲水泥有限公司矿山引进了澳瑞凯高精度导爆管雷管及逐孔起爆技术用于生产爆破试验。

逐孔起爆技术在国内外矿山中深孔台阶爆破已经有多个成功的使用案例，其技术核心是依靠高精度导爆管雷管的精确延时及孔内管和地表管的合理延期时间组合，使得爆区内处于同一排的炮孔按照设计好的延期时间从起爆点依次起爆，同时爆区排间炮孔按另一延期时间序列依次向后排传爆，从而使爆区相邻炮孔的起爆时间相互错开；使每个炮孔从起爆点开始，在空间和时间上按照设计好的起爆顺序安全单独起爆。根据逐孔起爆的爆破过程，逐孔起爆技术有以下几个特点：先爆炮孔为后爆炮孔多创造一个自由面；爆炸应力波靠自由面充分反射，加强岩石破碎；相邻炮孔相互碰撞，挤压增强岩石二次破碎；同段爆破药量小，可减小爆破震动[1]。

图1　逐孔爆破起爆顺序示意图

图2　炮孔起爆瞬间已生成两个动态自由面

3对比试验及数据分析

3.1试验阶段与步骤

自2014年12月19日至2015年4月18日，在矿山各采区平台全面进行了高精度导爆管雷管逐孔起爆技术试验。第一阶段，保持矿山原有爆破参数不变，仅替换起爆器材为高精度导爆管雷管，验证爆破效果及铲装效率。Φ115mm孔网参数4m×4m；Φ150mm孔径孔网参数6m×4m，炸药使用膨化硝铵炸药，2#石乳化炸药作为起爆药包。孔内管采用375ms和400ms，地表管控制排采用17ms、25ms和雁行列42ms、65ms。

自2015年1月19日以后，根据前期的试验效果，重新校核与调整了爆破参数。在保证爆破效果的前提下，使得穿爆成本有所降低。新的爆破参数为：Φ115mm孔网参数4.5m×4m；Φ150mm孔径孔网参数6m×4.5m，其他条件保持不变。同时，使用了三维激光扫描仪对爆区台阶地形进行了扫描，与Shotplus爆破设计软件结合，生成三维爆破设计模型。图3为设计优化过程图。

经过了4个多月的试验，调整，各区域爆破参数基本得到稳定，同时爆破效果得到了明显改善。爆堆形状及沉降沟控制非常理想，利于挖掘设备作业；地表漂浮的大块也显著的减少了。

3.2对比数据分析

3.2.1铲装效率

为了验证爆破效果，对挖掘机的装车效率进行了统计。平均的装车时间是一个衡量爆堆松散度、可挖掘性的重要指标。2014年12月21号开始铲装到了澳瑞凯高精度管爆破的爆堆，也就是说在12月份的统计是混合的数据，既有原有爆堆，也有试验区的爆堆，从1月份以后挖掘的都是逐孔起爆的试验爆堆。

图3　激光扫描仪结合Shotplus优化爆破设计

按照统计结果，从1月份以后，平均装车下降了约20%，约48s。以往的平均装车时间约3′40″，现在则可控制在3′以内。图4为滚动12个月的装车时间柱状图。

3.2.2破碎能耗

为进一步佐证逐孔起爆的破碎效果，同时对矿山破碎站的电能消耗进行了统计。图5为滚动12个月的破碎站电能消耗柱状图。按照统计结果，自1月份以来的破碎电能消耗也有所降低，平均降低约5%以上，间接证实了试验爆区的岩石粒度级配也更加优化，利于降低电能消耗。

图4　卡特773E矿车装车时间图

图5　滚动12个月破碎站电耗

3.2.3穿爆直接成本

在改善爆破效果，提高铲装效率，及磨矿电耗的基础上，通过优化孔网参数，使得单孔负担面积扩大，可以进一步降低炸药单耗及延米爆量。选取了两组爆区实际数据比较，见表1。

4爆破振动控制与监测

以爆破的方式破碎岩石的过程是一个能量释放的过程。应力波的反射、拉抻作用使得岩石得以破碎，同时多余能量也会沿着大地向远处传播，对附近的建筑物、人员及设备产生危害。这就是爆破的振动效应，与飞石、冲击波、有毒气体、炮烟一起，共同构成爆破的五大公害。采用逐孔起爆方式后，在爆区起爆的每一个瞬间，只有一个炮孔起爆，同时相邻的炮孔间都设定有一个合理的延期时间，使得炸药能量能够受控制的有序释放，从而减少了应力波的叠加，减少了爆破振动。

降低爆破振动是本次对比试验的重要目标之一。选择3组共6个具有可比性的爆区进行了振动测试，其中爆区规模，总药量接近，测试距离为爆区正后方200m处，测振仪选用了加拿大生产的MiniMateBlaster2台，以验证测试的准确性。具体的测试结果见表2。

按照表2中的测试结果，使用高精度导爆管及逐孔起爆技术的爆区，平均爆破振动速度降低了30%～40%。同时，在村庄留守的工作人员体感振动也明显降低，非常有利于促进社区关系的和谐。

从振动测试的频率分析，相对于排间起爆，逐孔起爆方式的振动频率整体上移，尤其的最大峰值频率全部处于20Hz以上，有利于建筑物的保护。同时，普通导爆管的排间微差起爆方式中，最大峰值频率全部处于20Hz以内，更接近于一般建筑物的固有频率。

表1　延米爆量及炸药单耗对比

表2　爆破振动结果测试表

5结语

持续4个月的高精管逐孔起爆试验，采用了先肩并肩对比，再逐步推广的方式；先更换起爆系统，再综合优化爆破参数，稳步推进，试验成果显著，主要体现在以下几个方面：①穿爆直接成本有所降低，体现在炸药单耗平均下降了约8%，延米爆量提高了约10%；②铲装效率明显提高，平均装车时间缩短了20%以上；③破碎站的吨矿电耗降低约5%；④爆破振动水平降低了30%～40%；⑤现场操作更加便捷，消除了杂散电流及静电干扰等安全隐患。

参考文献

[1]付天光，张威颖，赵杰，等.高强度和高精度导爆管雷管的应用[J].爆破器材，2005，34(4)：23-26.

Application&analysisofholebyholeblastingtechnologyinGuangxinQingzhouQuarry

GUOWei-yang1，ZHANGXi-mei2，DONGGuo-lin1，HANZhen-tao1，ZHANGZhi-jun2，TIANXiao-bao2

(1.ShandongShengshidaChemicalCo.，Ltd.，Zibo255200，China；2.Orica(Weihai)ExplosivesCo.，Ltd.，Weihai264207，China)

Abstract:There are some big issues using current blasting method in Guangxin Qingzhou cement quarry，including blast vibration，fragmentation and power consumption in crushing process.Introduced high precision detonator to achieve hole by hole initiation way，and upgrade current initiation system.Used 3-D laser scan to optimize blasting design，controlled minimum burden and isochron inside blasting area.Through side by side comparison，conducted vibration monitoring，collected and analysed lots of test data，fully confirmed the technical advantage of hole by hole technology using in cement quarry.Compared with plain detonators，blasting vibration reduced by 40%；fragmentation more equality and oversize rate lower；digging rate increased around 15%，and reduced invalid waiting time of truck；power consumption decreased by 5%.

Key words：hole by hole blasting；blasting vibration；digging efficiency；power consumption

收稿日期：2015-12-30

作者简介：郭维扬(1976-)，男，经理，工程师。

中图分类号：TD235.4

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)03-0171-04