电子雷管在复杂环境下菱镁铁矿露天爆破开采中的应用

陈 建

（鞍钢矿业爆破有限公司，辽宁 鞍山 114000）

电子雷管在复杂环境下菱镁铁矿露天爆破开采中的应用

陈 建

（鞍钢矿业爆破有限公司，辽宁 鞍山 114000）

现场采用数码电子雷管，通过实验得出最佳的延时时间，优化了爆破延时，有效的防止了爆破过程中产生的大块现象和控制爆破振动对周围环境、设施的影响，同时还可以降低了爆破综合成本，可以对类似电子雷管的使用提供参考和借鉴。

电子雷管；菱镁铁矿；露天爆破；爆破块度；综合成本

0 引言

中深孔台阶爆破是日常爆破中的常用方法，在中深孔爆破中常常出现中深孔爆破岩石块度与工程要求不相符，并且出现根底等现象。因此，分析大块和根底产生的原因，并且针对性地提出解决方法，在工程实际中具有十分重大的意义。

从雷管延时精度来看，一些发达国家的延期精度均比我国高，例如澳大利亚的Orica公司主要生产的毫秒延期雷管，延期时间在100 ms内，其延时误差可以控制在2 ms以内；其他一些发达国家延期误差控制在5 ms内。据文献介绍，日本使用粒径很小的延期药，其延期药的精度最高可控制在1.25 ms[1-4]范围内。近几年来，电子雷管已在国内外某些精细爆破中使用，其延时误差可控制在1 ms内，延期精度高，普通雷管达不到[5]。

1 工程概况

辽阳万利矿业有限公司菱镁铁矿是一家生产多年的老矿山，目前，矿山进入露天开采末期，拟由露天开采转为地下开采，为保证矿山稳定过渡，需要适当调整露天开采境界以延长服务年限。

由于老矿山施工环境非常复杂，在合适区域地段施工，主要采取中深孔连续柱装药和间断柱装药结构相结合的控制爆破方式，且炮孔填塞长度应不小于最小抵抗线（W）。常规中深孔爆破后常常大块率高、块度组成难以达到理想要求。

现场我们采用雷管的延期精度就直接决定一次爆破是否成功。所以，使用高精度雷管，合理确定微差爆破时间，可以改善爆破效果、降低炸药单耗、节约成本，达到控制综合成本的目的[7-10]。

本区铁矿床共发现4个含矿层，分别赋存在大石桥组3段中，上部岩带中，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ含矿层分布在中部岩带的上部，Ⅰ号含矿层分布在上部岩带的底部。含矿层一般赋存在菱镁岩的顶底板的过渡部位，尤其是Ⅱ、Ⅲ含矿层较为明显，分别在菱镁岩的顶底板。在走向上与菱镁矿或石英斜方闪石岩呈相变关系。

含矿层分布规律不同，Ⅰ、Ⅳ号含矿层是呈线型分布的，而Ⅱ、Ⅲ含矿层则是呈弧形分布的，弧的方向是向北西弯曲。前者铁矿体风化现象严重，后者矿体呈弧形部分基本保持完好。

采场周边环境较为复杂，最近距离约为60 m处就有砖混结构民房。

2 延期时间的确定

2.1 孔间延期时间的实验

采用电子数码雷管延期精度比常规雷管精度高，量差小于1 ms，且最小时间间隔可达1 ms；最小延时时间可在线设置，通过延时毫秒的不断优化，从而更加科学、准确的确定最佳间隔时间，为了保障试验爆破效果，爆破采用数码电子雷管逐孔微差爆破，主要采用表1中逐孔设置延期时间，起爆按照逐孔数码电子雷管设置的延时时间进行方式，第1排先起爆，后排依次进行[6－10]。

首先通过一组单孔试爆，推算炸药爆炸到推动岩石运动的延时时间段，然后在此延时时间段内做同药量不同延时的群孔爆破试验。单孔试验共做了5组，药量10 kg，在距爆破点20、40、60 m分别设置振动监测仪，图1为典型的单孔爆破波形图。

图1 单孔爆破典型波形图

图1可以看出，单孔的主振波持续时间约45～50 ms，波峰－波谷（峰峰距）时间为11～18 ms。炸药在固体介质中爆炸后，周围炮孔炸药爆炸后，产生爆炸冲击波以应力波形式对岩石产生粉碎，破裂作用，形成粉碎圈和破裂圈，当应力波通过破裂圈后其强度迅速衰减，最后只能引起延时的弹性振动，弹性振动会以波的形式向外传播并造成地表的振动。因此取5～30 ms区间作逐孔起爆延时时间间隔依据[9－12]。

以 5、10、15、20、25、30 ms为延时间隔，试验时每组6个孔。孔间距2（2.5）m，每孔药量为18 kg，每组重复试验进行2～3次，统计结果见表1所示。

表1 逐孔爆破间隔时间与爆破岩体块度

从表1可以看出：爆破孔网参数一定时，随着逐孔起爆延期时间间隔的增加，平均块度呈现抛物线形，即均块度先减小后增加，当延时间隔在15 ms时，爆破平均块度最小为12.5 cm，装挖时间11.9 s。因此，对于中深孔爆破，间隔时差在15 ms时，可以大幅降低装挖时间。

2.2 排间延期时间的实验

中深孔爆破排间起爆，当第1排炮孔药包起爆岩石运动，脱离主岩体，为第2排炮孔药包爆炸，可以将此种爆破近似于挤压爆破原理，前排的炮孔爆破后，爆渣的存在可以避免后排炮孔爆破时造成岩石飞散，并且在爆破过程中能提高爆炸作业的有效作用时间，从而提高了炸药爆轰能量的利用率和改善破碎效果，减少大块的产生率。

排间起爆炮孔，通过上述模型简化，可按以下经验公式确定。

式中：f为岩石坚固性系数，K′为岩石裂隙系数，K′=0.5时，中等发育时，K′=0.75，裂隙发育时，K′=0.9。

对于中深孔台阶爆破，药包起爆到岩石运动，脱离主岩体，需要100～130 ms，排间延时分别为100、110、120、130 ms的 4 组群孔多排试验，每组试验2排孔，每排5～6个孔，每孔18 kg炸药，排间距2（2.5）m。炮孔布置示意图如图2。统计结果见表2。

从表2可以看出：爆破孔网参数一定时，排间爆破延期时间变化，平均块度变化呈现非线性变化，但当排间爆破延时间隔在120 ms时，爆破平均块度为19.6 cm，装挖时间为22.3 s。因此，对于中深孔爆破，孔、排间延期时间分别为15 ms和120 ms，可以大幅降低大块率，提高装挖效率[11－17]。

图2 炮孔布置示意图

表2 排间间隔时间与爆破岩体块度

3 数码电子雷管控制爆破振动中应用

设置单孔起爆试验，试验4个孔。孔间距2（2.5）m，单孔药量为18 kg，起爆4次，分别在距爆破点20、40、60 m分别设置振动监测仪，测试结果见表3。

表3 试验爆破振速统计分析

根据5、10、15、20 ms为延时间隔的4组群孔逐孔起爆试验，孔间距 2（2.5）m，每孔药量为 18kg，每组重复试验进行2～3次，在距爆破点20、40、60 m分别设置振动监测仪得出测试结果见表4：

从表4可以看出：在监测点距离爆心20 m处，延时间隔在5 ms时，最大振速在2.57～2.99 cm/s；延时间隔在10 ms时，最大振速在2.54～2.72 cm/s，超过单孔最大振速2.62 cm/s；延时间隔在15 ms时，最大振速在1.84～2.31 cm/s，低于单孔最大振速2.62 cm/s。说明振动发生了干涉叠加；在监测点距离爆心40 m处，延时间隔在15 ms时，最大振速在1.01～1.15 cm/s，小于单孔爆破时最大振速的1.22 cm/s，在距爆区60 m处，最大振速在0.35～0.48 cm/s，小于单孔爆破时最大振速的0.64 cm/s。在距爆区20 m处，延时间隔在20 ms时，最大振速在1.97～2.48 cm/s，小于单孔爆破时最大振速的2.62 cm/s，在距爆区40 m处，最大振速在0.92～1.09 cm/s，小于单孔爆破时最大振速的1.22 cm/s，在距爆区60 m处，最大振速在0.37～0.41 cm/s，小于单孔爆破时最大振速的0.62 cm/s。

从测试结果看出，孔间延时为15～20 ms时，可以达到干扰降振，振动控制要求。

表4 试验爆破振速统计分析表

4 工程实践

图3（a）是辽阳万利矿业有限公司菱镁铁矿爆破过程中采用的数码电子雷管逐孔起爆（逐孔爆破间隔时间设置15 ms）测得的典型爆破震动波形图，图3（b）为以往普通非电雷管（2 ms）爆破波形图。

采用数码电子雷管起爆网络，实现逐孔起爆，保证爆破效果的同时，减小爆破振动。结合图3中波形可知，普通电子雷管波形独立，不能相互干扰叠加，而采用数码电子雷管，不仅能够实现波形在波峰波谷相互叠加相消减效果，还能在前一炮孔岩石运动时准确控制后一炮孔爆炸，推动前一炮孔作用岩石运动，进一步改善爆破效果[18－22]。采用数码电子雷管，可以实现炮孔间爆破振动叠加效果。对于深孔控制爆破间隔起爆时差为孔间15～20 ms、排间为110～120 ms时，可以达到降振的效果。在本次工程中采用了孔间延时15 ms，排间延时110 ms延时参数，实践证明该技术在辽阳万利矿业有限公司菱镁铁矿的爆破开采中取得了良好的减震效果，块度也很均匀。

图3 测得的典型振动波形图

5 结论

1）在中深孔爆破作业中，由于炸药爆轰作用导致先行爆破的中深孔形成单孔爆破漏斗，从而导致该部分岩体破碎并脱离原岩，同时在爆破漏斗外的相邻岩石中产生应力场与微裂隙；并且由于在先行中深孔形成的爆破漏斗，使后爆破的相邻深孔爆破时增加了新的自由面，降低了爆破难度，得到良好的破碎效果[17－19]；

2）后爆孔起爆时间为前爆孔产生的预应力消失前，后爆孔与前爆孔之间出现应力波叠加现象，增强爆破效果，深孔控制爆破单孔延时15～20 ms，排间延时110～120 ms可以达到爆破振动波波峰波谷相互叠加，降低爆破振动[20－21]。

3）相邻炮孔之间在爆破过程中岩石之间存在一定的碰撞几率，可以进一步对岩石进行破碎，达到良好的爆破效果。深孔控制爆破单孔延时15～20 ms，排间延时110～120 ms可以达到大幅节约挖装时间，提高挖装效率[22－23]。

4）复杂条件下采用数码电子雷管可以有效的降低爆破震动对周围的环境的影响，减少工程成本的投入。

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Application of electronic detonator under a complex environment in the blasting mining of iron ore mine

CHEN Jian

(Anshan Mining Blasting Co.,Ltd.,Anshan 114000,China)

Liaoyang Wanli Mining Company has the complex blasting environment in magnesite ore.The scene adopts the digital electronic detonator.The company obtains the optimum delay time through experiment,optimizes the blasting delay time,effectively prevents the effect of bulk phenomena and the control blasting vibration generated during blasting on the surrounding environment and facilities,and reduces the blasting comprehensive cost,which can provide reference for similar electronic detonator.

electronic detonator;magnesite ore;open-pit blasting;blasting block;comprehensive cost

TD235.22+2

B

1671－9816（2017）11－0026－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.008

陈建.电子雷管在复杂环境下菱镁铁矿露天爆破开采中的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：26-29.

2017-06-22

陈 建（1991—），男，助理工程师，本科，从事采矿及爆破施工技术工作。

【责任编辑：陈 毓】