数码电子雷管在露天矿中深孔预裂爆破中的应用

徐荣兴，秦志辉

（鞍钢矿业爆破有限责任公司，辽宁鞍山 114044）

数码电子雷管实现了火工品的闭合管理，相比塑料导爆管具有安全系数高、管理环节方便、使用安全性能高、提高生产效率、社会危害系数低等优势。为配合全面推广使用数码电子雷管，实现传统雷管与电子雷管有序更替，并发挥电子雷管在露天深孔爆破中控制爆破振动、改善爆破效果等优势，弓长岭露天项目部提出由数码电子雷管替代塑料导爆管和导爆索进行中深孔预裂爆破试验方案。

预裂爆破是指沿着开挖边界布置密集炮孔，采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破之前起爆，形成贯穿裂缝，以减弱主体爆破队保留岩体的破坏，使开挖面光滑平整的爆破作业。为了以最小成本实现边坡安全、稳定，合理有效的实施边坡控制爆破，设计方案采用空气间隔装药预裂爆破技术。

空气间隔装药结构一般由雷管、孔底药包、中部药包、和空气间隙组成。空气间隙是通过在炮孔内放置气体间隔器形成的，以便使填塞柱保持一定高度。气体间隔密封炮孔以产生1 个密闭腔，有利于爆炸冲击波和爆轰气体的作用，爆破冲击波在到达堵塞物或孔底后又返回到孔内间隔空气中，在冲击波的反复作用下，炮孔周围应力场得到增强，应力波作用的时间延长。爆炸应力波与高压气体的联合作用，使预裂孔孔间连线两侧形成拉应力集中区，连线方向产生很大的拉应力，使相邻炮孔间岩石受压，预裂孔连线方向形成裂隙并连接成缝[1]。

1 工程概况

中茨铁矿位于弓长岭二矿区的东南区，西侧为井下铁矿中央区，东侧为露天铁矿独木采区，北侧为上含铁带的大砬子采区矿区属山丘地带，东南区矿体最高露头为大砬子。矿床西北端以寒岭断裂（F）为界，东南端到30 剖面，长4 850 m，宽750 m，全区面积3.6 km。弓长岭铁矿床二矿区位于弓长岭背斜的北翼，岩层走向120°～160°，倾向NE，倾角60°～85°。

矿区内岩体为混合岩，主要为弓长岭混合花岗岩，广泛分布在上下含铁带两侧，与鞍山群茨沟组呈混合交代接触关系。岩浆岩较少，有伟晶岩、长英岩、石英脉及基性侵入岩等，均成脉状，产于变质岩系或混合岩中，断裂构造发育。矿石普氏硬度系数f=12～14，岩石普氏硬度系数f=8～12。

由于中茨露天矿区北帮的边坡风化严重，岩体较破碎，导致容易引发落石与滚石伤害，对下方采矿工程造成很大的安全隐患。目前矿区北帮主要开采部位在400、388、376 m 等几个水平。岩石主要是绿泥云母片岩、斜长角闪岩及下部混合岩等组成，其中绿泥云母石英片岩，垂直层理抗压强度为73.4 MPa，平行层理抗压强度为86.7 MPa。

2 预裂爆破实施方案

2.1 预裂爆破工艺参数

钻孔施工过程中要严格控制钻孔质量，钻孔精准是预裂爆破达到理想效果的关键。钻孔质量控制包括测量放样、钻孔角度、钻孔深度及超深等[2]。

在实际应用中，一般孔径越小则半孔率越高，但为保证穿孔效率，大型露天矿山常采用孔径为110～150 mm 的潜孔钻机钻凿预裂孔，并采用径向不耦合装药结构。实践证明只要调整相邻炮孔的距离或孔内装药量便可达到成缝的目的[3]。

1）炮孔直径。根据矿点实际情况，钻孔设备为TQ458B 型潜孔钻机，有孔径为180、115 mm 2 种钻头。为了保证半孔率，设计预裂孔采用115 mm 孔径，垂直钻孔。

2）炮孔间距a。根据选定的孔径按一定的比值选取孔距，一般可取钻孔直径的7～12 倍，完整坚硬的岩石取大值，软弱破碎岩石取小值。最佳的钻孔间距不只是1 个，而是在1 个合理范围内变动[4]。即：805～1 380 mm。根据地质条件、岩石破碎程度等情况，取钻孔间距a=1 200 mm。

式中：a 为钻孔间距，mm；d 为钻孔直径，mm。

3）不耦合系数。炸药使用2 号岩石乳化炸药，药卷规格：φ90 mm×450 mm，3 kg/卷，不耦合系数为1.28。

4）预裂孔孔深L。炮孔深度L 计算得L=13 m。

式中：L 为炮孔深度；H 为台阶高度；12 m；θ 为台阶坡面角，取85°；△h 为超深，考虑钻机钻孔作业及测量误差，取超深为1 m。

5）线装药密度q。由于预裂炮孔深，底部夹制力大，要使预裂缝贯穿质量好，阻震效果佳，在预裂炮孔底部一定范围内应加大装药量，孔深大于10 m时，增加3～5 倍线装药密度[5]。为了保证爆破效果，有效的避免根底和大块的产生，实际施工底部装药长度取值1.8 m，线装药密度q 取6.67 kg/m，现场实际预裂孔底部加强部位装药量为12 kg，中部正常装药段装药量为6 kg，预裂孔单孔总装药量为18 kg。本次预裂爆破预裂孔共计23 孔，同段起爆药量为414 kg。

式中：q 为线装药密度，kg/m3；σY为岩石抗压强度，kg/cm2；d 为钻孔直径，m。

6）预裂孔填塞长度。为了避免孔口大块的产生，孔口填塞长度常取炮孔直径的12～20 倍，由于工作面有一定厚度浮渣，类比其他同类工程，实际施工中填塞长度取2.5～3 m。填塞为孔口岩粉，不含碎石，确保填塞长度和密实，保证填塞质量。

7）预裂孔空气间隔装药结构。过往工程应用发现，通过采用在炮孔中置入空气间隔段的方式，形成空气轴向不耦合装药，能够使炸药能量得到合理的利用，能够减少根底和孔口大块，爆破后块度均匀，有利于电铲及卡车铲装作业，提高铲装效率[6]。空气间隔装药技术能够有效的延长爆轰波作业时间，降低爆破冲击波的峰值压力，减少了炮孔周围岩体的过度粉碎，填塞柱使空气冲击波降低到最小[7]，使得直接作用于炮孔壁的初始脉冲压力大幅度降低，产生大量的裂隙，之后高温高压的空气和爆炸气体同时做功，数倍延长各炮孔间的共同作用，促进爆生裂隙的进一步发展，实现较好的预裂效果[8]。首先使用2 号岩石乳化炸药对底部加强装药段进行装药，期间将华丰数码电子雷管与起爆具组成起爆药包下放至药柱中部，在现场施工装药过程中，可以使用绑绳将药卷逐个缓慢下放炮孔底部，避免直接垂直下放药卷，导致药卷间的挤压变形，保证了装药长度和径向不耦合系数，达到空气径向不耦合装药的目的。完成设计炮孔底部加强段装药后，把提拉式气体间隔器下放至孔内距离孔口8 m 位置处，然后提拉间隔器的测绳，使其充气膨胀，待充气完全后继续正常段装药，再下第2 套起爆药包，装药完成后，在距离孔口2.5～3 m 的位置下放第2 个气体间隔器，最后用孔口细岩渣填塞炮孔。预裂炮孔间隔装药结构如图1。使用提拉式气体间隔器间隔装药可以根据设计孔深，按间隔器米绳数字将间隔器精确下放至间隔位置，保证装药的精确性。预裂孔内2 组起爆药包配2发数码电子雷管，保证所有预裂孔内药包同时起爆，这样就完成了轴向不耦合装药。

图1 预裂炮孔空气间隔装药结构示意图

2.2 主爆孔与辅助孔孔网参数

1）主爆孔孔网参数。台阶高度12 m，炮孔直径为180 mm，孔网参数为5 m×4.5 m，三角形布孔，超深2 m，孔深14～14.5 m，填塞长度5 m，采用现场混装车装填乳化铵油炸药，装药结构为连续耦合装药结构。炸药密度1.16 kg/m3，装药长度9～9.5 m，单孔装药量，265.5～280.3 kg，每孔内2 发电雷管和2发起爆具。本次预裂爆破主爆孔孔数为19 孔，主爆孔总设计装药量为5 230.7 kg，单耗为0.39 kg/m3。

2）辅助孔孔网参数。在我国矿山采用垂直预裂孔爆破中，较多采用的是在主炮孔和预裂孔之间只布设1 排辅助孔。辅助孔孔间距是正常主爆孔的1/2～2/3，实际施工中取2/3，3.5 m；辅助孔与预裂孔排间距为1.5～2.5 m，实际施工取2.5 m，辅助孔与主爆孔的排间距是正常主爆孔的1/2～2/3，实际施工取主爆孔的2/3，3 m。辅助孔孔深14 m，超深2.0 m。采用连续装药结构，同主爆孔使用乳化铵油炸药，装药量为正常深孔爆破药量的1/2，最多不超过2/3[9]，单孔装药量132.8～186.9 kg，填塞高度7.7～9.5 m。本次预裂爆破辅助孔孔数为6 孔，辅助孔设计总药量为902.4 kg。预裂爆破示意图如图2。

2.3 起爆网路

图2 预裂爆破布孔示意图

为了取得好的爆破效果，减小爆破振动，主爆孔设计孔间延时25 ms，排间延时65 ms。辅助孔起爆时间在临近的正常炮孔之后，延期时间同正常炮孔。预裂孔同时起爆为0 ms，起爆时间早于主爆孔100 ms。孔内用华丰数码电子雷管与起爆具组成起爆药包，孔外采用电子雷管专用双股铜母线进行孔外网路连结起爆。起爆顺序为预裂孔-主爆孔-辅助孔。爆破网路各炮孔起爆网路顺序如图3。

图3 起爆网路顺序示意图

2.4 爆破效果

经过精心组织设计与施工，预裂爆破取得了良好的效果。经过现场检查及测量，爆后效果如下：

1）爆堆隆起高度、前冲距离等符合要求，爆破后岩石块度均匀、无大块。

2）爆堆后部形成1 条0.5 m 左右宽度的沟槽。

3）台阶上部无后冲、浮石与伞岩，保留岩体未受到扰动，不平整度小于±15 cm。

4）爆破后在岩壁上留有清晰明显可见的半壁孔痕，坡面较平整光滑。

5）爆破震动破坏降低明显，保证了安全生产。

3 结语

与传统导爆索网路相比，使用数码电子雷管加空间隔装药方案不仅施工简便，而且在降低爆破振动、噪声、爆破大块率等方面效果显著，改善了露天矿爆破效果，降低了爆破和采运成本。

相对于地表、孔内非电网路，数码电子雷管可以可以根据岩石及地质条件、孔网参数的变化，现场调整以1 ms 为单位编码设定雷管延期时间，延时精度高、使用安全、操作便捷、能完全避免非电网路雷管跳段的可能性，基本杜绝了炮孔盲炮和拒爆现象，确保爆破安全施工，使爆破控制技术更加科学、可控与精确。