逐孔微差爆破在吉劳露天矿的应用研究

张 豪 丘小强 孙明武 李鹏飞 BEAUCLAIR RAYMOND ZEMFACK

（1.福州大学紫金矿业学院；2.福州大学爆炸技术研究所;3.紫金矿业集团股份有限公司）

爆破作为矿山主要开挖手段，它的效果关系到矿山生产效率的好坏。若岩石块度较大，使得运输量较少，矿岩运输效率较低，输送途中还会磨损运输设备，减少寿命，故为了处理大块，需要进行二次爆破，这无疑增加了矿山生产成本。而逐孔微差爆破能够有效地控制爆堆形状，减少根底数量和大块率，还能降低地表振动、爆破飞石危害以及对边坡和保留岩体的损伤破坏等，促进开采、运输等相关设备效率的提高，成为矿山生产过程中重要的爆破方式之一。

1 逐孔微差爆破原理

合理的逐孔微差爆破通过设定的爆破时间，让各炮孔能在空间和时间上均按顺序逐个起爆，这可以利用好炸药能量，能够提供充足的自由面，增强岩石破碎质量。通过分析爆破过程，了解逐孔微差爆破的爆破机理有如下几点［1-3］。

（1）在先爆炮孔率先起爆后，其周围的岩石迅速向外抛掷，为后续炮孔生成新的自由面，最小抵抗线也得到减小，降低岩石之间夹制力，减弱爆破阻力。后续炮孔起爆后，还能通过它反射应力波，提高能量利用率，岩石进一步得到破碎。

（2）先爆炮孔率先朝自由面方向抛掷岩块，当后续炮孔起爆时，岩块抛掷速度较大，会在抛掷途中与之前的岩块相互之间发生剧烈碰撞，速度降低，使得岩块飞行距离也降低。最后岩块破碎度合适，爆堆的松散度也改善了。

（3）逐孔起爆是单孔起爆的，故减少了每段最大药量，降低了地震波能量，也可让各地震波之间相互干扰，相位相反，振幅错开，进而减弱地震波对周围环境的破坏作用，对地表的冲击是远低于同时起爆。

（4）后续炮孔在先爆炮孔产生的应力场还未消失时起爆，那么导致爆炸应力场的叠加作用，增大了应力波的破坏力度，从而显著增加岩石破碎。

2 工程概况

吉劳矿矿区位于南天山成矿带西段，大地构造上位于泽拉夫尚吉萨尔构造带北部。该构造带走向长250 km，宽3 540 km。区域地层以古生代地层为主，工程地质条件复杂，褶皱变形强烈，断裂构造发育，岩层结构复杂并伴随有花岗闪长岩体侵入，最高海拔为1 911 m。吉劳断层、库杜克断层、尤日内断层贯穿整个露天坑，结构面较多，岩性较差，在一些区域还含有大量的地下水，严重影响爆破施工以及最后的爆破效果。

3 爆破现状

目前吉劳露天台阶爆破，存在如下问题：①爆破振动过大；②由于钻孔不到位、底盘底抗线大或装药不到位等原因所造成大块根底过多（图1）；③爆堆无塌落度，爆堆较多或后排裂隙，没有形成爆堆，主要原因是延期时间不合理，底盘抵抗线过大、堵塞长度过长，单耗过小等；④爆破振动过大，孔网参数和装药结构不合理等原因所造成的边坡不平整。

4 工程应用

4.1 微差时间的选取方法

微差时间是逐孔微差爆破技术的关键，它的设计合理与否直接影响着爆破效果好坏。若微差时间选取过小，岩块还未抛出，后面炮孔就开始起爆，反而爆破振动得不到降低，根底容易残留下来，部分岩块相互之间还会过度挤压。若微差时间选取过大，能量过早衰减，岩石无法充分利用前孔的能量进行破碎，可能前排爆破产生的岩石已经停止运动，最后导致大块数量较多，爆堆松散度也较差。由此可见，合理的微差时间对于爆破生产是十分重要的。

（1）孔间微差时间。目前，合理的孔间微差时间多采用前苏联哈努卡耶夫的经验公式进行选取。该公式认为先爆药包起爆后，形成爆破漏斗的同时，被爆岩层与周边岩层之间产生0.8～1 cm贯穿裂缝，创造新的自由面，此时为合理微差时间［4］，即

式中，t1为弹性应力波传至自由面并返回所经历的时间，s；t2为形成裂缝的时间，s；t3为破碎的岩石离开岩体距离S的时间，s；W为最小抵抗线的长度，m；cp为纵波速度，m/s；R为裂缝长度，m，可近似取R=W；vt为裂缝的扩展速度，m/s，vt=0.05cp；L为产生裂隙的要求宽度，m，可取0.01 m；vs为岩体运动的平均速度，m/s。

（2）排间微差时间。采用平抛模型确定排间微差时间，平抛模型是在推墙假说的基础上建立起来的。岩石只有产生位移之后，才会为后续的爆炸提供补偿空间。爆炸中，岩石做抛物运动，且岩石移动的初始速度越大，在固定时间内，所提供的空间也就越大。据此，得到排间微差间隔时间计算的平抛模型［5］：

式中，b为排间距，m；ρ为爆堆松散系数；h1为底板上装药高度，m；g为重力加速度，m/s2；s为前冲距离，m。

4.2 逐孔爆破试验

（1）爆破参数设计。电子数码雷管在技术上可实现毫秒级别的延时起爆，通过对延时的调整使各炮孔的爆破振动波产生相互干扰，可以有效降低爆破振动。起爆顺序和延时时间很容易进行调整，操作便利；通过对雷管的检测，可以排查异常雷管，从而使得整个网络能够顺利起爆，不产生盲炮以及网络拒爆，可靠性强。因此使用电子数码雷管爆破，进行了6次试验，结合矿山实际情况，参数如表1所示。

（2）起爆网络（图2）。炮孔采用梅花形进行布孔，网络连接方式为逐孔起爆，通过式（1）和式（2）的计算，再结合吉劳露天矿的特点，确定孔间延期时间为17 ms，排间延期时间为42 ms，孔内延期400 ms。

4.3 爆破效果

爆破效果见图3～图5。

采用逐孔微差爆破方式后，相比之前的爆破效果，爆破后岩石块度与爆堆松散度明显更为良好，大块根底较小较少。监测发现，大块率减少了10%左右，铲装效率也提高了15%左右，岩块抛掷合理，后冲龟裂较轻。边坡稳定和坡面较为平整，地表振动减小。

5 结论

（1）通过优化吉劳露天矿台阶爆破，采用逐孔微差起爆技术，相比以前，矿山爆破效果取得切实的改善，爆堆外形有很大改观，松散度好，岩块抛掷距离合理，飞石控制良好，后冲龟裂较轻，缓解了根底多且大的情况。由实践证明了，采用合理的逐孔微差起爆技术是切实可行的。

（2）通过监测发现，矿区爆破工艺由逐排起爆技术改变为孔间17 ms、排间42 ms 延期起爆技术后，大块率减少了10%左右，铲装效率也因良好的岩石块度提高了15%左右。观察发现，爆破安全现状较以前有所改观，边坡稳定且坡面平整，改善了爆区岩体裂纹裂隙情况，能保证在良好的作业环境中开展后续工作，也利于进行最终边坡的处理，达到提高矿山经济效益、降低成本的目的。