数码电子雷管在水厂铁矿深孔爆破中的应用

蔡文华 尹芝足 康福军 关晓锋

（首钢集团有限公司矿业公司水厂铁矿）

数码电子雷管是一种以电子芯片作为延期元件的新型雷管，内置雷管身份信息码和起爆码，安全性更高，公安部门要求自2020年开始，露天矿山停止使用非电导爆管雷管，全部改用数码电子雷管。数码电子雷管相比非电导爆管雷管，具有精准控制、微差时间任意可调、联网检测、密码起爆等技术性能特点，在减少爆破震动、提高爆破效果等方面具有独特的技术优势［1-5］。

随着电子雷管全面替代非电导爆管雷管，如何利用更加精准的起爆微差时间有效控制爆破前冲、爆破后冲、提升爆破能量利用率，进而提升爆破质量，成为必须解决的问题。因此，水厂铁矿对数码电子雷管合理起爆微差时间的确定进行了爆破试验研究。

1 工程概况

水厂铁矿于2019年11月购进山西壶化集团生产的数码电子雷管，雷管材质为铝壳，直径7.0 mm，长度80 mm；脚线静拉力35 kg 以上；延期时间范围为0～5 000 ms；延期误差1 ms；防水性能为30 m 水深、72 h，且对雷管的地表连接装置做了防水密闭处理。于11月16 日，在北区采场沟底-230 m 水平有水环境通过100 发地表检测试验，发现该类电子雷管在防水性和抗拉性上存在缺陷，随后要求厂家进行了提高防水和抗拉防磨的改进；到2019 年12 月底，完成了1 000 发雷管的工业应用试验，试验结果雷管性能稳定、无拒爆，雷管抗拉、抗砸能力适应机械化炮孔填塞的需要，爆破人员熟练掌握了基本应用技术和流程。

国产数码电子雷管广泛应用前，水厂铁矿多排孔微差斜线起爆一般使用普通非电导爆管1～8 段，通过不同段别地表管和孔内管进行组合起爆。逐孔起爆采用国产高精度雷管，孔内管为400 ms，地表管为17，25，42，65，100 ms，通过孔外地表延期的方式进行联线，使得炮孔按照合理顺序逐一起爆。使用国产普通和高精度非电导爆管雷管进行深孔台阶爆破，受段别、精度限制，在通过优化微差时间控制爆破前冲和后冲、提高爆破质量等方面受到限制。如在爆破前冲控制上，因微差时间相对固定，导致爆破前冲控制误差大，无法满足控制爆破需求；前期使用非电导爆管雷管控制爆破后冲难度大，为提升爆破质量，有时后冲达到7～9 m，增加了辅助设备处理接爆区的工程量，同时增加了爆破质量风险；在岩石节理裂隙发育部位，起爆微差时间不合理，会导致爆破能量利用率低、大块率升高。

2 试验思路

为加快试验进度和提高试验结果的准确性，试验采用爆破分区原则，即根据可爆性进行分组，条件基本类似的爆区分为一组。如Ⅱ组试验爆区的地质条件为正变质岩系的混合花岗岩，普氏系数f=8～10，可爆性分级为Ⅱ级中等。该组试验爆区采用310 mm直径的炮孔，爆破段高15 m，采用的爆破参数除微差时间外其余保持一致。

（1）深孔台阶清碴爆破，选取17～125 ms 不同的代表性微差时间值进行试验，爆破后测量统计整体平均前冲距离，分析孔间、排间微差时间与前冲距离之间的关系。

（2）深孔台阶压渣爆破，选取15～150 ms 不同的代表性微差时间进行试验，爆破后测量统计平均爆破后冲距离，分析孔间、排间微差时间与后冲距离之间的关系。

（3）深孔台阶压渣爆破，选取15～150 ms 不同的代表性微差时间进行试验，爆破后大块率按照一个电铲采掘带宽度统计，分析微差时间与大块率之间的关系。

3 试验爆破参数

以Ⅱ组为例，穿孔设备为YZ-55型牙轮钻机，孔径D=310 mm，试验爆区岩石f=8～10，爆破阶段高度H=15 m，超深h=2.5 m，孔网采用边长9 m的正三角形布孔。

3.1 深孔台阶清渣部位爆破参数

爆破规模40～50 孔，爆破排数3～4 排，清渣底盘抵抗线W=9 m，采用逐孔起爆的方式进行爆破，平均炮孔填塞长度l=9 m，单孔装铵油炸药Q=550 kg，炸药单耗q=0.19 kg/t。在上述爆破参数保持一致的情况下，不同试验爆区炮孔孔间微差时间分别按照17，30，42，55，65，80，100，125 ms 进行设置，进行爆破效果对比试验。为加快试验进度，以原来没采用过且无历史跟踪数据的30，55，80，125 ms共4种微差时间为重点进行试验。

3.2 中深孔压渣部位爆破参数设计

爆破规模40～50 孔，爆破排数3～5 排，压渣厚度不小于15 m，压渣底盘抵抗线w=8 m，采用逐孔起爆的方式进行爆破，炮孔填塞长度l=8.5 m，单孔装铵油炸药580 kg，炸药单耗0.2l g/t。在上述爆破参数保持一致的条件下，每个爆区炮孔排间微差时间分别按照17，30，42，50，65，80，100，125，150 ms 进行设置，进行爆破效果对比试验。为加快试验进度，以原来没采用过且无历史跟踪数据的30，55，80，125，150 ms共5种微差时间为重点进行试验。

4 爆破效果分析

4.1 清碴爆破效果

水厂铁矿通过试验研究，发现中深孔台阶清碴爆破前冲距离主要与炸药单耗有关。此外，还与前排炮孔孔间微差时间有关。如Ⅱ组试验中，炸药单耗按照松动爆破取小值，选取不同的孔间微差时间，统计整体爆破前冲距离，发现前排炮孔孔间微差时间对爆破前冲有较大影响。如图1所示。

同时还发现，虽然中深孔台阶清渣爆破增加孔间延期时间，能够在一定程度上减少爆破前冲距离，但是大块率却相应增加，如前排孔间延期时间设置35～45 ms的微差时，前冲约为段高的2 倍，爆破前冲大块较少，爆破质量好；前排孔间数码雷管延期时间设置100～125 ms 的微差时（改变起爆方向），前冲约为一倍段高，但爆破前冲大块较多，爆破质量较差。孔间微差时间对爆破大块率的影响如图2所示。

4.2 压碴爆破效果

水厂铁矿通过试验研究，发现中深孔爆破后冲距离主要与后排孔装药单耗有关系，此外，还与后排孔排间延期时间有关，如图3所示。

国内爆破经验认为，一般情况下，压碴爆破较清碴爆破前排减少大块产出率20%～30%，主要原因是由于前面有碴堆阻挡，包含第一排孔在内的各排钻孔都可以增加装药量，并在碴堆的挤压下充分破碎。水厂铁矿通过试验研究，发现中深孔爆破大块率除与压渣厚度、孔网参数、超深、炸药单耗、岩石硬度、装药结构及填塞高度有关外，还与炮孔排间微差时间有关。试验表明，合理选取排间微差间隔时间，可以有效果降低爆破大块率。如Ⅱ组试验中，增加后排排间延期时间控制后冲效果明显，但延期时间偏长时，会影响爆破质量，造成货源硬、大块多，排间微差时间选取为50～60 ms 时，可见爆破后冲距离控制在5～7 m，微差挤压爆破效果相对较好，大块率相对其它微差时间有所降低，如图4所示。

5 结论

（1）增加数码电子雷管的延期时间能够在一定程度上减少爆破前冲距离，水厂铁矿孔间微差时间较前期调整了25～40 ms，在一定程度上有效控制了爆破前冲距离。

（2）在其他爆破参数不变的情况下，孔间微差时间较前期调整了5～15 ms，排间微差时间调整了15～30 ms，后冲距离由之前的7～9 m 减少至5～7 m，有效控制了爆破后冲。

（3）采用压缩多排孔微差间隔时间提高爆破能量利用率的方法，改进了水厂铁矿节理裂隙发育部位的爆破质量，大块率降低30%以上，提高了深孔爆破效果。