电子雷管微差爆破技术在莱新铁矿的运用

李林仲

(莱芜莱新铁矿有限责任公司，山东 济南 250000)

0 引言

莱新铁矿位于济南市莱芜区牛泉镇境内，现隶属于鲁中矿业有限公司。目前生产中段提升至-205 m中段及其以上，距离地表直线距离不足400 m，地表村落密布，建构物繁多，人群密集。继续沿用成熟的采矿工艺，爆破震动问题日益凸显，周围群众反映日益激烈。如何做到减震、提升爆破质量、降低一次爆破大块率，成为工程技术人员的一个重要课题。结合爆破理论，实验运用电子雷管精确控制起爆的技术，阐述其研究过程和实践效益。

1 采矿方法结构参数

矿房结构布置及参数：长度40 m，宽度10 m，高度50 m。矿房垂直矿体走向布置，不留底柱，不留顶柱，矿房直接采到上中段的底板。矿房底部出矿进路间距8 m，分段高度选择17 m(见图1)。

图1 阶段空场法采矿方法示意图

2 主要的爆破材料性能参数

2.1 粘性粒状炸药

粘性粒状炸药属于一种多孔粒状硝铵类炸药，主要成分：粘合剂2%～4%，硝酸铵15%～20%，多孔粒状硝铵70%～80%，柴油2%～4%。爆炸性能：装药密度1.02 g/cm3,爆速3 600～3 800 m/s,猛度16～18 mm。

2.2 数码电子雷管

数码电子雷管即采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管。可直接起爆具有8号雷管感度的各种炸药。延期时间设置方式为现场设置，延期参数中最小时间间隔为1 ms,延期范围为12 000 ms。延期时间不大于150 ms时，误差不大于±1.5 ms；延期时间大于150 ms时，相对误差不大于±1%。

3 爆破参数的确定及中深孔设计

1)炮孔直径：莱新铁矿现有的中深孔设备为YGZ-90气动凿岩机，据其确定合理的凿岩孔径为d=65 mm。

2)边孔角选取30°。

3)炮孔孔深：根据矿山阶段矿房的结构参数，确定了上向扇形炮孔孔深为4～18 m范围。

4)最小抵抗线W(扇形中深孔排面距),孔底距a[1]。莱新铁矿的矿石较坚硬，根据矿房的结构参数，单分段的高度达到17 m。查阅现代采矿手册，选取经验公式：W=(23-30)×d，得出最小抵抗线W的取值范围1 495～1 950 mm。经过前期的对比试验，分别取1.5、1.6、1.7、1.8 m的W值进行试验，得出最优结果为1.6 m。因此确定莱新铁矿的W=1.6 m。查阅现代采矿手册和生产试验检验确定孔底距a=(1.0-1.25)×W，即在1.6 m至2 m间，爆破效果较理想。

5)根据确定参数设计计算，一排扇形的中深孔为15个，单孔长度为4～18 m不等，总孔深为120～150 m之间。单孔装药量，炮孔直径d=65 mm，装药密度ρ=1.02 g/cm3，炮孔长度L=4～18 m，炮孔装药系数=0.8，通过计算单孔装药为10～50 kg，单排装药量为320～400 kg。

6)安全的爆破震动最大同时起爆药量。查阅爆破安全规程(GB 6722-2020)第6.2.3款规定：爆破振动安全允许距离，可按下式计算：

式中：R—爆破振动安全允许距离m，在上文论证-205 m中段作业距地表不到400 m，安全起见取值300 m；Q—一次爆破装药量，kg；V—保护对象所在地质点振动安全允许速度，单位为cm/s，根据莱新铁矿的地质构造和地表村落密布，建构物繁多，人群密集的特点，保守取值较高安全等级为0.5 cm/s；K、a—与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

对照该矿地质条件查阅手册K=250，a=1.8，通过以上反算得：Q=108 kg。

通过上述5、6点的论证，莱新铁矿可实现精确逐孔起爆技术实现近地表爆破作业的安全生产。

4 数码电子雷管微差爆破实验实施

1)微差爆破又叫毫秒爆破，是一种延期爆破以毫秒为单位的间隔延期爆破技术。由于前后相邻段药包爆炸时间间隔极短，致使各药包的能量场相互发生叠加而提升了爆破破碎效果。前期莱新铁矿采取普通的微差导爆管雷管，由于延期时间间隔难以准确控制，爆破时地表的震感仍旧十分明显，同时爆破质量很差，爆破大块率高达45%以上，严重制约了生产效率。为此我们考察后选定数码电子雷管作为实验研究。

2)微差爆破的作用原理[2]。国内外许多学者对微差爆破的破岩机理进行了实验研究，提出了诸多论点，但还难以有一个统一的认识，目前比较权威的主要有这种假说：①应力波干涉假说；②自由面假说；③岩块碰撞假说；④残余应力假说。论文只借助这些假说的理论指导实验参数设置，不对具体原理进行深入研讨。

3)微差间隔时间的确定。

a)理论计算。根据前苏联矿山部门提出的经验公式：

Δt=KW(24-f)

式中：Δt—保证岩石有效破碎的最优延迟时间，ms；f—岩石普氏硬度系数，莱新铁矿取8；W—底盘抵抗线m，根据上述中深孔设计取1.6 m；K—岩石裂隙系数，莱新铁矿裂隙发育的岩石取0.9。

通过计算得Δt=23.04。

b)试验检验。国内一般矿山爆破工作中实际上采用的微差间隔时间为15～75 ms。选取莱新铁矿的同一地点的中深孔，设计施工参数完全一致的排面进行试验测试。采取逐孔顺序起爆，时间间隔分别为10、20、30、40、50、60、70、80 ms。最大单孔装药量为48 kg，总装药量为360 kg。爆破时地表感观震动都不明显，符合爆破减震安全要求。但爆破后大块质量差别明显，其中20 ms和30 ms的时间间隔大块率相差不大，比较低；10、40、50、60 ms时间间隔大块率明显上升；70 ms和80 ms两组时间间隔大块率不仅明显上升，爆破后的排面明显出现凹凸不平“留根”现象。第二次试验分别取20、25、30 ms进行同样的爆破观察，整体大块率和地表震动率仅凭感观无法确定孰优孰劣。

通过以上理论计算和试验检验选取孔间间距为25 ms作为莱新铁矿逐孔起爆的微差爆破时间间隔。

c)排间微差起爆时间间隔确定。根据莱新铁矿生产组织特点，单次爆破单排矿量，不能满足生产需要。合理的爆破量需一次同时爆破三排矿量。因此莱新铁矿在逐孔起爆的基础上扩展到3排同时起爆。排与排的时间间隔分别取100、200、300、400、500 ms，进行对照试验。通过试验观察，当时间间隔为100、200 ms，尽管爆破的大块率明显下降，爆破质量进一步提升，但是地表震动感观明显觉知，减震效果下降。当时间间隔为400、500 ms时地表震动感观不明显，但是爆破大块率提升，爆破质量下降。因此通过多次试验检查观察，选取排间隔为300 ms比较合理。

d)一次起爆参数的确定。通过以上推导论证，形成莱新铁矿的一次起爆的爆破参数为：一次爆破炸药总量Q控制在1 200 kg以下，单孔的最大装药量q控制在50 kg以内；同一排逐孔起爆孔的微差时间间隔为25 ms；相邻排起爆微差时间间隔为300 ms。总的起爆延迟时间为1 725 ms以内。

5 结语

引进数码电子雷管，通过不断的试验检验观察，解决了莱新铁矿“近地表”采矿爆破震动大和大块率高的问题，试验精确微差控制爆破技术。但以下两点有待后续研究论证：

1)由于缺乏精密检查仪器测试相关数据，爆破震动大小仅凭人为感观觉知，难以区分更细微的微差变化，带来爆破震动大小的变化优劣。

2)爆破后的大块率变化也是观察判断得出，缺失科学的统计数据论证支撑，带来试验误差量较大。