逐孔起爆技术在三道庄钼矿空区处理中的应用
邓秀艳，千海洪
(洛阳栾川钼业集团股份有限公司矿山公司，河南洛阳471542)
摘 要：高精度逐孔起爆技术在国外发展很快并且技术相对成熟，近几年国内矿山也广泛应用。三道庄钨钼矿从2003年引进至今，不仅在普通台阶的深孔爆破中大量使用，而且在形态相对复杂的空区中也推广应用，取得了很好的成效．值得在国内同类矿山中推广应用，同时也验证了高精度导爆管雷管在逐孔起爆技术的优越性。
1 引言
三道庄钨钼矿位于河南省栾川县，是世界第三大钼钨矿，该矿具有储量大、品位高、构造简单、可采性好的特点。20世纪60年代末至2005年底前该矿主要以地下采矿为主。为合理利用资源，20世纪90年代初开始露天建设，2006年7月形成3万t／d露天生产规模，属国内大型露采企业。三道庄矿区承担着洛阳栾川钼业公司的原矿供给，随着采剥工作台阶的下降，空区处理日益频繁。多年来，我们曾分别与多家科研院所和高等院校合作，通过对岩体机理性质的研究，确定了空区上部安全厚度(详见表1)空区跨度为10、15、20、25、30、35、40～50m的上部安全厚度分别为7、9．5、12、14、16、19、24m，并依据空区分布情况、空区高度、空区跨度等对空区进行了具体区域划分，对不同空区处理方案也不尽相同。本文所述是众多空区处理中的一次，此次复合空区处理是采用高精度逐孔起爆技术的工程实践。
2 逐孔起爆技术
2．1高精度导爆管的应用
逐孔起爆技术引进了中澳合资的orica高精度毫秒导爆管，该导爆管分地表和孔内两种。孔内毫秒延时导爆管往往选用16段400ms，地表导爆管的延时时间根据实际情况选用9、17、25、42、65、100ms等6种规格。由于连线时只需将地表和孔内导爆管压入连接块的凹槽内，施工方便快捷。同以往的普通导爆管的排间延时爆破相比，由于普通导爆管精度和段别不够，有时同段起爆孔数多达十几个甚至同段药量几乎达到5～10t，爆破地震效应及质点振动速度较大，尤其在空区处理及边坡部位，对空区及边坡的稳定构成很大威胁。应用orica高精度毫秒导爆管后，同段的炮孔数最多只有3个，且在不同的排列间，同一响的药量最大为单个孔的药量，大大减弱了爆破地震效应，质点振动速度远远低于允许值。
2．2逐孔起爆技术
逐孔起爆技术是指在爆区第1排自由面多并且适合爆堆整体移动的位置选择一个炮孔作为起爆点，第1排炮孔作为控制排，这个控制排为爆破建立孔问延时顺序，往后的起爆顺序由后返式雁行线上的地表延时控制，地表采用单导爆管或双导爆管连结，孔内采用400ms延时。爆区内处于同一排的炮孔按照设计好的延时时间从起爆点依次起爆，同时爆区排间炮孔按另一延时时间依次向后排传爆，从而使爆区内相邻炮孔的起爆时间错开，起爆顺序呈分散的螺旋状，即在爆破区域的水平面内，处于横向排和纵向列的炮孔分别采用不同的延时时间，但多数位于同一排或同一列的炮孔具有相同的延时时间间隔。从起爆点开始每个炮孔的起爆时间按孔、排间延时时间累加实现，相对于周围炮孔各自独立起爆，即爆区中任何一个炮孔在空间上均按照一定的起爆顺序单独起爆，整个爆破过程按某一起爆等时线向后推进。逐孔起爆网路的优点是：①每个炮孔的爆破临空面多，爆破夹制性小，破碎效果好；②爆炸应力波沿自由面充分反射，加强矿岩破碎；③相邻炮孔相互碰撞、挤压、增强矿岩二次破碎；④提高了铲装及运输的工作效率；⑤能有效地控制和减少地震波、冲击波和飞石等爆破危害的发生；⑥爆破方案可借助计算机辅助设计，选择好起爆点、控制排、孔间延时、列间延时，然后由电脑模拟爆破等时线、爆破的抛掷方向及同时起爆的孔数，画出炮孔的延时柱状图等，供设计人员及审查人员参考及修正，从而进行方案优选，选出最佳的爆破设计方案。
3 采空区爆破实例
该空区处理位于三道庄矿区C区中部的1366台阶和1378台阶，爆区东北500m处为1#破碎站和调度室，东南面700m为2#破碎站，西面1402水平是主要运输公路，东部为1378水平作业平台。
3．1空区概况
根据探测资料显示，爆破区内主要有1370、1350、八采区、1340四层空区，空区面积大、矿柱少、跨度大，高度高，且空区之间复合重叠，甚至相互采透，空区形态极其复杂。
1370空区位于1373～1379m标高之间，空区跨度16～19m，高度5．5m左右，最大高度6．2m，为扫描出的盲空区，面积约263m。，空区顶板至台阶面的原岩厚度约13m。
1350空区位于1345～1366m标高之间，高度6、8、10、14、17m不等，空区顶板距台阶面厚度为25～35m，顶板标高变化较大；空区内虽有4个较大矿柱支撑，但空区跨度相当大，跨度为40～60m，空区顶板连续暴露面积大；空区分布范围广，分别与下部八采区空区、1340空区重叠复合，面积1万m2。
八采区空区完全复合在1350空区下方，自东向西有1#～7#共7个采场。空区标高在1327～1355m之间，空区跨度为15～20m，采场之间留有5～8m的间柱，间柱盗采严重，相邻采场可能相互连通，空区顶板连续暴露面积增大。其中1#～3#采场为深孔采场，空区高度为20～25m，与1350空区相互采透；4#～7#采场为浅孔采场，空区高度相对较低，为13m左右，与1350空区之间隔层厚度约12m原岩，小于最小安全厚度。4#～7#采场进行回采时顶、间柱出现垮落，围岩已充填空场，空区实际高度不高。根据探测孔情况分析，4#采场空区高度为2m，证明4#采场基本被垮落废石填满。八采区北面为3个1327水平空区，为浅孔采场，高度为15m，跨度为18m，空区顶板距台阶面原岩厚度为48m，满足最小安全厚度的要求。
1340空区完全复合在1350空区下方，空区高6～8m，跨度28m，面积2000m2。1350与1340空区之间隔层原岩厚度为8～10m，小于最小安全厚度。本次爆破区内1370、1350、八采区、1340四层空区总面积为1．8263万m2，总体积为20．55万m3。空区赋存情况如表1所示。
3.2爆破参数
本次爆破分1366、1378台阶2个爆区。
1366台阶爆破区。炮孔直径140mm孔距5m，排距4m，孔深14.0～15.0m，均为梅花形布孔。其中最后1排孔为下向斜孔，倾角60°～80°，第1排孔孔距加密到4m，孔底距控制在3～4m。
1378台阶为空区处理爆破区。根据岩石硬度ƒ=10～15，以及空区处理要求确定孔网参数为：炮孔直径为250mm深孔孔距×排距为7.OmX 5.Om；孔深27～38m；孔直径250mm切割孔(在空区边缘使空区上方原岩与空区外围原岩分割的孔)孔距×排距为6.0m×6.0m，孔深38m；孔直径为140mm深孔孔距×排距为5.OmX 4.Om，孔深26～37m；均为梅花形布孔。
单孔药量计算第1排孔用公式Q= qwbaeh，其他排孔用Q=qabeh求得，在空区处理工程实践中，第1排单孔药量一般不进行计算而根据其他排孔单孔药量进行确定。后排孔的单孔药量为①炮孔直径为250mm的大孔药量Q=0．75 x 7．0 x 5．0 x1．15×28．0=845．6kg，其中q=0．75kg／m3；e=1．15；②炮孑L直径为140mm小孔药量Q=0．60×4．0 x 5．0×1．10×28．0=369．6kg，其中取q=0．60kg／m3，e=1．10。经装孔药量计算综合炸药单耗为0．7lkg／m3。其中1378台阶综合单耗为0．69kg／m。，1366台阶综合单耗0．73kg／m。。总装药量368978kg。
3．3爆破网路
本次爆破的1378、1366两个台阶的局部爆破网路如图1所示。1366、1378台阶2个爆区孔内均不分段，采用连续柱状装药结构和山东澳瑞凯毫秒延时导爆管起爆，网路为行列式地表逐孔起爆网路。本次设计控制排分别采用双发17ms和25ms毫秒导爆管传爆，普通排均采用42ms。毫秒导爆管起爆，孔内均采用400ms毫秒导爆管起爆。两爆区均采用由中间起爆的“V”型传爆网路，一次同时爆破。1366台阶起爆点设在649号孔处，1378台阶起爆点设在D14号孔处，直接与1366台阶733号孔用双发30m 400ms导爆管连接。例如：1378台阶第1排D12、D13、D14、D15、D16孔为控制排，D12与D13孔用17ms连接，D13与D14用17ms连接；D16与D15用25ms连接，D15与D14用25ms连接；D24与D13用42ms连接，D59与D45、D45与D23、D23与D16之间均用42ms连接；1378台阶D14孔先起爆，接着D13、D15、D12、D24、D16、D23等依次逐孔起爆。
1378台阶D14号孔爆破时，1366台阶炮孔地表网路传爆已经结束，下台阶地表网路不会受上台
阶爆破飞石损害；1366台阶爆破时，飞石运动速度远小于1378台阶地表网路传爆速度，网路不会受飞石损害，起爆网路可靠。
3．4 爆破安全措施
(1)在施工中安排专人现场监测本爆区和周边的地压活动情况，发现异常及时报告并撤离。
(2)在爆破施工期间，各现场施工人员必须严格按有关规定程序进行作业，严禁携带烟火进入爆区，安全保卫人员要阻止一切闲杂人员进入施工现场。
(3)装药、连线过程中严禁车辆和设备在爆区周围20m内运行。
(4)在空区安全厚度较薄的区域(1370空区)，用警戒带标示，并严格限制施工人数，要求2人运药、2人装药、2人充填，并交替作业。
(5)如发现危及人身安全的险情，应立即组织人员撤离。
3．5空区处理应急预案
在施工前，对参加本次爆破施工的全部人员进行一次爆破安全教育，对本次爆破区域的空区情况进行充分了解；地压监测人员对区域内及其周围地压进行连续监测；现场标出安全撤离路线，做到施工人员人人皆知。在装药期间若出现强降雨，装药应停止，所有人员撤离爆区；雨停后，装药工作恢复由指挥部根据实际情况，确定安全后再进行。为了保证本次复合空区处理工作的正常进行，特设立应急撤离领导小组。
4 爆破效果预测与分析
本次爆破中首先对高精度导爆管的准确延时时间进行了网路模拟，优化了网路结构，为确保此次爆破能顺利实施，在控制排均采用双发导爆管，确保安全准爆。1370空区顶板至台阶面的原岩厚度13m，厚度较小，以前曾多次对空区顶板至台阶面的厚度为12～20m的空区进行了成功处理，根据以往的经验，1370空区能有效处理。
1350空区、八采区1#～3# 采场、1340空区顶板距台阶面厚度26～40m，顶板厚度较大。本次爆破为两台阶并段同时起爆，台阶侧向坡面为26m，爆破侧向自由面充足；在网路设计时，起爆点在1350空区顶板上方，1350空区顶板崩落后能为八采区1#～3 #采场、1340空区深孔提供足够的侧向爆破自由面，能保证其顺利崩落，可以达到同时处理1350空区、八采区1#～3#采区、1340空区的目的。
预计爆区北面1370空区塌陷深度可达3～4m，1350空区塌陷深度可达4～6m，八采区1#～3#采场塌陷深度将达10～15m。在爆破区中部1350空区大矿柱位置将出现爆堆隆起。爆破附近各建(构)筑物质点振动速度用下式计算：
V=K(Q1/3／R) α
式中：v为质点最大允许振动速度，cm／s；R为测点到爆源中心距离，m；Q为装药量，即最大一段装药量，Q=1472kg；K为与炸药性质、爆破方式、地形地质条件有关的系数，K=131．70；α为衰减指数，α=1．983。
对距离爆区最近的1#破碎站(按R=500m)计算，质点振速为0．072cm／s(允许值为5 cm／s)；由此可见，本次爆破作业对1#破碎站无危害。
2009年6月10日下午4时成功起爆后，经现场认真观察，形成了长60m，宽40m，深4m左右的凹陷坑，表面块度均匀，无大块和岩根，取得了理想的爆破效果，对周围建筑物及设备安全均无影响。
5 结 语
本次爆破利用高精度导爆管雷管逐孔起爆技术与以往普通导爆管雷管相比有如下几点体会：
(1)以前采用的是大孔距、小排距的延时爆破，同段起爆药量大，有时达十几个炮孔同时起爆，爆破振动较大，爆堆不规整；后冲、前冲、侧冲都很大，且爆堆松散程度不好，不利于后序作业。
(2)以前为了确保爆破顺利，虽然多次采用复式起爆网路，但由于导爆管自身的段别局限及施工过程中孔位、孔深偏差，装药、连线过程中失误等原因多次出现未爆、早爆、炸断等问题。
(3)以前的爆破网路不能模拟，更不能确定爆破振动走向；采用高精度逐孔起爆技术后，上述弊端均得到解决。
(4)采用逐孔起爆技术爆破振动小，既对周围建(构)筑物无影响，也不会对其他空区造成破坏。
(5)因爆堆松散性好对以后工序较为有利。
根据多次采用逐孔起爆技术的应用实践，说明该技术在露天矿山空区处理中均可采用，鉴于该技术安全可靠、延时准确、可操作性好、爆破效果好、爆堆均匀等优点值得在其他矿山推广应用。同时还要加大深孔探测、采用先进的三维扫描技术更细致地摸清其他空区的赋存情况，为合理确定空区处理方案提供详实的基础资料。
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摘自《工程爆破》总第66期