控制炸药损耗及降低矿井水中氨和硝酸盐含量的实用方法.pdf

筠， 硝 ， ， 药 掘耗， 控制炸药损耗及降低 矿井水中氨和硝酸盐含量的实用方法 摘要 多数工业炸 一 秘飙 药 价 廉的一种炸药 ，但它易溶于水，井析出氮和硝酸盐 。文中论述启用严密 的炸药管理程序可以降低炸药的损失 。 另外 -在贮存 ，爆破设计 ，装药等方面采取措施 ．也可控制炸药损失．并可降低水中氨和硝酸盐的含量 减少 环境污染量。 1 氨 和硝酸 盐的毒性 水 中含有 浓度较低 的氨 就会 对鱼 类造成 很大的危害 ，尤其是鳟鱼类 。氨的毒性是随 P H值和温度的高低而变化 。一些研究者发 现 ，在较低温度和较低 P H值时 ，游离氨的 毒性则增加 。氨的水溶液有两种形态 不带 离子 电荷的游离氨 { N H3 及带有正电荷的 铵 N H 。两种形态中以游离氨的毒性较 大 。美 国环境保护局 { E P A 的环境水质量 标准 游离氨为 0 ． 0 2 reg a l 。至于美 国矿山 ， NP DE S允 许 管 道端 废液 中总氨 N的标准 为 l o re g ／ L。E P A的饮用水硝酸盐含量标准 氮 N O 3 一N为 l O re L。在温血 动物 中 ，肠 胃道 中的硝酸盐 可分解 为亚硝酸盐 。亚 硝酸 盐 进入血 液 中 ，可直接与 血红蛋 白起反应 产 生正铁血红蛋 白，削弱氧的输送 。 2 水 中氨 和硝酸盐的来源 多数矿山已认识到．水中氮和硝酸盐含 量与透水岩石 中未爆炸药的数量，有着直接 的关系 。大多数工业爆破剂含 7 0 ％～9 4 ％硝 酸铵 。铵油炸药是使用最普遍的爆破剂 ．一 般为 6 ％的 2 号柴油和 9 4 ％硝酸铵 的混合物 重 量比 。铵油炸药 易溶于水 ，并析出氨 和 硝酸 盐 。乳 化炸药 和水胶炸 药也含有 大量 的 硝酸铵及能将硝酸盐渗滤到地下水中的具有 氧化 性 的盐 类 。根据 炸药成 分 ，不同炸药硝 酸盐的渗出率变化很大 。在加拿大魁北克省 麦 克马 斯特 维 尔的 I c I 公 司炸药 技 术 中心 进 行 的试 验 ，硝 酸盐 的渗 出率是 根据 以下情 况 制定 的 ①标 准铵油炸 药 ；② 防水铵 油炸 药 加有 防水添加剂 ；③具有雷 管感度水 胶炸 药 ；④起 爆第三 的乳化 炸药 。 表 1为炸药在不同作用时间内具有雷管 感度硝酸盐渗滤累计表 。 表 i 各种炸 药 的硝 酸盐渗 滤率 ％ 注当 2 5 ％的硝酸盐被蓿解时．炸药可能不易起爆。 和预料的一样 ．乳化炸药 不象铵油炸药 或水胶炸药那样容易地析出硝酸盐 ，因为硝 酸铵是含在油相{ 或石蜡 包裹 的水相 中， 渗出率很低 。因此，当水接触未爆炸药时， 硝酸铵是被不透水的油和蜡的包裹体保护着 。 尽管其渗出很慢，若水的作用时阃过久，乳 化炸药也可能产生相当的硝酸盐和氨 ，相比 较 ，流出来的铵油炸药会很快地溶于水中并 析出氨和硝酸盐 。浸在水中的任何一种炸药 不断地泄露 ，每 日析出的硝酸盐和氨不断地 流 入水 中 ，总 的流入 量是很 大 的 。袋装炸药 的硝酸铵渗 出率根据 包装袋 的完整程 度而有 所不同。有些未爆炸药的包装袋是在爆破时 被强烈的岩石移动振破 。虽然包装袋破裂了 控制炸药损耗及降低矿井水中氮和硝酸盐含量的实用方法 维普资讯 还 是有 从崩落岩 石 中收回炸药 的司能 。硝 化 甘 油炸药 虽可 防水 ，根据其 组成也 会程度 不 同地 渗滤氨和硝 酸盐 。 在地下金属矿山，当未爆炸药与水泥填 料或水泥浆中排 出的碱性水混合时，也会产 生有毒的氨气 。这是氪从炸药中流出的又一 原 因 。 根据 上述 分析 结论 无论是现 场混装炸 药还是袋 装炸药 ，对炸药 的损失都 必须加 以 控制 。 3炸药损耗 的管理 散落在地上或崩落岩石中的未爆炸药， 有着多种情况 。首先，粗心 的搬运 、 贮存和 装药过程可能散落大量的炸药，尤其在使用 散装炸药时 。劣质的钻孔和装药也能 留下大 量未爆的炸药 。较早起爆产生的岩石移动常 使装药发生破裂 。孔网 、填塞或孔 口长度 、 炸药 选择 、起爆方 法和 延时 ，这些是爆破 设 计的要素 ，通过调节这些要素控制炸药拒爆 或故障 。 1 9 9 1 年在美国华盛顿州斯波坎的西北采 矿学会大会上提交的一篇论文中，作者论述 了加拿大三座独立的地下矿 山水监测事例 。 在三个事例中，在采后严密的炸药管理程序 后 ，矿山水中氨的含量至少降低了 5 0 ％。 3 ． 1 贮存 及搬运 管理 在露天和地下采矿中，铵油炸药和散装 乳化炸药在贮存 、运输或装药过程中总会有 散落 。由于装药车的车厢 、贮藏罐及输送螺 旋部分设计的不合理 ，散装铵油炸药一般也 会散落 。而散装乳化炸药的散落，常见部位 是在贮罐出口和泵选区。维护人员在炸药运 送管理过程 中起着重要的作用，他们应该懂 得，必须有序地管理所有的贮仓 、贮罐 贮 藏车及装药设备 ，以防止炸药流失，同时维 护人员懂得防止炸药流失可大大减少事故发 生的重要性 。然而，没有一种训练水平能完 全防止 炸药 流失 ，因而 重要 的是研 究不 易流 失 的容器 和清 理 方法 。为 了控 制 炸药 流 失 ， 有些露天矿山把散装炸药料箱置于混凝土容 器罐 中，或是在贮罐和贮仓周围用石块砌成 平台。炸药厂通常都能提出清理流失炸药和 设备保养的建议，他们还在各个区域配有专 门的流动清扫人员和设备维护人员 。 3 ． 2 爆破 设计研 究 为了安全 、环境和 经济 的缘 故 爆破设 计应当包括保证所有的炸药全部起爆的措施。 经分析 ，不论是装药孔或部分装药孔发生故 障，均被视作是拒爆 。对某些拒爆的发生相 应 的采 取了预 防措施 。 3 ． 2 ． 1 预 防切断 我 们不能控制地 下情 况 ，但是我 们能 控 制孔网、装药和起爆方法。在软弱面或有节 理的地区，由于先起爆装药孔的气体和振动 会使邻近的未爆孔的岩石产生移动 。当岩石 穆动时，会使孔中的药柱分离或切断 。不含 高能起爆体的这部分药柱将发生拒爆 ，因而 这部分 炸药便是 氨和硝酸盐 进入 地下水 的原 因之一 。采用多路孔内微差起爆方式可防止 这样 的拒爆 图 1 。 图 1 防止岩石穆动拒爆的 多孔延时起爆图 一 些故障的产生，是由于相邻孔或各排 孔之间延迟时间过长造成的。在这种情况下， 缩短各孔之间的延迟时间能使拒爆减少。当 采用导爆索传爆及地表延时方式进行台段爆 破时，有时也会出现拒爆和炸药损失 。当炮 有色 矿 山 1 9 9 8 ． 6 维普资讯 孔中只有导爆索，而无延期雷管时，在第一 排孔起爆后会 出现地面隆起，因而在后排炮 孔起爆前导爆索和延时连接可能被扯断 ，以 致产生多孔拒爆 。此种拒爆可采用较长时间 的孔内延时并结合地表的短时延时全激活顺 序延时 F A S T 系统来防止 。此系统的目的 在于在第一批装药孔起爆和岩石开始移动前 有序地激发所有的孔内起爆药 。在不能全激 发的大型爆破时，应当设法在一排孔起爆后 至 少要激发两 排孔 。采用 F A S T顺序延时 ， 无论使用非电起爆系统或是电起爆系统均能 达 到 目的 3 2 ． 2 预防预压力故障 当孔与孔 的冲击压力过高时 ，也会出现 一 些爆破故障 。岩石爆破产生的高压可能导 致硝化甘油炸药殉爆及乳化炸药和水胶炸药 的压死现象 。很多爆破事故往往是因炸药传 爆而使邻近结构遭到强烈的破坏 。在临界的 爆破区，实际上可用感度较低的硝化甘油炸 药取代 ，以避免传爆危害 。然而，在某种情 况下，当来 自邻近装药孔气体压力的挤压超 过极限密度时，袋装乳化炸药和水胶炸药可 能失效 。这种预压力或 “ 固定压力 ” ． 现象是 由几种情况或综合情况造成的 。若岩体是多 裂隙和含水时 ，孔与孔的冲击次数也随着增 多 在隧道掘进及地表开沟爆破时要求孔距 加密，于是 ，当孔间距离很密时，冲击也会 增多。如果 出现预压死现象 ，应试用更大一 点的炮孔间距 ，或者改换一种能抗较高压力 的炸药 。在隧道掘进的炮孔组中，直眼掏槽 炮眼一般间距很密 。在装药孔之间布置一些 非装药的辅助孔，可 以减少传送到这些装药 孔中的压力 图 2 。 。 3 ． 2 ． 3 注意炸药选择 所用的炸药种类对炸药的总损失可能有 直接的影响 。例如， 如果采用散装炸药替代袋 装炸药 ， 炸药的散落损耗将相当高 。如果在水 孔中使用散装铵油炸药， 因不能完全起爆或拒 爆所引起的炸药损耗也是很高的。在美 国西 北部的一座地下金属矿山， 每日地下水中硝酸 盐的总限度为 4 s k g ,为了符合这一规定 ，不 准许有任何炸药散落， 所以该矿只使用袋装炸 药 。此外， 他们采用一种特别醒目的桔红色乳 胶产品_Ma F 圬 3 0 0 0炸药 ，这种炸药 一 眼可见，可从崩落岩石中取出。 ① ① ④ 图 2 封闭式 4 5 5 0 mm直眼掏槽孔 如果出现孔与孔之问冲击压力很高的情 况，只有采用抗压的炸药。 3 ． 3 装 药控制 使用散装铵油炸药的矿山， 在地下乘用风 动装药时， 在投有专门的控制时，返药和炸药 散落损失基本上为 2 ％--5 ％。设计不好的或 管理不当的地面螺旋输送装药车， 在装药时输 送软管中的粒状铵油炸药散落在地面孔口周 围 ， 如果输送软昔离地面太高 ， 风也可吹走一 些粒状炸药而增加损失 。爆破人员装药时 ， 应 该随时调整装药的方法来防止炸药大量流失。 此外， 如出现炸药散落时， 必须知道如何去清 理， 而且应当懂得做这件事的重要性 。 炸药生产者正在研制一些装药应用的专 用设备及减少炸药损失的产品 。例如 ，一种 铵油炸药气动 计量 装置可使炸 药损 失减 少 1 o 该装置是 I C 炸药工艺组研制的。这种 “ Mis e r 铵油炸药 ”计量装置通过测定装入炮 控髑炸药损耗及降低矿井水中氟和硝酿盐音量的实用方{ 击 维普资讯 孔中预定 的炸药 量 减少装药风吹 的损失 ， 也 防止 装药过 多。I C I 炸药 公司还研制 了一种 叫做 A mc x U l tr a 的设备，是专为硝酸铵和燃 油配方生产铵油炸药用的，在地下爆破作业 中采用风动装药时 ，炸药基本不会因回吹而 损 失 。 在 很多地下矿 山爆破 中 ， 装药过 多是 炸药 损 失的最大 原因 。在 隧道延 时爆破 及其他坑 道掘进炮孔组中使用长周期迟发雷管时 ， 后起 爆 的装药孔受到早起爆孔巨大的冲击和气体 压力 。这种冲击和压力常使相邻的未爆孔孔 口周围岩石发生破裂 。在这些孔口区的炸药 无论是条状或散装形式的炸药最后在崩落岩 石中均未起爆。为了控制这些损失， 对所有地 下爆破装药应根据地质情况和适用条件规定 孔口最小敞开长度，因从孔 口抛出药卷也带 来炸药损失 。将邻近孔 口的药卷捣塞牢 固， 可减少抛 出的损 失 。但是 ，决不能捣塞 起爆 药卷，这种做法是危险的，也是被美国矿山 安全和 健康管理 局禁止 的 ，装药捣塞 将使装 药 过量 ，可使 用一种孔塞 来 固定药柱 。为 了 精确地完成高质量的爆破设计，作业时必须 有适当的装药设备和 受过培训的工作人员 装药设备应 当很好地 维护 ，在某种情况下 矿山应考虑采用计算机控制散装炸药设备 并 能测定装入炮 孔 中预 定 的炸药量 图 3 。 图 3 不好的捣塞或装药过多 造成的药分离或抛出 在装 药过程 中 ，当岩 石落入 炮孔或 药卷 被卡塞时，袋装药药柱会被分割开 。如果出 现这种情况，应在药柱分开部分的起爆药中 放上同样的延时起爆药包，可骑止一部分分 隔装药被其他装药孔振裂，同时要求遵守起 爆顺序 。 把散装铵 油炸药装入水孔或让铵油炸药 在湿孔 中呆的时 间过久 ，也 会使炸 药受到 损 失 。当水与铵 油炸 药接触 时 ，炸药 或是 被 水 溶解 ，或是产生芯吸效应使其纯化 。这两种 情况都可使铵油炸药装药孔部分或全部不能 起曝 。在井下坑道掘进的炮孔中。在装铵油 炸药前就应用压缩空气将停留在孔中的水吹 出。在垂直孔中，应当用抗水卷筒炸药或散 装炸药 以取代铵 油炸药 。 在水孔中，水未排出之前不宜进行袋装 炸药装药；如果孔不填塞，铵油炸药会从袋 中漏下来，井溶解于水中；当铵油炸药装药 孔中发生芯吸时，孔中水给铵油炸药带来进 一 步的损失 。此问题是 台阶爆破 中拒爆的一 个普遍的原因。在铵油炸药装药前，孔中应 当用全密实的防水炸药填塞 。在投装铵油炸 药前 ，先把切成条状的 A p e o U lt r a 乳化炸药 投入 ，形成一个良好 的隔水填塞层 图 4 。 图 4 炮孔填塞及双重起爆 4 结 论 下转第 1 9 页 一 8 一 有色矿山1 9 伽． 6 维普资讯 置竹筒排水管 。 4 ． 2 治水 { 1 防渗铺盖 在 2 9 8 m和 2 6 2 m平 台先 用碎 石 渣整 平 后 ，用 O 6 mm[ 级 钢筋 以 0 ． 5 m0 5 m网络布设钢筋网后浇厚 1 0 --2 0 c m 的 2 0 0 混凝 土 。 { 2 滑体深部排水滑体底部的叶家湾 组地层 易积水而且难排 ，为此在 2 5 0 m平 台 下部布置深排水孔 2 0 个，钻孔直径 8 0 m m ， 深 2 0 m， 埋设特制玻璃钢排水管。 4 3 降震 严格控制临近边坡脚一次爆破的总药量， 并采取多段微差爆破或缓 冲爆破 。为测出爆 破对 2 0 2 --2 6 2 m滑体及 2 6 2 m以上不稳定 块体的质点振动速度衰减规律 ，利用采场 台 阶中深孔爆破作震源 ，测点沿Ⅱ剖面线附近 从v 2 0 2 m台阶向上延伸至 V3 7 0 m台阶，由 I o个径向和垂向 6 5型拾震器分别放在固定 的测点上 ，对不同的爆破地点 、药量 、爆破 中心距离进行了测试 ．根据测试结果 ，推荐 控制爆破药量的公式 ．以保证滑体安全 。 4 ． 4 治理效果 两年来对 8个钻孔倾斜仪法边坡位移观 测和 4 孔钢轨桩钻孔倾斜仪法岩体水平位移 监测其受力状态 ，得出下列结论 { 1上部边坡岩体是稳定的； 2 2 6 2 --2 9 8 m 问不稳定边坡 加固 后 已处于 稳定状态 ； 3 V2 0 2 --2 6 2 m间滑体在整治后虽有 些 变形 ．但 尚未形 成统的滑动面 ； { 4 钢轨抗 滑桩 在施工后 开始抵抗 滑体 的下滑力 ，在完 成滑 体 削坡和护 坡后 ，滑体 对抗滑桩的推力没有继续增长 。 25 结 语 永平铜矿所处 的大地构造位置较复杂 ， 矿区在成矿前后经受了长期的多次构造运动 。 在断层 、节 理裂隙密 集发育 的局部地 段 、致 使岩石非常破碎 。由于露天开采时多次爆破 所形成的地震波的冲击和岩体暴露地表后的 卸荷作用，增加了大量的次生节理 ，更强化 了岩 石的破 碎 程度 。已十分碎 裂的岩体 在 反 复地表水干湿交替的风化作用下成为极易变 形破坏的破碎层。千枚状页岩 、黑云母片麻 岩 、断层泥经地下水的浸泡极易软化，往往 是滑坡体 的滑移面 。说明露采矿山边坡局部 形成的滑坡体往往是以构造破坏为主导因素 ， 露采破坏和地表、地下水的作用为诱导因素 。 针对上述因素采用减载加固 、治水 、防震为 主要措施的综合治理能有效地治理滑坡进一 步下滑 。 西部边坡 0 --2 线槽坡体成因的分析和 综合治理的经验在永平铜矿今后的边坡管理 中具有指导意义。也值得其他露采矿山借鉴 。 ⋯⋯ ⋯0 ⋯‘⋯⋯⋯ ⋯‘⋯⋯⋯0⋯‘ ⋯⋯⋯’ ⋯‘⋯⋯⋯0 ⋯‘⋯⋯⋯ 上接第 8 页 少炸药损失而研制炸药新 产品及装药设备 。 正在研究一种能适应各种环境的炸药管 对炸药搬运者，也可采用优秀的幻灯片和电 理程序 ，采用该程序可达到减少所有矿山水 视培训进行教育 。每个人都应采取行动与炸 中的氮和硝酸盐含量的 目的。在加拿大三座 药供应商共同努力来防止氮和硝酸盐析出这 不同的矿山，由于执行严格的炸药管理程序， 一复杂的问题 。如果等到氨和硝酸盐超过标 在总的情况下 ，析出的氮量至少减少 5 0 ％。 准的那一天再行动，矿山将付出一笔巨大的 采矿公司和炸药供应者如同我们可信赖 改造管理费用 。 的环境管理员，应当以降低矿山废水中毒物 胡家瞵译 含量为 目标，研制装药设备和制定培训计划 。 王树勋校 重视环 境保护 问题 的炸 药生 产者 ，正在为 减 永平铜矿西部边坡 0 ～2 线滑坡体的成固及综台治理吴友林 自 B 编 3 3 4 5 0 6 J L 9 维普资讯