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喀斯特地形中铝土矿的台阶爆破 孙新礼， 王世贤 （中铝公司河南分公司矿山公司， 河南 郑州450041） 摘要 喀斯特地形中露天台阶爆破主要特点是溶洞多、 裂隙发育、 岩层和泥层相夹和炮孔 含水， 这导致爆破中出现较多的根底和大块。采取优化爆破孔网参数、 使用空气间隔和孔底 起爆， 能有效减少根底和大块。 关键词 喀斯特地形； 台阶爆破； 根底； 大块； 孔底起爆； 空气间隔器 夹沟露天铝土矿是中铝公司河南分公司矿山公 司的主要生产矿山， 其主矿体均赋存在喀斯特地形 中。矿岩的普氏硬度系数 f 值小于 10 11。由于溶 洞、 裂隙、 泥层、 孔内积水和矿岩相夹等因素的影响， 爆破后根底和大块问题较突出。大块率经常高于 6. 0 7.0。铲装作业中常用 KO - 80 型钻机钻孔 后爆破处理根底， 并用手持式风钻钻孔爆破处理大 块。这些辅助钻孔爆破不仅增加了作业时间和成本， 而且不安全， 恶化了矿山作业环境。针对这种情况， 矿山在穿孔爆破作业中， 对穿爆参数和工艺进行了改 进。 1试验研究及效果 露天矿台阶高为 8 m 或 10 m， 炮孔为160 mm 的倾斜孔， 孔距和排距为 3.5 4.0 m， 炮孔超深 0.5 1.0 m。结合现场生产， 共进行了 13 次减少根底和 大块的深孔爆破试验， 试验结果见表 1。 表 露天矿台阶爆破降低根底和大块试验参数及结果 矿岩类型 与性质 台阶高 m 孔数 个 孔网参数 a b w / m 单耗 kg/ m3 空气间隔器 位置 起爆药包 位置 起爆方式爆破效果 铝土矿8204 4 40.44孔中近孔口、 孔中排间起爆无 2.0 m 以上大块、 无根底 铝土矿8214 4 40.44孔中近孔口、 孔中排间起爆无 2.0 m 以上大块、 无根底 灰岩， f 81040 4 4 50.38连续装药近孔口、 孔中V 形起爆爆堆高出台阶， 有根底、 大块 岩层规整 矿石较硬 8264 3 40.45孔中近孔口排间起爆爆堆集中， 无后冲、 无根底， 铲装效果好 矿石夹灰岩8202.5 3 40.30连续装药孔底排间起爆爆堆集中， 无后冲、 无根底， 铲装效果好 铝土矿8252.5 3 40.42孔中近孔底排间起爆爆堆集中， 无根底， 大块率 3 40.40连续装药近孔口、 孔中排间起爆无根底、 大块率 3 40.41孔中近孔口、 孔中排间起爆无根底、 大块率 50.37孔中多层近孔口、 孔中 导爆索起爆中部有前冲， 无根底， 块度均匀 坚硬石灰石10194 4 50.22 孔中、 孔底， 长度 1.2 m 近孔口、 孔中V 形起爆无根底， 大块率为 0.5， 块度均匀 石灰石8354 4 50.40 孔中、 孔底， 长度 0.8 m 近孔口、 孔中排间起爆无根底， 无后冲， 大块率 3 40.44 孔中、 孔底， 长度 1.2 m 近孔口、 孔中排间起爆稍有前冲， 无根底， 块度均匀 石灰石1021 4 4 5 局部 6 6 5 0.37 孔中， 长度 1.2 m 近孔口、 孔中排间起爆无根底， 无后冲， 大块率 2 2穿爆参数及工艺对爆破效果的影响 “装药结构 传统使用的连续柱状装药存在爆轰初压过高、 岩 石过粉碎、 爆生气体作用时间短和炮孔上部填塞段过 长等缺点， 容易产生根底和大块。许多矿山的爆破实 践证明， 轴向空气间隔装药， 可有效克服上述缺点。 在现场爆破试验中， 采用孔中和孔底两种空气间 隔方式。其作用原理 减少了台阶上部填塞段长度； 使炸药能量沿炮孔整个长度分布更为均匀； 因气隙缓 76 冲作用可减少孔壁周围过碎圈范围和降低炸药消耗， 增加矿岩破碎圈范围； 延长爆生气体对矿岩爆破裂隙 的 “楔入” 作用时间， 使其径向和环状裂隙更加扩展。 空气间隔器由一根木棍和固定在其端部的直径 为 130 140 mm 的圆木盘组成。当台阶高度为 10 m 时， 间隔器长度约为 1.2 m。这种自制间隔器成本 仅为 3 4 元/个， 比气囊式空气间隔器少 30 余元， 且 使用简单方便。 爆破效果表明 使用间隔器后， 大块率下降至 0. 5 4.0。同时， 每爆破 1 万 m3矿岩可节约炸药 成本 3000 5000 元， 而且爆后不产生根底。 2.2孔网参数和起爆方式 当孔数较多、 排数多于 3 4 排时， 使用 “V” 形起 爆。第 3 次试验爆次共有 40 个炮孔， 分为 4 排， 因当 时许多炮孔内水很深， 装药时炸药并未完全沉至孔 底， 爆后的大块和根底较严重， 但爆堆很集中， 爆堆面 高于台阶。因受生产安排和雷管段数限制， 以后仅对 第 10 次爆破采用 “V” 形起爆， 取得了良好的爆破效 果。 2.3起爆药包的位置 起爆药包位置是孔内炸药爆速最高、 能量释放最 完全最充分的区段， 如将起爆药包置于孔底， 爆生气 体溢出孔外慢， 在孔底作用时间长， 对消除根底有利， 也有利于减少大块。 表 1 中第 6 次爆破在使用孔中间隔器的同时将 起爆药包置于孔底， 消除根底效果良好。同样道理， 当使用孔内分段装药时， 也应尽量将起爆药包置于该 段柱状装药的下部。 2.4炮孔深度和装药质量 实际生产中， 炮孔因岩粉回填， 或超深不足、 孔壁 垮落、 孔内积水和水中泥沙过多等情况， 都会使装药 难以到位或影响装药质量。这些情况是造成根底和 大块最直接的重要原因。正如第 3 次爆破， 装药前未 将孔内大量积水排尽， 致使爆破效果受到影响。 试验结果表明， 当矿岩可爆性较好时， 超深系数 为 6 12， 矿岩可爆性差时， 超深系数为 13 16。 露天矿炮孔积水是较为普遍存在的问题， 在南方 和雨季情况下尤为严重。因受 160 mm 的孔径限制， 试验中只能使用清水泵， 当水中泥沙含量较高时， 会 留下 1.5 m 左右积水， 这对装药己影响不大。对于直 径大于 200 mm 的炮孔， 可用污水泵进行排水。 2.5炸药密度和炸药包装 表 1 所列第 3 次爆破中， 因孔内积水严重， 某化 工厂为解决装药不到位的问题专门生产了密度为 1. 20 g/cm3的乳化炸药。但由于当时装药时间紧和装 药操作不当等原因， 许多炮孔仍存在装药不到位情 况。炸药卷的包装也对其在水孔中的沉降快慢产生 一定的影响。在 160 mm 的炮孔内装入外径为 130 mm、 长为 0.5 m 的塑料膜软包装乳化炸药袋时， 药 袋投入孔后沉降较慢。为确保水孔中的装药到位， 使 用 1.20 g/cm3高密度乳化炸药是非常必要的。但在 160 mm 孔径的炮孔内应增加包装的刚度， 尽量排尽 药袋内空气， 或适当将药径缩小， 才能保证炸药顺利 沉降至孔底。 3结论与建议 爆破试验分析结果表明， 采取以下措施可有效改 善爆破效果。 （1） 使用空气间隔器 。在岩层 f 值小于 10 11 的情况下， 用 160 mm 炮孔进行台阶爆破时， 使用长 度为 1.20 m 左右的孔中空气间隔器； 或在适宜超深 值条件下， 使用长度为炮孔全长 0.1 倍的孔底空气间 隔器， 对于减少大块和根底是十分有效的。 （2） 采用合适的炮孔超深。在上述矿岩和爆破条 件下， 一般可取超深长度为孔深的 0.10 0.15 倍， 矿 岩可爆性好时取小值， 反之取大值。 （3） 改变孔网参数和起爆方式。在考虑炮孔布置 和起爆方式时， 应使起爆时实际的炮孔密集系数 m 值较大。当一次爆破 3 4 排炮孔时， 应使用 V 形起 爆。当一次爆破排数为 2 排时， 可使用排间起爆， 保 证 m 值为 1.30 以上。合适的孔网参数对保证良好 的爆破效果很有作用。 （4） 使用孔底起爆。当台阶高度为 10 m 时， 应尽 可能使用孔底起爆， 或将起爆药包置于每一个装药段 的底部， 这对于减少大块和根底有一定的作用。 （5） 保证炮孔质量和装药到位 。应加强炮孔质 量管理和验收， 装药前处理好炮孔堵塞和孔内积水。 对于无法排尽积水的水孔应使用高密度乳化炸药， 并 建议使用 3 4 层浸蜡的硬纸代替塑料膜作为乳化炸 药的包装材料， 以减少药包的柔性。装药时注意适当 放慢装药的投放速度， 以确保所有炸药均装药到位。 86