王銀濤，白和強(qiáng)，劉 堅，劉宗海，周 岳，丁言鑫

（1.北方爆破科技有限公司，北京 100089；2.山西江陽工程爆破有限公司，山西 太原 030041）

深孔臺階爆破作為大型露天礦山采剝最常用的技術(shù)因其高效性、安全性被廣泛的運(yùn)用于采剝作業(yè)中。傳統(tǒng)的連續(xù)裝藥爆破技術(shù)存在單耗大、爆轟波作用時間短、爆破區(qū)域巖體過度粉碎等諸多缺點(diǎn)，空氣間隔裝藥技術(shù)可以有效地解決了這些問題。

楊宗躍等[1]發(fā)現(xiàn)徑向不耦合裝藥相對于軸向不耦合裝藥對爆炸能量的分布更為合理，對巖體產(chǎn)生的破壞范圍更為均勻；白和強(qiáng)等[2]在進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)孔底間隔裝藥技術(shù)可以明顯降低炸藥單耗，降低爆破成本，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效；曹祺等[3]研究表明在炮孔內(nèi)隨空氣柱長度增加，沖擊波峰值壓力降低；趙繼忠等[4]進(jìn)行了空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破試驗(yàn)研究，統(tǒng)計結(jié)果表明大塊率明顯減少、炸藥單耗降低，改善了爆破效果；朱紅兵等[5]在向家壩工程中采用了空氣間隔裝藥爆破技術(shù)，并取得了良好的爆破效果；劉鵬程等[6]在大孔徑深孔采礦中使用了空氣間隔裝藥技術(shù)，并試驗(yàn)得出了空氣間隔長度存在1 個最佳范圍；曲艷東等[7]在露天開采的臺階爆破中進(jìn)行了空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究，探索了適合于煤礦層的空氣層裝藥比例；王凱等[8]對爆破過程進(jìn)行相關(guān)數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)17.5%比例中部空氣間隔裝藥在開挖效果、大塊率、爆破振動及作業(yè)成本等方面綜合要優(yōu)于傳統(tǒng)連續(xù)裝藥；丁銀貴[9]結(jié)合現(xiàn)場實(shí)例，發(fā)現(xiàn)空氣間隔爆破技術(shù)，更利于巖體破碎效果更好，大塊率下降10%～30%，同時降低了爆破后沖作用。

1 工程概況

1）露天礦山簡介。緬甸萊比塘露天銅礦是我國一帶一路建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，礦山位于緬甸中部城市蒙育瓦，為緬甸中特大的有色金屬露天礦山。在剝離初期，日采剝規(guī)模已達(dá)10 萬m3，年采剝總量約3 800 萬m3。緬甸萊比塘露天銅礦在開采中的設(shè)計邊坡垂直高度15 m，炮孔深度（17±0.5）m。礦山設(shè)計孔網(wǎng)參數(shù)分為2 種，在廢石區(qū)域和高黏土礦石區(qū)域?yàn)?.0 m×7.0 m，在低黏土礦石區(qū)域?yàn)?.0 m×6.0 m，個別區(qū)域根據(jù)生產(chǎn)需要適當(dāng)調(diào)整。爆破主要參數(shù):①炮孔直徑250 mm；②裝藥量45 kg/m3(現(xiàn)場混裝多孔粒銨油炸藥)和70 kg/m3（現(xiàn)場混裝乳化炸藥）；③每次起爆3～5 排，逐孔微差爆破，起爆順序根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用對角（斜線）、V 型、掏槽等3 種方式，考慮到現(xiàn)場操作方便，其中對角起爆方式居多。

2）爆破質(zhì)量問題。緬甸萊比塘露天銅礦目前采剝總量大，爆破質(zhì)量尤為關(guān)鍵。但是該露天礦山在日常爆破施工作業(yè)時，在2 個炮區(qū)銜接處時常出現(xiàn)炮區(qū)后沖現(xiàn)象。炮區(qū)后沖現(xiàn)場主要產(chǎn)生以下影響：①影響臨近炮區(qū)穿孔質(zhì)量，易造成卡鉆現(xiàn)象；②降低延米爆破量，增加炮區(qū)炸藥單耗等施工成本；③易出現(xiàn)爆破質(zhì)量問題，如大塊、根底等，進(jìn)而影響鏟裝效率。針對此現(xiàn)象，現(xiàn)場施工中一直強(qiáng)調(diào)減小后排炮孔裝藥量，但是隨著后排炮孔裝藥量的減少，頂部填塞段隨之增加，炮孔上部易出現(xiàn)大塊現(xiàn)象，此種施工方式雖然解決了炮區(qū)后沖現(xiàn)象，但是降低了炮區(qū)爆破質(zhì)量，而且在鏟裝作業(yè)過程中頂部大塊容易給鏟裝作業(yè)的挖機(jī)和車輛帶來安全隱患。

2 爆破試驗(yàn)主要參數(shù)

1）空氣間隔器加工制作。本次試驗(yàn)材料主要為塑料PVC 管（直徑=200 mm），制作過程中將PVC 管裁剪為0.8、1.0、1.2、1.5 m 4 種不同規(guī)格，然后用頂部采用帶倒角（防止間隔器下落過程中劃傷導(dǎo)爆管）的同材質(zhì)的管帽將PVC 管上下管頭封?。▋?nèi)部充滿空氣），然后根據(jù)尺寸做好標(biāo)記以備使用。

2）炮孔裝藥結(jié)構(gòu)。根據(jù)試驗(yàn)要求選定試驗(yàn)區(qū)域，在試驗(yàn)炮區(qū)后排選擇試驗(yàn)炮孔15 個。為了保證爆破質(zhì)量，控制炮孔深度為設(shè)計孔深的±0.5 m 以內(nèi)，炮孔孔位偏差為設(shè)計孔位的±0.5 m 以內(nèi)。根據(jù)爆破施工流程在炮孔內(nèi)放入孔內(nèi)管和起爆彈；同時為了避免放置PVC 管空氣間隔器及填塞過程中劃傷導(dǎo)爆管，放置起爆彈過程中讓導(dǎo)爆管緊緊貼住炮孔內(nèi)壁，裝入混裝銨油炸藥后按照順序放入已標(biāo)記的不同長度塑料PVC 空氣間隔管，并詳細(xì)記錄相關(guān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，最后用炮孔填塞機(jī)進(jìn)行填塞，保證填塞質(zhì)量。炮區(qū)裝藥結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 炮區(qū)裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3）炮區(qū)起爆網(wǎng)絡(luò)。炮區(qū)起爆時，采用毫秒延期非電導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)延期500 ms，孔外孔間42 ms 延期，排間100 ms 延期，采用逐孔起爆方式。起爆網(wǎng)絡(luò)如圖2。

圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

3 爆破效果綜合分析

炮區(qū)裝藥數(shù)據(jù)及爆破效果詳細(xì)統(tǒng)計見表1。

3.1 爆破效果分析

1）爆破后沖距離分析。根據(jù)表1 中統(tǒng)計數(shù)據(jù)，隨著炮孔內(nèi)PVC 管空氣間隔器長度的增加，炮區(qū)后排炮孔后沖長度逐漸減小。在未放置PVC 管空氣間隔器的炮孔內(nèi)，單孔炸藥單耗0.40 kg/m3，填塞高度8.5 m 的情況下，炮區(qū)后沖長度大于7.0 m。隨著放入PVC 管空氣間隔器長度的增加，炮區(qū)后沖長度逐漸減小，當(dāng)PVC 管空氣間隔器長度為1.5 m 時，炮區(qū)后沖距離大約3.0 m 左右，但是從現(xiàn)場爆破效果看出炮孔附近只是出現(xiàn)微小裂痕，爆破質(zhì)量較差。

表1 炮區(qū)裝藥數(shù)據(jù)及爆破效果詳細(xì)統(tǒng)計表

2）爆破大塊個數(shù)分析。根據(jù)緬甸萊萊比塘露天銅礦現(xiàn)有鏟裝設(shè)備較大的特點(diǎn)，將爆破后最大外形直徑超過1.2 m 巖石定為大塊巖石，需要采用機(jī)械二次破碎。爆破后利用RTK 測量儀器對試驗(yàn)炮孔進(jìn)行放樣標(biāo)記，挖掘鏟裝到此區(qū)域時，對大塊個數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場統(tǒng)計，為了便于統(tǒng)計將炮孔內(nèi)PVC 管長度相同的試驗(yàn)炮孔編為同一組。根據(jù)表1 統(tǒng)計結(jié)果得出以下結(jié)論:隨著PVC 空氣間隔器長度的增加，填塞段（空氣段和填塞料段）逐漸增長，大塊個數(shù)存在逐漸增加趨勢，當(dāng)PVC 空氣間隔器長度大于1.2 m 時，大塊個數(shù)增加明顯，影響挖機(jī)鏟裝運(yùn)輸。

3）爆后鏟裝效率分析。整個礦山的鏟裝運(yùn)輸工作主要通過集控中心的卡調(diào)系統(tǒng)控制，通過卡調(diào)系統(tǒng)可以查詢特定區(qū)域的挖機(jī)鏟裝效率，試驗(yàn)炮區(qū)挖機(jī)為小松PC 2000 型反鏟，考慮到定位挖機(jī)作業(yè)區(qū)域的局限性，將PVC 管長度相同的試驗(yàn)炮孔編為同一組，在保證車輛充足的前提下分別統(tǒng)計挖機(jī)不同組的鏟裝效率。從表1 中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以明顯看出：隨著試驗(yàn)炮孔中PVC 管空氣間隔器長度的增加，挖機(jī)鏟裝效率逐漸下降，PVC 空氣間隔器為0.8、1.0、1.2 m 時挖機(jī)鏟裝效率雖然存在降低的趨勢，但總體并無太大波動，當(dāng)空氣間隔器長度為1.5 m 時，挖機(jī)鏟裝效率降低明顯，說明對現(xiàn)場鏟裝產(chǎn)生較大影響；在不影響爆破效果和挖機(jī)鏟裝效率的前提下，PVC 空氣間隔器長度越長，對爆破成本控制越有利。綜上分析PVC 空氣間隔器長度為1.2 m 時，對爆破效果影響小。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)礦山現(xiàn)有的炸藥類型和直徑200 mmPVC空氣間隔器可計算出成本，PVC 塑料管為30 元/m，管帽15 元1 個，長度為1.0 m 的PVC 管空氣間隔器價格為60 元?，F(xiàn)場混裝銨油炸藥的單價為5 000元/t。以其中一次爆破試驗(yàn)方案所采用100 個炮孔為例在采用長度為1.2 m 的PVC 管空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)方案中，每孔增加空氣間隔器成本60 元，而炸藥用量每孔相對減少約54 kg，每孔裝藥成本相對減少210 元，以其中一次爆破試驗(yàn)方案采用空氣間隔器的25 個炮孔為例，總成本降低5 250 元。

綜上所述，現(xiàn)場爆破施工中，炮區(qū)排距為7.0 m，理論爆后沖距離為3.0～4.0 m 時，利于下個炮區(qū)穿孔，綜合考慮爆破效果、質(zhì)量、成本等因素，當(dāng)PVC管空氣間隔器長度為1.2 m 時，爆破效果和爆破質(zhì)量不僅滿足現(xiàn)場鏟裝需求，而且有效降低爆破成本，為爆破施工帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

爆破后觀察試驗(yàn)炮區(qū)爆破效果，同時測量炮區(qū)后沖距離、分組統(tǒng)計炮區(qū)大塊個數(shù)及挖機(jī)鏟裝效率，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。PVC 管空氣間隔器長度為1.5 m 時，炮區(qū)后沖距離雖然最小，但是總體爆破質(zhì)量差、大塊個數(shù)最多，挖機(jī)鏟裝效率最低。PVC 管空氣間隔器長度為1.2 m 時，爆破效果和爆破質(zhì)量不僅滿足現(xiàn)場鏟裝需求，而且有效降低爆破成本。