劉 博,胡靜云，史秀志

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院，長(zhǎng)沙 410012；2.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

目前我國(guó)金屬非金屬礦山等民用爆破領(lǐng)域應(yīng)用較多的起爆器材為導(dǎo)爆管雷管[1]，其中地下礦山生產(chǎn)爆破中，爆破網(wǎng)路多采用雷管過(guò)橋和導(dǎo)爆管分級(jí)簇聯(lián)網(wǎng)路，這種網(wǎng)路適用于單個(gè)爆區(qū)的集中爆破，網(wǎng)路上連接雷管數(shù)量相對(duì)有限。對(duì)于礦山多區(qū)域同時(shí)爆破或一次性處理多個(gè)區(qū)域的殘礦回收爆破時(shí)，受限于導(dǎo)爆管簇聯(lián)不宜太多，面臨爆破網(wǎng)路組網(wǎng)復(fù)雜且困難的難題。導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管起爆復(fù)合起爆網(wǎng)路使用導(dǎo)爆索傳爆[2,3]，導(dǎo)爆索綁扎引爆導(dǎo)爆管，再通過(guò)導(dǎo)爆管將爆轟波傳輸至孔內(nèi)起爆雷管。因?qū)П飨鄬?duì)導(dǎo)爆管雷管而言具有起爆能大，傳爆速度塊、傳爆距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[4]，而且導(dǎo)爆索韌性強(qiáng)，抗拉伸、抗彎曲、抗外力侵入能力強(qiáng)，可以沿井巷或井筒長(zhǎng)距離敷設(shè)，一定范圍內(nèi)的角度彎曲不影響傳爆可靠性。在多區(qū)域跨中段起爆中具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)[5]。應(yīng)用導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)路在我國(guó)某地下礦山實(shí)現(xiàn)了雙分段長(zhǎng)距離多爆區(qū)大藥量同時(shí)起爆，爆破網(wǎng)路簡(jiǎn)單，清晰直觀，起爆可靠性較高。

1 工程背景

某鉛鋅礦采用分段空?qǐng)鲭A段出礦法采礦，保留間柱支撐空區(qū)頂板，形成了標(biāo)高850～980 m不等的高大連續(xù)礦柱，總資源量超過(guò)75萬(wàn)t，且Pb+Zn品位超過(guò)10%，屬于殘留富礦體。因此礦山對(duì)礦房空區(qū)進(jìn)行集中充填，形成了大體積充填體，之后礦山著手開(kāi)始回采礦柱。礦山首先計(jì)劃回采19線礦柱，賦存標(biāo)高850～930 m，其東側(cè)為3-4礦房充填體，體積約27.5萬(wàn)m3，充填標(biāo)高850～960 m，并充填接頂。礦柱西側(cè)為3-5礦房空區(qū)，體積約8.1萬(wàn)m3，標(biāo)高850～930 m。待采礦柱位置示意如圖1所示。

圖 1 19線礦柱位置示意圖Fig. 1 Pillar position in line 19

19線礦柱沿走向?qū)?5m，垂直走向沿上下盤長(zhǎng)50 m，高度從850～930 m，傾角75°，屬于急傾斜中厚礦體。礦柱內(nèi)在各中段或分段有2.7 m×2.7 m的穿脈巷，沿礦體下盤有脈外運(yùn)輸巷。

2 礦柱回采方案

2.1 回采爆破方案

根據(jù)礦山生產(chǎn)計(jì)劃，首先回采890 m以上礦體，890 m以下礦體暫保留作為主運(yùn)輸巷的護(hù)頂。890～930 m中段設(shè)有917 m分段，由于917 m分段～930 m中段的穿脈巷內(nèi)設(shè)置了充填擋墻，脈內(nèi)外通道堵塞。從890 m中段施工人行天井至930 m中段，進(jìn)而拓展未封堵的穿脈巷，采用雙分段一次性起爆的方式爆破。

首先在890 m中段和917 m分段擴(kuò)刷并支護(hù)穿脈巷，然后施工鑿巖巷，890 m中段施工2條鑿巖巷，917 m分段施工一條鑿巖巷，規(guī)格尺寸為2.7 m×2.7 m，鑿巖巷角度大致與礦體走向平行，且基本垂直于穿脈巷。在鑿巖巷內(nèi)用YGZ-90鉆機(jī)打上向扇形中深孔[6,7]，逐排后退式施工，排面相互平行?？變?nèi)裝乳化炸藥，采用導(dǎo)爆管雷管孔底反向起爆，外部爆破網(wǎng)路為導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)路。通過(guò)敷設(shè)長(zhǎng)距離傳爆導(dǎo)爆索將上下3個(gè)鑿巖起爆區(qū)內(nèi)的起爆網(wǎng)路串聯(lián)，形成雙分段一次起爆，以3-5空區(qū)為自由面，逐排側(cè)向崩礦。爆破方案示意如圖2所示。

圖 2 爆破方案示意圖Fig. 2 Schematic diagram of blasting scheme

2.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)及裝藥

礦山礦巖堅(jiān)固系數(shù)f值為8～12，采用YGZ-90鉆機(jī)施工上向扇形炮孔，孔徑d=60 mm。根據(jù)礦山利文斯頓爆破漏斗試驗(yàn)并由巴隆公式計(jì)算[8]，排距a為1.4 m，最小抵抗線為w為1.2m，最大孔底距為2.0 m，孔口距為0.2～0.5 m。堵塞長(zhǎng)度不小于抵抗線的0.8倍，即最小堵塞長(zhǎng)度為1 m。

由BQF-100裝藥器填裝粉狀乳化炸藥，炸藥密度850～1050 kg/m3，由于炮孔內(nèi)裝藥后存有空隙，裝藥密度低于炸藥密度，考慮本次爆破在890 m礦柱平臺(tái)以上爆破，本次爆破可視為露天臺(tái)階加強(qiáng)松動(dòng)爆破，取炸藥單耗q=1～1.2 kg/m3，設(shè)計(jì)裝藥密度為800 kg/m3，計(jì)算炮孔延米裝藥量為2.2 kg。所有炮孔孔口1～1.5 m不裝藥，相鄰排孔垂直距離<1.4 m時(shí)，一側(cè)炮孔不裝藥，整體采用W型裝藥結(jié)構(gòu)，炮孔未裝藥部分用炮泥填塞。

2.3 導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)路

導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)路主要由高能起爆器、爆破導(dǎo)線、起爆雷管、傳爆導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管-雷管等組成。起爆器擊發(fā)后引爆雷管，繼而引爆傳爆導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索引爆連接每個(gè)扇面的集束導(dǎo)爆管，而后將爆轟波傳至每個(gè)炮孔內(nèi)的雷管，通過(guò)孔內(nèi)不同段位雷管的延期時(shí)間控制起爆順序。

與導(dǎo)爆管分級(jí)簇聯(lián)相比，復(fù)合起爆網(wǎng)路大大減少了過(guò)橋雷管的使用，增大了連接處的起爆能；單根導(dǎo)爆索在一定敷設(shè)距離內(nèi)可設(shè)置足夠多起爆點(diǎn)，從而起爆足夠多束導(dǎo)爆管。由于導(dǎo)爆索傳爆速度遠(yuǎn)大于導(dǎo)爆管的傳爆速度，因此在導(dǎo)爆索被引爆后，幾乎同時(shí)將連接的集束導(dǎo)爆管引爆，降低了不同區(qū)域?qū)П芤臅r(shí)間差，從而使起爆網(wǎng)路更加可靠。同時(shí)導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路連接完成后，網(wǎng)路清晰直觀，便于檢查連接質(zhì)量。

根據(jù)陳際經(jīng)等人的研究[9-11]，導(dǎo)爆索與導(dǎo)爆管連接采用正向引爆方式，且導(dǎo)爆管與導(dǎo)爆索連接夾角在70°～80°之間為宜。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，在連接處三面綁扎大于15 cm的膠帶，可有效防止導(dǎo)爆管拒爆和爆轟波提前沖擊傳爆方向前端導(dǎo)爆管，加強(qiáng)了網(wǎng)路的可靠性。導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路連接要點(diǎn)示意圖如圖3所示。

圖 3 導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)連接要點(diǎn)Fig. 3 The connection points of detonating cord and detonating nonel tube detonating network

傳爆導(dǎo)爆索從917 m分段鑿巖巷開(kāi)始敷設(shè)，沿人行天井下順到890 m中段，與890 m中段的傳爆導(dǎo)爆索匯總并聯(lián)。傳爆導(dǎo)爆索敷設(shè)到穿脈巷與沿脈巷岔口，采用雷管起爆，爆破導(dǎo)線沿1#豎井敷設(shè)至井口安全起爆點(diǎn)。僅需要120 m長(zhǎng)導(dǎo)爆索，即可連接3個(gè)鑿巖爆破區(qū)27排共計(jì)639個(gè)炮孔的1278根導(dǎo)爆管，并完成爆破組網(wǎng)。起爆網(wǎng)路連接如圖4所示。

圖 4 導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)Fig. 4 The detonating cord and detonating nonel tube detonating network

2.4 爆破安全指標(biāo)

爆區(qū)上方地表有礦山辦公建筑和工業(yè)沉淀池等設(shè)施，其中礦山辦公建筑距離爆區(qū)420 m，爆區(qū)投影正上方為工業(yè)沉淀池，距離200 m。爆區(qū)井下附近有沿脈巷、穿脈巷及充填擋墻設(shè)施，其中2#豎井距離爆區(qū)275 m。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2014)，爆破地震效應(yīng)的安全距離由下式給出[12]

(1)

式中：R安為爆破振動(dòng)安全距離，m；K為與爆破場(chǎng)地有關(guān)的系數(shù)；V允為質(zhì)點(diǎn)安全震動(dòng)速度，cm/s；α為與場(chǎng)地條件有關(guān)的系數(shù)；Q為微差爆破最大段炸藥量，kg。

根據(jù)礦山經(jīng)驗(yàn)，K取150，α取1.5，Q按最大段藥量1910 kg計(jì)算。計(jì)算得地表辦公建筑的安全距離為220 m，工業(yè)建筑安全距離為152 m，礦山井巷安全距離為51 m，2#豎井的安全距離為88 m，結(jié)果見(jiàn)表1。

表 1 爆破安全距離校核

為確保安全，在爆區(qū)中心在地表投影為圓心，規(guī)劃半徑100 m的安全區(qū)域，作為地表警戒區(qū)域；井下以爆心為圓心，以礦山井巷安全距離為半徑并乘以1.2的安全系數(shù)，即爆心周圍60 m半徑作為警戒區(qū)，警戒區(qū)內(nèi)巷道設(shè)施做必要的支護(hù)措施，重要設(shè)施加固防護(hù)，人員、車輛和材料等轉(zhuǎn)移到警戒區(qū)外。爆破安全距離及警戒范圍如圖5所示。

圖 5 爆破最小安全距離及警戒區(qū)Fig. 5 Minimum distance of blasting safe and blast warning area

3 爆破效果討論

爆破總計(jì)3個(gè)爆區(qū)27排計(jì)639個(gè)炮孔，爆破量61 000 t，消耗炸藥20.3 t，雷管1280發(fā)，單耗1.2 kg/m3。

爆破后經(jīng)過(guò)2個(gè)多月出礦完畢，經(jīng)過(guò)勘察，爆區(qū)東側(cè)3-4礦房充填體揭露面依然自立，未出現(xiàn)垮落，爆區(qū)上方930 m中段的巷道底板未垮落。爆區(qū)上方辦公建筑、工業(yè)沉淀池等設(shè)施未發(fā)現(xiàn)破壞痕跡，中段穿脈巷內(nèi)沒(méi)有明顯爆炸沖擊痕跡，爆破效果良好。根據(jù)南非C.Cunningham總結(jié)的預(yù)測(cè)巖石破碎塊度的工程KUZ—RAM模型，以Kuznetsov公式為基礎(chǔ)，認(rèn)為爆破后爆破巖塊塊度服從R-R分布[13]

(2)

根據(jù)上述工程實(shí)踐，導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)絡(luò)取得了良好的工程應(yīng)用，其爆破網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單易檢，起爆可靠，傳爆速度快，起爆距離長(zhǎng)，降低了網(wǎng)絡(luò)連接和檢查時(shí)間，減少了過(guò)橋雷管的使用量，一定程度降低了爆破成本。

4 結(jié)論

(1)導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)路具有起爆能力大，傳爆速度快，傳爆距離長(zhǎng)，起爆網(wǎng)路可靠等特點(diǎn)，在礦山跨區(qū)域多爆區(qū)爆破時(shí)具有很好的適用性。

(2)用導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)路在某礦山雙分段一次起爆時(shí)，實(shí)現(xiàn)了大藥量、遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域多爆區(qū)爆破，且爆破界線平整、爆破塊度合理，爆破效果良好。

(3)導(dǎo)爆索-導(dǎo)爆管復(fù)合起爆網(wǎng)路在地下礦山爆破作業(yè)中避免了導(dǎo)爆管多級(jí)簇聯(lián)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)凌亂、不易檢查的缺點(diǎn)，減少了過(guò)橋雷管使用量，降低了爆破成本。