湖州新开元碎石有限公司的矿区西侧与湖州驼山坞矿业有限公司相接,矿区东南侧200m 范围内有一座寺庙和部分民房,其余各面均为山林。由于存在部分建筑物与采区距离较近,因此在爆破过程中,不但要考虑大块、根底的产生,同时,振动、飞石和粉尘也是必须考虑的因素。
改善爆破效果,首先应做到:
1、选择合理的孔网参数;
2、选择合适的前排炮孔底盘抵抗线;
3、炮孔合适的堵塞长度。
但是除此以来,新开元公司还做了以下技术革新。
一、逐孔爆破取代微差爆破
微差毫秒爆破,是40年代出现的爆破技术。在雷管内装入缓燃剂,或连接在起爆网路上的延期装置,以实现延期的时间间隔。通过不同时差组成的爆破网络,一起起爆后,可以按照设计要求使各炮孔内的药包依次起爆,获得良好的爆破效果。
逐孔起爆技术是指爆区内处于同一排的炮孔按照设计好的延期时间依次起爆。同时,爆区排间炮孔按另一延期时间依次向后排传爆,也就是说在预爆区域的布孔水平面内,处于横向排和纵向列上的炮孔分别采用不同的延期时间。但通常位于一排或一列中的炮孔具有相同的地表延期时间间隔。在二维平面内每个炮孔的起爆时间依次按孔、排间延期时间累加实现,相对于周围炮孔各自独立起爆。这样,爆破过程在时空发展上按某一起爆等时线向前推进,直至爆破过程完毕。
根据爆破振动的影响公式:
V=K×E×Hi×()ɑ
V:质点振动速度;K,ɑ为与爆破点地形、地质条件有关的系数和衰减指数;E:考虑质点振速水平分量及振动主频等因数的安全系数;Hi:高差影响指数;Q:延迟爆破时最大一段的装药量。
在爆破地形、地质条件确定的前提下,除Q以外均为常量,因此Q越小,爆破振动越小。
逐孔起爆与多排孔微差起爆相比较,有以下几个特点:
(1) 先起爆炮孔为后爆炮孔多创造一个自由面。增加爆破自由面,能大幅度地提高爆破炸药的能量,提高效率;
(2) 爆炸应力波沿自由面充分反射,加强矿岩破碎;
(3) 相邻炮孔爆破的矿岩相互碰撞、挤压,增强矿岩二次破碎,可降低爆破块度,大块率低,二次爆破量少,能较大地提高其后继工作(铲装和运输)效率;
(4) 同一时间起爆药量只有单孔装药量,起爆药量小,能有效地控制和减少地震波、冲击波和飞石等危害的发生。
通过实际爆破效果综合比较,在采用高精度雷管进行逐孔爆破后,爆破效果有明显改善,爆破块度好,大块率低,基本能控制在5%以内;同时,根底、振动、噪声、飞石都明显减少。
二、改进孔内装药结构
传统的连续柱状装药存在单耗大、爆轰初压过高、岩石过度粉碎、爆生气体作用时间短等缺点,易产生大块和根底、带来爆破震动危害、铲装和运输效率低下等诸多问题。现有研究表明,采用间隔装药爆破可延长爆破能量的作用时间,降低爆压的峰值,使岩石受力时间增加,破坏更为充分,同时间隔装药爆破可使初始应力降低,减少了岩石粉碎程度。
从以上可以看出,间隔装药用较少的炸药达到较好的爆破目的和效果,从而提高经济效益和减小爆破作业震动,相应提高了爆破效果。
间隔装药,其共同的本质是用水、岩粉或空气等材料为间隔介质,由此来改变药柱与炮孔壁的接触关系,从而降低压缩应力波和爆轰气体产物作用于孔壁的初始压力,使这种压力的作用时间延长,使之不至于形成压碎区或明显减小压碎区的范围,使炮孔在装药量减少的情况下依靠炸药能量有效利用率的提高,来达到保证爆破破碎质量的目的。
我公司采用空气柱间隔装药,空气柱为长度200mm,直径30~50mm的毛竹杆。将连续装药改为分段装药结构之后,底部装入炸药量约为总装药量的2/ 3,加入空气柱,再装入1/ 3 的药量,孔内两段药柱使用2发雷管分别起爆。起爆方式为正向起爆与反向起爆方式联合使用。
对于合理的空气层比例的取值问题。通过多次的试验,根据我矿山的矿岩性质、地质条件、钻孔直径等具体情况,
炮孔倾角取75o,台阶高度H=15米,底盘抵抗线Wd=4m,
排拒b=3~3.5m,孔距a=4~4.5m,孔深L=15.5~16m,超深1.5~2m。
通过实验结果对比,2~3米的空气柱较为合适,空气柱的比例约为12%~20%。
同时,为了有利于进一步消除底根、有利于块状的产出,改善爆破效果,我们在装药前将空气柱放入孔底,在孔底形成一定高度的空气间隔,达到孔底空气间隔装药的目的。
在使用多排微差爆破中,假设每排5孔同时爆破,单孔药量一般为80KG,Q1=5*80=400KG。在逐孔爆破间隔装药时,每次起爆为1个孔,药量Q2=70KG。
将以上数字代入奥破振动的影响公式得:
V2/V1=ɑ
本公司为中硬岩石,ɑ=1.5~1.8。现取ɑ为1.5。
通过计算可得V2/V1=0.56。
理论上质点振动速度可降低至56%。
实际证明,空气间隔装药确实具有很好的降震效果,同时,大块率、底根、过粉碎现象也有减少。
三、炮口水压技术
在爆破中 ,爆破形成的大量带电粉尘不仅污染周围环境,而且极易粘附在人的支气管和肺泡上,产生很大的危害。为了进一步减少对环境的影响,参考城市拆除控制爆破中使用的方法,使用大量水袋覆盖炮口,我们称之为炮口水压技术。
通过炮口水压技术将空口上方和周围封住,延缓了爆炸产物的抛散。水袋中的水能获得孔口飞石以及爆炸气体传给的能量。获得能量后的水袋中的水将立刻飞溅起来,在岩块上方形成“水雾”,盖住随后扬起的爆破粉尘,使其迅速降至地面,改善了工作环境,降低了尘肺发病率,也保护了采场周围环境。另外,水袋中的水还可以有效地降低进入空气中的爆炸冲击波强度,使其在近距离内衰减为声波,起到消音作用。
由上图可以看到,在未使用水压技术之前,爆破产生的炮烟和粉尘上扬高度过高,并且持续时间较长。使用之后,粉尘迅速降至地面,实际使用效果较好。
同时,为了尽可能减少爆破粉尘量的产生,要求空气湿度较大,尽量在阴雨天进行爆破;同时对当地风速也有要求,最好是在微风甚至无风天气进行爆破,以期达到减少爆破粉尘扩散的目的。
影响爆破效果的因素很多,本文在其他条件不变的前提下,仅仅对起爆方式、装药结构等作了一定的调整,以达到改善爆破效果的目的。要彻底改善爆破效果,这是不够的。只有更全面、系统地对影响爆破的因素进行分析,才能更有效地改善爆破效果、更好地为生产服务。
(钱伟民 湖州新开元碎石有限公司)
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编辑:金哲