本文通过东龙白灰厂现场中深孔爆破技术实践，对影响爆破效果的原因进行了探讨，并提出了改善中深孔爆破效果的途径：

矿山现场对空气间隔装药进行了测试实验，在4个炮区119个炮孔进行空气间隔装药技术，该技术使爆破能量传递均匀，降低了初始爆破压力，改善爆破效果,减少大块率和粉矿率，提高铲装作业效率。在保证矿岩充分破碎的前提下，采用孔底空气间隔装药可有效降低爆破震动。该技术的实际应用取得了满意的效果。

一、背景

爆破工程是露天矿山开采的首要工序。而穿爆费用一般又占开采费用的一半左右。如何确定各种矿岩的合理爆破参数，获得所要求的爆破质量，以保证较高的铲装，运输效率， 降低开采成本，是每个矿山必须要解决的问题。

东龙白灰厂石灰石矿山2007年投产，几年来一直用连续装药结构，粉矿率高，可利用矿石损失多，并且受破碎机型号的限制，超出1.0米以上的大块率高。使铲装及破碎工艺的生产效率受到很大的影响，特别是近年来炸药价格成倍上涨，影响了企业的整体效益，因此在现有的基础上，研究推广新的装药方法提高爆破质量，降低爆破成本是很有必要的。

1研究内容与方法

1.1研究内容

以利用新技术，减少粉矿率大块率，消除根底，改善爆破效果，提高经济效益为目的，本论文主要研究以下内容：

（1）分析东龙白灰厂石灰石矿山现行爆破方式所存在的问题。

（2）针对性提出改善爆破效果的新技术。

（3）对新技术进行现场实验和结果分析。

1.2本文研究方法

（1）机理分析：分析产生粉矿和大块的因素，进行理论论证，针对性的找出能够改善矿山爆破效果的可行性的合理方式。

（2）现场跟踪实验：设计实验，跟踪观察实验效果。

二、地质概况

2.1矿区地质

磨盘山组为一套稳定的浅海碳酸盐相沉积，厚度较大，总厚度可达2397，岩性主要为泥晶灰岩、含生物碎屑灰岩、含遂石结核结晶灰岩、砂屑泥晶灰岩、鲕状泥晶灰岩等。岩层区域产状为：100°∠40°。

2.2矿床地质

该矿山矿体呈岩基状产出，准采区范围内矿体长约340m，宽245m，厚150.8m，准采范围内矿体仅为灰岩矿床的一部分，矿体向准采范围四周及深部仍有延伸。扣除预可采储量之上第四系表土厚度约1.0m之后，本区内的矿石采出量为100%。

三、爆破方案优化实验

3.1现有爆破方案和存在问题

通过分析东龙白灰厂多年来的爆破实践，分析爆破效果差的原因。爆堆表面大块多，块度大；爆堆内部大块较少，块度较小，粉矿率高。这是因为炸药能量分布不均匀，炮孔下半部药量集中，爆破时挤压条件好，延长了爆破作用时间，能量得以充分利用，但也造成了矿石的过度粉碎。而第一排及后排的炮孔孔口部分，药量分布较少，又靠近临空面，挤压条件差，容易沿岩体结构弱面脱开，形成大块未采取减震措施或减震措施未达到预期效果，则受爆破后冲影响而靠近坡面部位沿岩体结构破裂。爆堆正前方的大块是因爆破前的清理工作未达到设计要求，底盘抵抗线过大或者坡面上粘着的松板动块未预处理等原因而造成的。总之，前、后排炮孔和炮孔充填部位易产生大块,天然节理裂隙是爆破产生大块的重要原因,裂隙过厚的软弱夹层的存在,易形成原生巨块。根底主要产生在前排孔的位置,原因是前排孔底盘抵抗线超标,阻力过大;孔超深不够,底部药量偏少,克服抵抗线能量不足。

3.2爆破方案优化及实验

针对以上问题进行了空气间隔装药爆破技术。

空气间隔爆破技术（图1）已在国外的采矿业中得到了大量的应用。Melniokov等认为，空气层的存在，导致爆炸作用过程中激发产生二次和后续系列加载波的作用，亦导致先前压力波造成的裂隙岩体的进一步破坏。虽然，空气间隔装药结构作用在炮孔上的平均压力低于耦合装药方式，但它可以通过产生的后续系列加载波的作用来达到破碎岩石的目的，他们认为，系列后续加载波是由于在带有空气层炮孔里的3个冲击波波阵面，即来自于爆炸气体的冲击波波阵面和在堵头或孔底反射引起的冲击波的波阵面，以不同的速度在不同的位置相互作用而产生的。围岩里的初始裂隙网络将会被这些后续加载波所提供的能量的持续作用不断扩大，该破坏效果当然比单一强冲击波对围岩的破坏效果好（为已有裂隙网的进一步扩大破碎所需压力总比破碎完整岩体要小得多）。空气间隔装药技术在爆破作用过程中一方面降低了爆压的峰值，降低或避免了对围岩的破碎作用；另一方面由于延长了爆压作用时间，可以获得更大的爆破冲量（爆压与爆压作用时间的乘积），最终提高了爆破的有效能量利用率。这些试验研究表明，使用空气间隔装药技术用于台阶梯段爆破而得到与常规装药方式相近效果，同时可以减少大量的装药工作量及大量减少起爆器材的使用，达到了提高工作效率和有效节省爆破成本的目的[1-3]。

从以上理论分析可知，炸药起爆后装药区炮孔每个断面经历最大压力作用，当爆轰波穿过空气接触界面后，装药区炮孔经历卸载过程、空气层炮孔开始加载过程，孔内压力迅速降低；随后冲击波到达堵头并反射，其反射压力波强度大于入射波压力，甚至有可能大于耦合装药时的压力，反射波到达之处压力升高；从堵头反射的冲击波先到达接触面并在空气层中反射一冲击波同时向爆生产物内透射一冲击波，此高压透射波在爆生产物内同向追赶稀疏波导致压力衰减；从孔底反射的稀疏波滞后在爆生产物内与相向而行的透射冲击波相遇，从而再次提高冲击波压力；如此往复，随着时间的推移，各相干应力波的强度随之衰减，直至孔内达到一个比较稳定压力。可以看出，在这个过程中爆轰气体的能量先储蓄在空腔内，后以附加应力波的形式对介质形成多次加载，延长了应力作用于岩石的时间，破碎孔壁的能量减少，而增加输送到周围介质的能量。

在空气间隔装药爆破过程中，应力卸载过程主要与在炸药起爆后在炸药与空气的接触面产生的稀疏波及从孔底反射的稀疏波传播过程相关，同时，也是剪应力和拉应力产生和增大的必须条件，是导致炮孔近区岩体拉伸或拉剪破坏的主要因素。爆轰波穿过爆轰产物与空气接触后孔内压力降低很多，而从堵头反射的压力波强度比最终孔内的平均压力要大，甚至有可能大于耦合装药时的压力，所以反射压力波作用于空气层所在炮孔有利于近区围岩的压剪破碎。

空气间隔爆破试验区各项爆破参数按以下:台阶高度H = 15m ,底盘抵抗线Wd =3.2～3.5m ,排距b= 3.2m、孔距a = 8.5m、孔深L = 16.8m、超深l = 1.8m、钻孔布置为梅花布孔方式、微差时间25～75毫秒、炸药单耗参照国内成功矿山的经验，炮孔装药量为正常孔的80 %，取0.34 kg/ m3。

图1 空气间隔装药技术示意图

表1 空气间隔装药实验参数及效果

从表中可能知道，利用空气间隔装药技术明显的降低了大块率，爆堆集中整齐，减小根底发生的可能性，并使岩块的均匀度得到了很好的改善。

实验与常规爆破相比：

（1）一次爆破的炸药单耗比常规爆破的单耗量降低了20%

（2）粉矿率、大块率由常规的有所降低， 二次的爆破量相应的减低，二次爆破工作费降低。

（3）由于爆堆规格合理、块度均匀，铲装工效提高，经济效益提高。

四、结论

依据对影响爆破效果因素的分析，针对东龙白灰厂山的生产现状，对现行的爆破方案进行了优化。

空气间隔装药技术在实验中收到了良好的效果，使爆破质量有了明显的提高，大块率由原来的6%降至2%，基本消除了根底现象的出现，并使岩块均匀度有了明显的改善。间隔器作为一种新型的爆破器材使爆破质量有了明显的改善，操作简单方便,减轻了工人的劳动强度。它不仅降低了炸药的单耗，获得了良好的经济效益，而且提高了挖装效率，减少了爆破的危害，是一种比较先进的爆破方法，具有很高的推广价值。

新技术的应用大大降低了矿山的生产成本，使企业获得了更高的经济效益。今后，要对新技术进行大胆的实验，并在使用中进行总结以期得到更好的推广。

参考文献：

[1] 朱红兵.空气间隔装药爆破机理及应用研究[D] (博士学位论文) .武汉:武汉大学, 2006.

[2] 张志呈,王成端.装药结构影响爆破效果的试验分析[J ] .爆破, 1991 ,8 (2) :1 - 4.

[3] 陈寿如,邢东升,宋光明,等.坚硬矿岩台阶深孔爆破降低大块率的综合措施[J ] .有色全属, 2002 ,54 (2) 34 -36.

（李村亭 连玉竹   中材矿山建设有限公司双阳分公司）

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编辑：金哲