数码雷管在梅山铁矿掘进爆破中的应用

数码雷管在梅山铁矿掘进爆破中的应用

钟卫兵，黄锦坤

（南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司，南京，210041）

摘 要  2020年梅山铁矿在掘进爆破中使用数码雷管，使用安全性相比非电雷管得到了显著的改善。但由于是新生事物，在实际使用过程中，我们发现数码雷管的分段对掘进炮效的影响非常大：使用初期掘进炮效忽高忽低、不稳定，突出表现在掘进炮效不稳定，经常出现矿岩较破碎、瞎炮多、爆破抛渣较远和残眼较深等问题，直接影响了采准的掘进爆破效率。本次试验主要通过优化数码雷管的分段，寻求较优的装药结构，以达到提高掘进爆破效率，从而降低采准掘进成本。本次试验在井下-384m水平采准工序中取得了较好的爆破效果，总结了一套数码雷管在掘进爆破中的分段参数。

关键词  采准掘进  数码雷管  爆破分段  装药结构

1  前言

根据上级部门的要求，自2018年梅山铁矿开始试用数码雷管，数码雷管的使用在安全性和网络检测的便捷性上取得了显著的改善，但由于是新生事物，在实际使用过程中，我们发现数码雷管的分段对掘进炮效的影响非常大，使用初期掘进炮效忽高忽低，不稳定，突出表现在掘进炮效不稳定，经常出现矿岩较破碎、瞎炮多、爆破抛渣较远和残眼较深等问题，直接影响了采准的掘进爆破效率，本次试验主要通过优化数码雷管的分段，寻求较优的装药结构，以达到提高掘进爆破效率，从而降低采准掘进成本。本次试验在井下-384m水平采准工序中取得了较好的爆破效果，总结了一套数码雷管在掘进爆破中的分段参数。

2  梅山铁矿爆破参数

2.1  全断面炮眼布置形式

梅山铁矿巷道为6.0m*4.0m，在此断面参数条件下总计布置5个掏槽空眼和53个装药炮眼，各眼布置形式、装药量及起爆段位如图1、图2、表1、表2所示。

图1  全断面凿岩爆破参数设计图(单位/mm)

图2 全断面炮孔装药孔底起爆参数示意图

2.2  起爆段位

未使用数码雷管前起爆段位如表1、表2所示

表1  掏槽炮眼起爆段位及装药量设计一览表

表2 全断面凿岩爆破参数设计一览表（散药+卷药Ф32mm）

2.3  孔底微差起爆

确定合理的微差间隔时间，是关系到孔间微差爆破效果的关键。对于如何确定合理的微差间隔时间，参考资料甚多，但就孔间微差爆破来讲，应以矿岩开始移动的时间为依据。即为前段炮孔爆破后确保矿岩水平方向位移，且使矿岩体形成新的自由面和良好的空隙槽，为后爆炮孔创造补偿空间，发挥挤压，碰撞作用，充分利用动能。因此合理的延缓时间间隔必须大于矿岩体开始移动的时间，太短，则由于矿岩水平移动受限制，达不到良好的破碎效果；过长，则起不到充分利用动能的作用。也就是说，当先爆的中深孔刚好形成爆破漏斗，破裂漏斗矿岩已明显脱离的瞬间，后一组中深孔起爆最为合理，即合适的微差间隔时间Δt应为:（4）式中:K1—正波历时系数，由试验得出，K1=1.25~1.8；K2—负波历时系数，由试验得出，K2=q(Q-0.18)，其中Q是炸药与岩石波阻抗比值，q为炸药单耗，S—矿区矿岩与岩体脱开的距离，一般S=0.01m；V—岩块平均移动速度，由试验得出，V=4~7m/s。

计算所得微差间隔时间Δt=85~90ms。但在挤压条件下,爆破间隔时间应大于此值。又根据选用的微差雷管的实际微差条件,结合掘进爆破的特点，梅山铁矿掘进爆破前期采用的延时雷管为毫秒与半秒段位结合，段位时间间隔应大于100ms。

2.4  爆破效果

掘进单循环进尺平均约为2.92m/炮，掘进爆破效率约为83.4%-85.9%（孔深约3.4-3.5米）。

3  试验过程

本次试验主要是如何确定孔底起爆间的分段时间差。试验地点主要在-384米水平、-366米水平进行，按照半秒导爆管雷管的延期时间，分段起爆段位之间共尝试了100ms、200ms、250ms、500ms等不同时间间隔的爆破分段方式，其中100ms逐孔起爆，周边眼不同分段方式起爆结构（见图6、图7、图8、图9），并组合全断面掘进爆破参数分别进行了现场试验，并最终得到了较理想的分段方式，试验期间，技术人员做好现场数据的收集工作，测量员及时测量进尺进行验收确认。

3.1试验段位

3.1.1数码雷管分段时间间隔100毫秒，设计如下表：

表3 数码雷管分段时间间隔100毫秒设计一览表

    试验数据如下表：

    表4 数码雷管分段时间间隔100毫秒试验数据表

    从爆破效果看，爆破平均进尺在2.88米，与非电雷管爆破效果相仿，存在的问题为：1）爆破抛渣较远；2）爆堆不集中。给下道工序出矿造成困扰，考虑可能原因为分段间隔较小，造成爆破未形成有效自由面，爆破叠加导致的抛渣远，故接下来开展分段间隔为250ms的试验。

    3.1.2数码雷管分段时间间隔250毫秒设计如下表：

表5 数码雷管分段时间间隔250毫秒设计一览表

    试验数据如下表：

表6 数码雷管分段时间间隔250毫秒试验数据表

从爆破效果看，爆破平均进尺在2.91米，爆破进尺无明显改善，爆破还是存在抛渣较远，爆堆不集中的问题，与100ms间隔相仿，其中也做了200ms间隔的试验，试验结果与上述相似，故接下来继续增大分段时间间隔，试验间隔500ms-1000ms的效果。

3.1.3数码雷管分段时间间隔500-1000毫秒设计如下表：

表7 数码雷管分段时间间隔500-1000毫秒设计一览表

    试验数据如下表：

表8 数码雷管分段时间间隔500-1000毫秒试验数据表

    从爆破效果看，平均进尺为2.72米，爆破效果较短时间间距差，但爆堆相对集中，。从结果看，增加了分段间隔，解决了爆破抛渣远的问题，但爆破残孔较深、残药还有存在，爆破效果不理想，经过分析原因主要是雷管出现了拖拽现象，导致起爆药包发生了位移，影响了爆破效果。

    通过前期试验数据得出结论：1、按照目前的分段间隔爆破效果提升不明显；2、爆破间隔小会造成爆破抛渣远、爆堆不集中的问题；3、爆破间隔增大到500ms以上解决了抛渣远的问题，但出现了雷管拖拽现象，起爆药包发生了位移，影响了爆破效果；4、需要进一步完善起爆分段，同时需要解决雷管拖拽现象。

4  优化方案

4.1  优化起爆方向和连接方式

    针对爆破过程中存在脚线拖拽现象，在现场做了反向加工起爆药包、反向起爆、竖向连接方式等试验，同时连线方面连接母线与掌子面的距离大于1米，使母线与脚线连接尽量松弛，给雷管脚线适当的位移量，减少拖拽带来的影响；

4.2  优化爆破堵塞方式

    用粘土、砂或土砂混合材料将装好炸药的炮眼封闭起来成为堵塞，炮泥的作用是保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生产量，降低爆炸气体逸出自由面的温度和压力，使炮眼内保持较高的爆轰压力和较长的作用时间（1）。

4.3  采用远程集中起爆

    远程集中起爆，通过严格的流程和时间控制，实现了每个起爆点起爆时间固定，特别是实现了在任何一个时间点，保证只有一个爆破点实施起爆，杜绝了以前有两个或两个以上爆破点同时起爆、响炮的现象，通过流程控制，在实际爆破中可以解决两个关键的问题，一个是实时发现起爆故障。其次是杜绝了人为的爆破地震波叠加，对于减少爆破地震波的危害有积极意义。远程集中起爆实施后，爆破作业人员不需要再铺设长距离的导爆管，作业强度和时间都将减少，随着作业时间的压缩和提前，采矿爆破作业效率明显提升，爆破作业人员在井下作业的时间也相应缩短，大大的提高了爆破效率。

4.4  采用逐孔分段方式起爆

   数码雷管按照半秒导爆管雷管的延期时间分段起爆，其效果不好可能是由于每个段别的数码雷管延期时间太精确产生了齐爆的现象，而齐爆就会导致产生的自由面变小，而半秒非电由于本身精度并不好，每个段别的非电雷管其实不是同时爆的，起爆过程中产生的自由面更多。

为了体现数码雷管任意修改延期的优势，为了产生更多的自由面提高炮效，正常作业采用逐孔分段起爆；同时根据现场打眼的实际情况，考虑炮孔的角度、炮孔的间距来设置不同的段位，掏槽孔孔间距小的先响。

优化后的数码雷管分段时间间隔为100ms，设计如下表：

表9 数码雷管分段时间间隔100毫秒逐孔起爆设计一览表

4.4.1为了保证数码雷管使用过程中的可靠性，原则上最长延期时间不得超过5500ms（数码雷管的可靠性主要由芯片的抗震性能决定，5500ms以内是经过大量现场试验论证的；5500ms以上产生的震动可能会对芯片造成影响，只有少批量的试验，没有大量的数据支撑，影响未知，但根据大量的现场经验，延期时间越长，产生的震动对芯片的影响越大）。

4.4.2逐孔起爆选择100ms的原则：根据①半秒非电最长延期为5500ms，②芯片最可靠的延期时间范围0-6000ms，确定逐孔起爆最长延期不超过5500ms，孔数大约为50，用最长延时除以孔数，那么逐孔起爆的每发雷管的时间约为100ms，其中掏槽孔的时间间隔为25ms。

试验数据如下表：

表10 数码雷管分段时间间隔100毫秒逐孔起爆试验数据表

   4.4.3周边眼部分眼同时爆破和齐发起爆；周边眼2-3个眼同时爆破；顶板眼同一段位，底板眼同一段位，帮眼同一段位，从爆破效果看，巷道成型较好，爆破集中。

5  试验效果

对比按照非电雷管分段的试验数据，可以发现逐孔起爆技术对应的掘进单循环进尺和掘进爆破效率最高，掘进单循环进尺平均约为3.14m/炮，掘进爆破效率约为91.28%，同时爆破集中，巷道的成型较好，因此我们使用数码雷管逐孔起爆方式取得了较好的效果。

6  结论

    6.1梅山铁矿数码雷管的使用，不仅改善了采准掘进爆破效率，同时满足了安全的需求。

   6.2通过优化全断面凿岩爆破参数，探索适用于数码雷管的起爆技术，可以进一步提高采准掘进爆破效果，提升掘进巷道的一次成型率。

参考文献

[1]  高尔新.徐州：《爆破工程》.中国矿业大学出版社，1999：157.

[2]  汪旭光.北京：《爆破设计与施工》.冶金工业出版社，2011.5.

[3]  王运敏.北京：《现代采矿手册》.上册.冶金工业出版社，2011.5.