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PVC 管间隔装药在深孔爆破中的应用 马望龙 神宁集团汝箕沟无烟煤分公司 摘 要： 提高岩石的爆破质量对露天煤矿的生产具有重要意义, 随着现代化矿山的建设, 长期以来在穿孔爆破设计中所用的传统方法, 存在一定的不足, 本文提出了采用 PVC 管间隔装药的爆破方法, 提高爆破效率和经济效益关键词： 爆破效率; 间隔装药; 深孔爆破; 经济效益; 爆破质量; 作者简介：马望龙 (1989—) , 男, 宁夏西吉人, 助理工程师, 本科, 2012 年毕业于西安科技大学采矿工程专业, 现在神华宁煤集团汝箕沟无烟煤分公司采掘队从事露天爆破工作Application of PVC pipe interval charging in deep hole blastingMA Wanglong Rujigou Anthracite Coal Branch, Shenhua Ning Coal Group; Abstract： Improving rock blasting quality has been important for the production of open-pit coal mines. With the construction of modern mine, the traditional methods used in piercing and blasting design have some deficiencies. This article proposes a blasting method of using PVC pipe spacing charging to improve blasting efficiency and economic benefit.Keyword： blasting efficiency; interval charging; deep hole blasting; economic benefit; blasting quality; 0 引言矿岩在采装之前预先破碎的程度如何, 对其后各生产环节, 如采运设备的效率, 采、运、排生产的安全和成本等有着直接的影响, 而爆破质量和炸药单耗是露天矿生产的重要经济技术指标。

神华宁煤汝箕沟无烟煤分公司大峰采区 (以下简称大峰采区) 采用深孔台阶松动爆破, 基本上满足了电铲作业的要求, 但长期以来在穿孔爆破设计中所用的传统方法, 存在一定的不足 (1) 是硬质砂岩的爆破日益成为一个爆破难题, 利用现有的传统爆破工艺难以保证爆破质量, 根底、大块与岩墙会严重影响电铲的采装效率, 同时也相应了增加二次破碎的工作量和爆破成本[1] (2) 是深孔一次爆破成本高特别是在 2013 年引进的WK-35 大型电铲、KY-250D 型牙轮钻机投入运行后, 一般穿孔深度在 18 m, 为保证炮孔上部岩石的破碎效果, 一般硬岩装药长度在 12~13 m, 使炸药能量的有效利用率低 (3) 是面对煤炭市场持续的不景气, 节约成本, 降支降耗成为生产经营过程中的重点, 并且爆破的效果如果达不到要求, 会很大程度造成电铲设备的磨损并且影响生产效率通过对大峰采区在中深孔中使用 PVC 管间隔器进行间隔装药爆破方法, 不仅可以提高岩石的爆破效果, 还可以降低炮孔的单孔装药量, 从而降低炸药单耗和爆破成本, 对现代化矿山发展具有重要的现实意义根据现场的生产实践, 在传统的硬岩穿爆工作的基础上, 引进新的爆破工艺, 改善爆破质量, 以降低采装成本, 提高爆破效率和经济效益。

1 采区产生大块和根底原因的分析1.1 炸药性能对爆破效果的影响炸药的密度、爆热、爆速、做功能力和猛度等性能指标, 反映了炸药爆炸的威力, 直接影响爆炸效果增大炸药的密度和爆热, 可以提高单位体积炸药的能量密度, 同时提高炸药的爆速、猛度和爆力[2]1.2 装药结构对爆破效果的影响(1) 按药卷与炮孔的径向关系分为藕合装药和不藕合装药 (2) 按药卷与药卷在炮孔轴向的关系分为连续装药和间隔装药连续装药各药卷在炮孔轴向紧密接触, 间隔装药药卷之间在炮孔轴向上存在一定长度的空隙, 空隙内可以是空气、木垫或其它材料1.3 孔网参数的影响(1) 孔网参数不合理在孔网参数偏大的中间部位, 受药柱破坏和作用较小, 爆破后, 此处大块会增多, 严重时会出现根底 (2) 钻孔超深不合理部分炮孔超深偏大, 药柱的重心随之下降, 台阶上部矿岩易产生大块, 爆破后的爆堆表面会看到带有炮孔痕迹的大块如果超深偏小, 台阶底部矿岩受到炸药能量的作用减少, 爆后往往出现根底 (3) 抵抗线大小的影响由于钻机安全作业距离的限制或特殊区域环境的影响, 前排炮孔抵抗线偏大, 爆破后在台阶根部会出现根底[3]1.4 炮孔上部填充的影响炮孔上部充填段产生大块的主要原因是炸药主要集中在炮孔中下部分, 导致上部充填段的的岩石得不到足够的炸药能量, 从而使其不能充分的得到破碎。

另外, 随着下组煤的开采, 炮孔内积水较多, 炮孔上部充填形成泥浆或悬空, 炮孔无法填实密实[4]1.5 岩层交错赋存的影响由于岩石性质的不同, 使应力波遇到坚硬岩层衰减或阻断, 同时爆炸气体从软岩中逃逸, 迅速下降, 致使被爆坚硬岩体没有足够的爆炸能量[5]而产生大块1.6 前一次爆破对后面爆破的影响因为前一次的爆破震动, 使得岩体整体性遭到破坏而产生裂隙, 爆炸应力波对产生的这些裂隙破坏作用减弱, 并且在爆炸过程中, 一部分气体过早地从裂隙中逸散;另一方面, 因为前排的岩石没有足够的运动阻力, 使得被爆岩石相互作用效果减弱从而造成大块1.7 有效自由面的影响爆区炮孔由于没有形成有效的自由面 (主要是两侧和炮孔后排) , 应力波和爆轰气体不能对岩体产生足够多的裂隙而使岩体破碎, 从而造成大块1.8 岩体裂隙程度及节理方向的影响岩体通常有原生裂隙和节理, 而上部台阶超前钻作用, 前部台阶爆破后冲及邻近爆破的震动会引起的此生裂隙和节理, 当爆破面与岩层走向斜交或垂直时, 裂隙对爆破大块影响较大2 采用爆破新工艺, 提高爆破质量在一定的岩石和炸药条件下, 采用空气间隔装药可以增加炸药作用于破碎岩石能量的比例, 提高炸药能量的有效利用率、改善岩石破碎的均匀度、降低大块率、提高铲装效率, 还能降低炸药消耗量, 有效地保护边坡免遭破坏[6]。

空气间隔装药在爆破理论上的优点:1) 降低了作用在炮孔孔壁上的冲击压力峰值若冲击压力过高, 在岩体内激起冲击波, 产生粉碎区, 使炮孔附近岩石过度粉碎, 就会消耗大量能量, 影响粉碎区以外岩石的破碎效果2) 增加了应力波作用时间在相同试验条件下, 从图 1 中可以看出, 空气间隔装药激起的应力波峰值减小, 应力波作用时间增长, 应力变化比较平缓图 1 连续装药和空气间隔装药激起应力波波形的比较 下载原图3) 增大了应力波传给岩石的冲量, 而且使冲量沿炮孔较均匀分布[7]2.1 利用气体间隔器装药爆破工艺采用气体间隔器进行炮孔内间隔装药工艺, 可降低孔内爆炸压力, 减少甚至避免因藕合装药而形成的矿岩冲击粉碎, 扩大破裂区范围, 提高炸药爆破能量的有效利用率由于装药位置的提高, 使孔内爆炸压力沿炮孔轴向的分布更加均匀, 能有效、克服根底和降低爆破大块率, 为采装等后续工序创造有利条件另外, 能有效地降低单孔装药量, 从而减少爆破震动, 提高爆破质量[8]但利用气体间隔器间隔装药存在一定的不足, 一是气体间隔器市场价格较高, 而我采区一次爆破孔数多, 每月爆破次数频繁, 利用气体间隔器间隔装药会大大增加爆破成本;二是气体间隔在深孔中难以操作, 很难准确的下达到炮孔指定位置, 从而影响爆破效果。

2.2 利用 PVC 管代替气体间隔器大峰采区现在为 WK-35 大型电铲准备爆破量时, 使用 KY-250D 型牙轮钻机穿孔, 一般穿孔深度在 18 m (超深 3.5~4 m) 左右, 为保证炮孔上部岩石的破碎效果, 一般硬岩要保证装药长度在 12~13m, 充填长度在 5~6 m, 其单孔装药量在 440 kg/孔但从实际爆破后效果来看, 其爆区的中下部岩石过于粉碎, 这其实就是因为炸药所装位置过于集中在炮孔的中下部, 使得炸药能量的有效利用率低, 相对于 WK-35 大型电铲来说, 岩石的过于破碎, 实际上使得一部分炸药在做“无用功”, 导致炸药的浪费, 增加了露天爆破成本PVC 管是一张高分子材料制成的塑料管, 其抗张强度在 60 MPa 左右, 冲击强度 5~10 k J/m, 有优异的介电性能通过利用 PVC 管代替气体间隔器进行间隔装药, 同样可获得间隔装药的特点, 使得炸药位置提高, 平均分布在炮孔, 孔内爆炸压力沿炮孔轴向的分布更加均匀, 降低孔内爆炸压力, 从而减少甚至避免因藕合装药而形成的矿岩冲击粉碎, 提高炸药爆破能量的有效从上表 1 可以看出, 在孔网参数、孔深一样, 并且保证充填长度不变的情况下, 利用间隔装药, 可使得单孔装药量比连续装药节省 120 kg/孔, 其单耗由原来的 0.65 kg/m 降至 0.47 kg/m, 从而大大节省了爆破成本。

表 1 连续装药和间隔装药对比 下载原表 PVC 管间隔装药具体操作如下:(1) 根据爆破的炮孔孔径, 选择孔径合理的 PVC 管; (2) 当炮孔内没有水时 (干孔) , 先进行第 1 次装药, 再用一根 PVC 管进行一次中间间隔, 然后继续进行第 2 次装药, 最后充填炮孔[5], 干孔间隔装药如图 2 所示 (3) 当炮孔内有水时 (水孔) , 水深小于 1.5m 时, 可使水作为底部间隔介质, 直接在水上部进行装药, 然后利用 PVC 管进行间隔 (第 2 次间隔要小) , 接着进行 2 次装药, 最后进行充填, 水孔间隔装药如图 3 所示 (4) 当水深大于 1.5 m 时, 预先处理孔内的水, 接着重复 (2) 、 (3) 的装药过程利用 PVC 管替代气体间隔器进行间隔装药爆破工艺的优点:在获得气体间隔器对爆破效率影响的同时, 会使得经济效益得到大大的提升, 并且相对气体间隔器操作比较简单图 2 干孔间隔装药 下载原图在具体经济效益方面, 大峰采区现在使用的矿用炸药大约在 7.021 元/kg, 平均单孔的炸药成本大约在 2 100~3 080 元/孔 (约 18 m 的孔) , 而 PVC 管的市场成本大约是 4 m/根大约 15~20 元。

利用 PVC 管代替气体间隔器进行间隔装药后, 每孔节约炸药 120 kg, 节约成本 843 元, 按现在大峰采区一次爆破区域规模, 平均爆破孔数大约在 150 个左右, 那么一次爆破可节约 13 万元, 全年可节约成本 1 200 万元左右可以看出, 如果 PVC 管代替气体间隔器进行间隔装药这项工艺能够在矿内应用成熟, 平均对每个炮孔会大大节约成本, 对于整个爆破和生产效益的节约成本是相当可观的3 结语在一定的岩石和炸药条件下, 采用间隔装药代替连续装药, 对于提高炸药能量的有效利用率、改善岩石破碎的均匀度、降低大块率、提高铲装效率、降低炸药消耗量, 都有着很好的改善, 所以这种新的爆破工艺能在露天矿内成熟的应用起来, 对现代化矿山发展具有重要的现实意义图 3 水孔间隔装药 下载原图参考文献[1]申卫峰, 单承质.降低深孔台阶爆破中大块率和根底的措施[J].煤矿爆破, 2010 (1) :31-33. [2]王玉杰.爆破工程[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2007. [3]方伟, 张新光, 乔殿红.影响露天矿台阶爆破效果的因素分析[J].采矿技术, 2010 (5) :85-86. [4]常永刚, 贺昌斌.导爆索与非电导爆管起爆网络的选择应用[J].露天采矿技术, 2005 (4) :11-12. [5]熊代余, 顾毅成.岩石爆破理论与技术。