探析露天矿起爆方式在孔爆破的作用

关键词：露天矿山;　孔爆破;　起爆法 
1.前　言
爆破是矿业工程、岩土工程等生产过程中的一个至关重要的工作,特别是露天采矿生产过程中的一个最重要的工序。爆破成本在矿山生产成本中占有较大比例,而爆破质量的好坏直接影响到铲装、运输、矿岩粉碎等工序的生产效率和成本。良好的爆破质量是采矿工作者一贯追求的工作目标，由于起爆器材的不断改进,露天矿山的一次爆破量与爆破效果都有了很大的提高。穿孔、铲装及运输的高度机械化,非电导爆器材的完善配套使用,使中、大型露天矿一次性爆破10多万吨乃至数10万吨已是常事。但就起爆方式而言,目前我国的许多矿山普遍采用的仍旧是排间微差起爆法(简称V法)。
毫无疑问,V法爆破利用排间微差,实行成排次序起爆而使被爆岩石有效碰撞破碎,减少了大块,提高了破碎质量。与此同时,也大大提高了一次爆破量,减少了辅助作业量,提高了工作效率和矿山经济效益。这些优点是单排孔齐发爆破或多排齐发爆破所无法与之相比的。这就是为什么大多数露天矿山普遍采用此法爆破的主要原因。
然而, V法爆破同时也会存在和出现下列问题:
1)还有一定比例的大块产出,且主要集中于同排相邻孔连线的中部。而炮孔周围的粉矿产出率又较高。
2)后排炮孔由于受爆轰挤压,爆破后产生较大后冲而影响后续穿孔作业。
3)爆破地震波较强,对邻近村舍建筑都有一定的影响。
4)如因盲炮出现岩墙,处理上则很困难。这是因为后排炮孔齐发爆破后往往形成较深的槽沟而使得穿孔设备难以正常通过加以处理。就绝对性而言,人们要想在矿山爆破中彻底消除大块、地震效应和后冲等现象是困难的。但比较而言,则无论是理论还是实践都说明:建立在球形爆破效能最优化理论基础上的VR起爆法是实施中深孔微差爆破的最佳方法。如能切实加以运用,则其爆破效果是非常理想的。
2.VR起爆法作用原理
不同形态的装药起爆示意图见图1。
                
  (a)球形体集中药包    (b)圆柱体长条形药包 (c)半圆柱体长条形药包
        
(d)双壁面控制岩体长条形药包            图2 VR起爆方式
众所周知,理想条件下球形装药的爆破作用是径向球形的。所以,图1(a)形态下的爆破效能是最理想的。有关试验数据表明:该情况下的炸药单耗仅为0. 08 kg/m3,是一般情况下矿岩爆破单耗的1/5。比较起来,图1(b)形态下的炸药单耗要高一些,图1(d)的炸药单耗又相应比图1(b)要高。但对于矿山爆破中的岩体形态而言,唯有图1(d)能够形成和出现。而图1(d)的最显明特点是什么呢?就是出现了齿锯形态下的双平面自由面;待爆孔的孔心距双平自由面的距离大致相等,即可使爆力作用到的自由面近似于圆形面。在这里,若注意到径向箭头处乃是前爆破炮孔的中心,实际上此处已被压碎破坏这一点,就不难想象近圆形面的存在了。这样,一是增加了有利于爆炸应力波反射而拉伸破坏岩体的自由面,二又使爆力对两岩壁的作用力近乎相等,从而也就大大地改善了爆破效果。
图2是典型的VR起爆方案。下面结合实为VR爆破作用机理示意图的图1(d)来分析一下VR起爆法的优点。
1)VR法由于实行了斜侧向起爆,这就使实际孔距Se与实际最小抵抗线Be之比达到了3. 46,远远大于能形成双平自由面的最低临界值数2. 6。即由于Se远远超过了正常孔距a,爆破时相邻孔无法相互劈裂贯通而只能使炮孔爆破张角限制在一定的范围内(实控标准为120°),从而为后爆炮孔创造了双平自由面。双平自由面的产生给后爆炮孔提供了充分拉伸破坏岩体的条件。由于在120°张角范围内岩体能较均匀受力,所以,此时岩块破碎均匀,大块产出率低,且在正常情况下不会出现泄能现象。
2)爆破后岩块位移的主要方向发生了变化,即被爆岩块由原来的垂直于采场自由面的正向运动变为斜侧向运动。从而收缩了爆堆的外移范围而使爆堆变得更规整。这既减少了推土机的作业量,又提高了铲装效率。
3)由于同段起爆孔大大减少,地震效应可明显下降。在适度加大排间起爆微差时间间隔的情况下,爆破震动效应更小。
4)每个起爆排面上仅有一个孔位于眉线控制带上,且一般每孔爆破都作用于120°的自由面,故爆破后冲力大大降低,一般不会出现后冲带,形成的眉线较为规整。
5)爆破后形成的槽沟较浅小。当爆区内万一有盲炮而产生岩墙时,移动穿孔机补孔并不困难。综上所述,笔者认为:VR起爆法确是一种理想的露天矿中、深孔爆破法。笔者在过去的爆破实践中学习运用此法,每次爆破均取得了理想的效果。
3.总结及体会
学习运用VR起爆法,以下几点是值得注意的:
1)由于VR法爆破中的分段起爆排数较多,每排段的充分爆破就显得特别重要。若后排在前排尚未充分爆破,即应爆岩石还未与岩体相分离时就使之起爆,则该排面便不能与岩体及时分离,次第影响去,便会引起爆堆隆起、后冲等不良现象出现。故此,应参照国外运用该法爆破的经验——排间微差时间应当不小于5 ms/m抵抗线。即假如抵抗线为5 m,则排间微差当不小于25 ms。
2)岩体顺序起爆后,越靠后的排面获得的挤压空间会越小,故在装药设计时,应适当增加些后续起爆孔的药量。
3)为取得既不让爆堆外撒又不造成后冲后翻的理想爆破效果,每排的左右2个边孔的装药量均应酌减一些。
4)平面布孔应取正三角形,即排与排之间任意3个相邻孔之间的连线形成的夹角应均为60°。唯有如此,才能在采用VR法起爆时取得爆力作用均匀的效果。