矿山爆破中新型气体间隔装置的应用

摘 要：我公司的矿山项目较多，受项目炸药库储量和炸药的地方采购量限制，容易造成炸药的供应不足。另外有的矿山与居民区的距离较小，爆破产生震动，给居民生活、周围的建筑物带来众多不良的影响，为了解决以上问题，提高爆破效率、减少成本，我们在穿孔作业中使用新型气体间隔器取得了不错的爆破效果，提高了经济效益。

关键词：气体间隔器 爆破试验 石灰石矿山

中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）4（b）-0090-02

目前，我国流行连续装药结构，石灰石矿山爆破都用这种结构，但这当中也存在一些突出的问题，如消耗炸药多，产生过度破碎等，导致火工品成本上升。所以采用间隔装药爆破，能达到节约能源、降低单耗的目的[1]。

1 空气间隔爆破机理

空气间隔装药与不耦合装药是相同的，广泛应用于爆破施工中，尤其是隧道开挖爆破[2]。多种研究表明，具有以下几个优点：一是大大降低孔壁的压力；二是有效降炸药单耗；三是提高能量的利用率，降低成本。应力波可以在空气柱中相互叠加，不仅增加了自身的作用时间，而且加强了对岩石的冲击力，从而获得理想的爆破效果。

2 气体间隔装药爆破的优点和问题

2.1 优点

传统爆破方式，炸药被集中装在下面，会导致上面能量不够。采用分段装药，可以使能量均匀分布。在压缩圈里面，由于气体高压作用，岩石会粉碎，会吸收大量的爆破能量。因为间隔气体有很明显的缓冲作用，它可能会降低压力峰值，更重要的是能够有效避免过度粉碎，延长岩石受力时间，这些力包括气体对岩石的压力，应力波对岩石的冲力。这种方式充分利用了爆破能量，降低了成本，同时减轻对居民区和建筑物的影响。

2.2 气体间隔器存在的问题

第一，气罐式间隔器。要先把气罐阀门打开，气囊进行充气，然后把间隔器在放下过程中边放边充气。一般情况下要等它到指定位置后，再等五分钟充气过程才能完成。要求十几分钟后方可继续作业。

第二，现充式间隔器。间隔器放入指定位置以后，尾部的充气管用地面的充气设备进行充气，充气管要在整个充气过程完成以后才可以拔出。优点是速度快，但需充气设备，操作繁琐。

3 新型气体间隔器的优点

新型气体间隔器是对气罐式间隔器的改进，优点是充气速度快、操作简便等，充气时由5 min变为10 s。

操作过程：首先间隔器放在指定位置上，由工人用力踩住测量绳子的上端并固定，将绳向上提起2 m，也就是说间隔器被提起了4 m，再把手松开，使它自由回落到原位，气罐会10 s内自动完成对气囊充气，所有步骤在40 s内完成。

技术原理：测绳固定在间隔器气罐拉环上。手松开后，间隔器自由落体运动下落3 m时，速度达7.6 m每秒，这时测绳拉住间隔器，运动速度瞬间变零，拉环受到冲力被拉起，气罐的阀门被打开，快速气囊充气，气罐的配重可以加大冲力。

4 利用气体间隔进行二次间隔装药的工艺改进方法

我公司采用组合式台阶矿方法，钻孔采用潜孔钻，孔倾角70°，孔直径是155 mm，较大炮孔也采用此方式来爆破。其中，气体间隔器材料是由复合塑料膜和玻璃纤维制成，成本较低。使用方法是：首先打开气罐的阀门，然后用手拉住间隔器上的绳子，要及时将间隔器放入直径为155 mm的钻孔内，罐内的压缩气体逐渐释放，从而使间隔器慢慢膨胀。

通过不断生产实践，这种利用气体间隔进行二次间隔装药的工艺改进方法具有以下几个优点。

一是露天爆破作业如采用间隔器装药可以有效避免炸药受到雨、水的影响。二是可以降低孔内爆炸压力，减少冲击粉碎，有效扩大破裂的范围，提高炸药的利用率，降低成本。此外，还可以使爆炸压力分布更加均匀，能有效客克服根底，为其他的后续工作创造了有力条件，还可以降低单孔装药量，有效减少爆后震动效应，进而提高爆破效果。

5 间隔装药的应用

5.1 用于邻邦控制爆破

中间间隔装药在金属露天矿的控制爆破过程中应用在孔底装药结构，具有减震和保护边坡的优点。

在坚硬岩层内的坡脚线上，空气间隔被应用在炮底，使底盘免受强烈破坏。在软岩中采用顶部与底部空气间隔结购，对邻近边坡进行控制爆破，也可有良好效果。

5.2 用于高台阶爆破

18 m台阶的底盘抵抗线较大，为了使爆破块度在可控范围，避免出现根底，采用间隔装药，可以减少炸药使用量，从而提高效益，达到爆破均匀的目的。此外，在一些情况下也可使用混合装药结构，在炮孔下面装高密度和高威力炸药，这样可以克服高台阶带来的大抵抗线。炮孔上面装密度和威力比较低的炸药，这样可以使炸药的能量分布均匀。目前高台阶露天矿的炮孔直径提高到310～400 mm，增加了各个炮孔药量，对大抵抗线有直接消弱作用。如只增大上部抵抗线的装药量，会导致能量增加过度，引起浪费。因此提高爆破破碎效果的有效方法是间隔和间隔混合装药结构。

6 空气间隔装药在凡口矿的试验应用

凡口铅锌矿采用地下深孔采矿。常用间隔装药的方式，其结构参数选取凭借的是经验。我们需要探究最好的结构参数，获得理想的爆破效果。

实验采场是间柱采场。采用FDQ法分层掏槽。一共进行了五次爆破，当采场的自由面爆破时，随后由北向南回采，一共进行了七次侧向崩矿爆破。由于大部分的孔深有26.4 m，为了使两侧充填体不遭到破坏，不仅要采用孔间微差爆破，而且要采用孔内微差爆破。所以，间隔不能完全使用空气，还要使用部分河沙。

在试验中，按不同的装药参数分别进行试验。在第6，7，8次实验的爆破中，空气、河沙高度均为1.5 m左右，爆后，从-120 m拉底层效果不如预期，块度较大。从第九次开始，调整了参数，使空气间隔与河沙都都保持在1 m，改善了爆破的块度。见表1装药结构参数（如表1）。

第6，7，8次爆破块度不好，第九次开始，有明显变化，第11，12，1，3次块度非常理想。第6，7，8次爆破，河沙空气间隔偏大，效果不好。第七次爆破，L3/L1比较大，受L2/L1偏大的影响，破效果不理想。因此在过程中一定要重视空气联合间隔装药与河沙及空气间隔长度。9，10次爆破L3/L1，L2/L1都在0.35左右，效果有很大改善。在第11，12，13次爆破中，由于L2/L1，L3/L1都小于0.5，所以效果理想。模型实验结果表明，使用河沙空气间隔装药，最优范围是0.45～0.50。假如不采用孔内微差，只采用空气间隔装药时，L3/L1在0.6～0.7之间较好。在间隔采场的两侧都是充填体，而充填体的质量普遍较差，在平常爆破中应用合理的空气间隔装药，可以保护填充体，在整个回采过程中保持完好。

7 爆破效果

7.1 中部间隔

如图1所示，第一批爆破试验中部气体的间隔为1.5 m，上面的岩粉填充6.5 m，上面装药10 m，下面装药12 m，炮孔深31 m，超深1.6 m。

为了提高爆破效果，单排孔可邻孔错开，前、后排错开。用1.5 m高的气体间隔置换了1.5 m药柱。使1 m以上的大块比例达到25%左右，使用1.5 m气体间隔后，大块率控制在20%以下。

在第二批爆破试验中，中部气体间隔保持在2.5 m，上面岩粉填充5.5 m，下部装药为13.5 m，上部装药为8.5 m。效果与连续装药相比没有大的改变。[3]

7.2 底部间隔

如图1所示，因为底部岩石受夹制作用，很容易出现根底，所以底部气体间隔此采用1m，有效减小对居民区震动。我们在采用底部间隔的同时又采用中部间隔，但是中部间隔不能超过2 m，上部装药量是总装药量的1/3，各个堵塞长度一定要符合爆破要求。[4]

8 应用新型气体间隔装置的效果

一般采用中部气体间隔2.5～3 m，从而达到了以下效果。[4]

第一，改进深孔爆破方法，穿孔作业采用直径为90 mm的潜孔钻机，采用连续装药的方式。穿孔深度是30～40 m，台阶高度是28～32 m，超深1.5～2 m，上面堵塞充填5～6 m，孔距4 m，行距是3 m，前排抵抗线3～3.5 m。炸药消耗量为0.39 kg/m2，大块率维持在25%，主要是靠挖掘机的破碎锤对爆破后产生的大块进行进一步的破碎。现在的炸药单耗是0.34 kg每平方米，每年大约可以节约20万元的炸药费。[5]

第二，炸，在炸药数量相同的情况下药消耗减少，爆破量增加提高了石灰岩产量。

第三，有效降低震动效应，减少爆破次数，减少安全管理成本，提高作业效率。

9 结语

空气间隔装药结构具有两大优点，它们分别是是效果明显和操作方便。所以工人们在施工过程中大都使用这种方法。这种新型气体装药结构已经被广泛应用，尤其是地下大直径深孔爆破，在改善爆破效果方面具有重要实践价值。空气间隔装药结构可以加强了对爆破的控制作用，以达到改善爆破效果的目的。空气间隔装药结构安全可靠、操作方便，可以使应力波形状发生改变，降低应力峰值，延长压力的作用时间，增加能量和冲量的密度。它可以把爆破能量分配地更加合理，使低粉矿率和大块率有效降低，从而加强爆破控制作用，改善爆破效果，进而提高经济效益。

参考文献

[1] 何进生，靳军，陈卫.利用气体间隔器二次间隔装药爆破的技术[J].水泥，2010（1）：11―13.

[2] 何进生，靳军，陈卫.利用气体间隔器进行二次间隔装药爆破的技术改进[J].四川水泥，2010（1）：15―19.

[3] 刘殿中.一次大型炸药库爆炸事故的分析[J].爆破器材，2011（1）：21―26.

[4] 王立强，尚立军，张维新.BJQ气体间隔器在棒磨山铁矿的应用[J].矿业快报，2011（9）：32―36.

[5] 李鲁生，李鸿玉.蒙阴金刚石矿光面爆破试验小结[J].非金属矿，2012（2）：15―19.

[6] 张新生，李全贵，张继生.对一起炸药爆燃事故的分析与思考[J].中州煤炭，2010（8）：36―38.