基于孔内装药结构的大规模爆破降本增效研究

基于孔内装药结构的大规模爆破降本增效研究

袁春波  李方伟  李正健

新疆雪峰爆破工程有限公司，新疆乌鲁木齐，830000

摘要：

本研究以天池能源南露天煤矿东侧地区为试验区，采用间隔装药结构进行大规模爆破实验。实验结果显示，采用间隔装药结构后，炸药单耗降低至0.204kg/m³，爆破方量达到384750立方米，爆破后大块明显减少。在参数设计部分，研究设置了319个孔位，孔径152mm，孔深16m，孔距9m，排距7.3m，台阶高度14.3-15.6m，超深1m，坡顶距2.5-3.0m，堵塞长度4.5m。这一研究表明，间隔装药结构在降低成本、提高安全性及环境保护方面具有显著优势，能够有效降低成本、提高效率。鉴于这些优势，该结构有望在更广泛的工程爆破领域得到应用和推广。未来的研究将聚焦于进一步优化装药参数和技术，探索其在复杂地质和城市环境中的应用潜力。

关键词：孔内装药结构；大规模爆破；降本增效；爆破参数

1.引言

爆破作业作为矿山和土石方工程中的关键技术环节，其成本和效率直接影响整个工程的经济效益和安全性。爆破技术是矿山开采中不可或缺的一环，尤其在大规模露天矿的开采过程中，爆破效率和成本直接关系到矿山的经济效益[1]。爆破装药结构是指在炸药装药中所采用的物理配置方式，它决定了爆炸能量的释放效率和作用方向。一个优化的装药结构能够显著提高爆破效果，减少无效和危险的爆炸。在国内矿山爆破过程中，以往都采用传统的连续装药结构，60年代后期，在有水的地质环境中，采用浆状炸药，上部仍用铵油炸药。但是连续装药结构使装药高度下降，上部岩石炸药效果并不理想，大块率较高，且炸药单耗较大，经济效益不高。

随着技术的发展，传统的爆破方法虽然成熟，但已逐渐不能满足现代工程对精度和成本控制的需求[2]。因此，优化装药结构，尤其是孔内装药方式，成为了提升爆破效率和降低成本的重要途径[3]。本研究基于在中国新疆某露天矿进行的系列爆破试验，通过详细的工程调查和数据收集，实验和理论分析对比，分析了间隔装药结构的效果，以期找到更经济、更高效的爆破技术方案。

2.工程概况

本次爆破工程位于天池能源南露天煤矿东侧岩石区域高程595m，如图1所示。作业区域主要为泥质砂状结构，属于中硬岩，具有层状构造。该爆破区域无含水层、无裂缝，岩体结构相对稳定。周边环境良好，无建（构）筑物，但爆破时需充分考虑爆破振动、飞石及冲击波对人员、边坡及设备的影响和潜在破坏。因此，本次爆破施工需精确计算爆破振动、飞石及冲击波的影响距离，并据此设计警戒距离，以保障施工安全[4]。

图1工程区地理位置

本次爆破依据《爆破安全规程》（GB6722-2014）《民用爆炸物品安全管理条例》（国务院第 466 号令）《爆破作业单位资质条件和管理要求》（GA990-2012）《爆破作业项目管理要求》（GA991-2012）《爆破术语》（T/CSEB 0007-2019）等材料，采用岩石松动爆破工艺，旨在有效破碎岩体，提高采矿效率。为保证爆破作业的准确性和安全性，采用数码电子雷管逐孔微差起爆网路进行起爆[5]。这种技术可以精确控制每个爆破孔的爆破时机，最大限度地减少了爆破振动和冲击波对周围环境和设备的影响，提高了爆破作业的效率和安全性。

3. 爆破方案设计

3.1 装药结构设计

爆破工程中，正确的装药结构设计是实现有效爆破的关键。间隔装药结构的理论基础建立在传统连续装药的不足之上，旨在通过调整装药间隔和爆破参数来优化爆破能量的传递和岩石的破碎效率[6]。根据岩石力学和爆破力学的基本原理，间隔装药可以更好地控制爆破应力波的传播路径和能量聚焦点，从而实现对岩石破碎程度和范围的精确控制。间隔装药结构如图2所示。前排炮孔（自由面第一排炮孔）采用连续装药结构，除第一排炮孔外，炮区内其余炮孔采用间隔装药。进行装药作业前，需对自由面及抵抗线情况进行观察确认，根据现场实际情况合理调整、控制药量，如遇最小抵抗 线过小的情况，可对该区域炮孔进行作废处理；具备补孔条件的，进行补孔后再行装药爆破，不具备补孔条件的，后期进行二次穿爆处理。

图2间隔装药结构

本次爆破采用间隔装药结构，结合露天常规深孔、浅孔松动爆破技术，以实现对工作面的有效破碎和开采。在间隔装药结构中，爆破孔的布置和炸药的间隔量是两个关键因素。理论上，通过增大爆破孔间的间隔，可以使得爆破产生的应力波在岩体中传播时更为集中，减少能量的无效散失，从而提高炸药的利用效率。此外，适当的孔间距还有助于减少岩体之间的相互作用，降低异常应力集中所导致的过度破碎或不均匀破碎。

根据实际情况，在保证爆破效果的前提下，设计了以下装药结构方案，炮孔布置如图3所示。本次爆破采用可现场设置延期时间的数码电子雷管起爆网路，爆区网络示意图如图4所示，严格控制每孔装药量和最大单响药量，降低爆破振动强度；必要时可采用爆破测振仪对周边建（构）筑物进行振动监测。

孔径：采用152mm钻孔进行布孔，以满足工程的爆破要求。

孔深：爆破孔深度为16m，根据工程岩体特点和开采需求进行合理布置。

孔距和排距：孔距为9m，排距为7.3m，以确保爆破效果均匀和岩体破碎度的提高。

辅助孔设计：为增加前排爆破效果，额外增加38个辅助孔，孔深16米。

本次爆破严格遵循《爆破安全规程》(GB6722-2014)、《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2020)、《民用爆炸物品安全管理条例》、《从严管控民用爆炸物品十条规定》等相关规定，爆破工程技术人员全程监管，现场爆破作业人员严格按照爆破设计进行施工作业。

图3炮孔布置图

图4爆区网络示意图

3.2 爆破参数设计

本次爆破为露天常规深孔、浅孔松动爆破，根据围岩赋存状况与探矿确定的矿石大致位置，合理选用钻爆参数和岩石单耗。孔深16m,该工作面钻孔直径152mm,孔距9m，排距7.3m,为了增加前排爆破效果，增加辅助孔38个，孔深为16m。本次工作面由于前排抵抗线较大，炮孔角度为80°，起爆点位于南侧，本次爆破孔数319个，方量258750 m³,总药量52718 kg,单耗0.204kg/m³，使用铵油炸药，详细爆破参数如表1所示。钻机工严格按照设计孔位、孔深、孔斜度等参数进行，确保钻孔质量，钻孔完成后，钻孔队伍组织人员初检，并做好防护措施，钻孔工程技术员、现场管理负责跟踪监督检查，及时解决现场存在的问题，确保钻孔达到设计要求，杜绝漏钻。钻孔施工完成后，现场管理人员对钻孔的质量及参数按照设计进行检查验收，如发现钻孔质量及钻孔参数不符合要求，立即返工，直至满足设计要求。钻孔验收后应做好孔的保护防止地表水或杂物石块流入孔内造成堵孔或卡孔、验孔时记录孔内积水情况。

表1爆破设计参数

4. 爆破效果分析

本次实验的间隔装药结构显著提高了爆破效率。根据实验记录，总爆破方量达到384750立方米，与预期目标相符。更重要的是，炸药单耗降至0.204 kg/m³，比传统连续装药结构的炸药消耗更低，显示出显著的经济效益和高能效的爆破过程。这种效率的提升归功于间隔装药结构优化的能量分布，使得爆破能量更均匀地作用于岩石，从而达到了更高的破岩效率。

根据实地观察和勘测结果显示，本次爆破试验区自由面整体块度较小，更为均匀，尽管偶有大块存在，但爆破效果明显优于传统方案，爆破块度如图5所示。飞石距离约为30-41.5m，如图6所示。爆堆伸出距离大约为10-15m，沉降范围约为0.5-2.5m。实地勘测显示，与传统爆破效果相比，爆堆前伸距离更长，沉降沟更深，说明爆破效果得到了明显的改善。

图5实验爆破块度                      图6爆破后飞石距离

从安全性的角度分析，本次爆破实验中未发生任何安全事故。特别值得注意的是，飞石的最大距离控制在41.5米内，没有超出设计安全范围。此外，边坡的稳定性得到了保证，没有发现伞岩和拉帮等危险情况。这些结果表明间隔装药结构能够有效降低由于爆破引起的潜在安全风险，保障施工现场的整体安全。

间隔装药结构不仅提高了爆破效率，还显著降低了炸药的使用量和总成本。通过优化装药和起爆参数，减少了对火工品的需求，从而降低了物料成本。此外，由于爆破效果的提升，减少了后续处理大块岩石的时间和费用，进一步提高了整个项目的经济效益。

首次实验在炸药单耗不变的情况下，通过提高炸药的配合度和能量利用效率，优化了爆破效果。具体来说，提高了爆破孔的配合度，使得爆破能量得到了更有效的传递和释放，从而提高了岩石的破碎效率。通过优化爆破参数和装药结构，使得爆破效果更加均匀，飞石距离更为稳定，爆堆伸出距离更长，沉降更深，这些结果都反映出了爆破效果的明显改善。

5. 结论与展望

本研究通过在天池能源南露天煤矿进行的大规模实验爆破，验证了间隔装药结构在实际工程中的应用效果。根据实验记录，总爆破方量达到384750立方米，炸药单耗降至0.204 kg/m³，间隔装药结构相较于传统连续装药结构，能够显著提高爆破效率，降低炸药消耗，并减少对环境的影响，具有以下几个主要优点：

（1）提高爆破效率。间隔装药结构在爆破后的爆破方量达到384750立方米，与传统装药结构相比，爆破效果更为突出。在实地观察中，爆破后大块明显减少，岩体破碎度更为均匀，表明间隔装药结构能够有效提高爆破效率，实现更为高效的开采。

（2）安全性增强。实验中飞石控制在安全范围内，边坡稳定性得到保证，有效降低了安全风险。

（3）环境影响小。对于爆堆的控制，使爆破过程中间隔装药结构对环境的负面影响较小，后拉距离短，飞石距离近。

（4）成本效益显著。采用间隔装药结构后，炸药的单耗降低至0.204kg/m³，相较于传统装药结构，能够实现更为经济的炸药利用。这一结果不仅降低了施工成本，也提高了爆破作业的经济效益。有利于实现矿区大规模爆破降本增效的目的。

尽管本研究取得了一定的成果，但间隔装药结构的优化和应用仍有广阔的研究空间。未来的研究可以从以下几个方面进行：

（1）参数优化：进一步研究不同岩性条件下的最优装药和起爆参数，以实现更精细化的能量控制。

（2）技术结合：探索间隔装药结构与其他新兴技术（如智能爆破系统、无人机监测技术）的结合，以提高爆破精度和效率。

（3）应用扩展：研究间隔装药结构在城市建设、隧道开挖等复杂环境中的应用，扩大其应用范围。

（4）环境和社会影响评估：深入分析间隔装药结构的环境和社会影响，评估其可持续性和社会接受度。

通过以上研究，期望能够进一步提升间隔装药技术的科学性和实用性，为爆破技术的发展提供更多的理论支持和实践案例。

参考文献

[1]姚金宝.露天矿山复杂地质条件下边坡预裂爆破技术应用探讨[J].矿业工程,2024,22(02):15-19.

[2]费鸿禄,纪海楠,山杰.露天台阶水介质间隔装药结构优选及对比试验研究[J].黄金科学技术,2023,31(06):930-943.

[3]张光辉,张家托,王洋,等.装药结构对硬质岩隧洞轮廓成型效果的影响研究[J/OL].爆破:1-14[2024-04-28].

[4]陈干,阳生权,曹柯.浅谈爆破有害效应及其防治措施[J].工程与建设,2023,37(01):325-327+361.

[5]李林仲.(2022).电子雷管微差爆破技术在莱新铁矿的运用.矿业工程(06),9-11.

[6]师文强,顾春雷,张波.巴润铁矿超大区爆破方案设计与实践[J].现代矿业,2018,34(11):181-184+189.