贝建刚
(安徽开发矿业有限公司，安徽六安，237462)
摘要：本文阐述了在采场高分层中孔设计与爆破过程中，由于地质条件不同而容易遇到各类问题、此类问题主要与爆破有效能量与无效能量有关，当有效能量增多，无效能量减少时，则隐患少，爆破效果好。反之，则安全隐患多，爆破效果差。本文提出了增大有效能量的办法，并且取得了理想的效果。
关键词：离分层；采场爆破；参数
采场开采过程中，爆破崩落矿量过程时间紧、任务重、安全隐患多、施工要求严格，要求细致，不得马马虎虎，草率行事。在爆破过程中，必须提高有效能量的利用率，降低无效能量的产生。有效能量主要包括：将矿体崩落下来的能量；爆破时使得崩落的矿体具有一定的初始速度，即具有一定的动能，此部分能量能够满足崩落体的二次破碎；将崩落体从母岩上崩落下来；能够控制矿体崩落边界，根据炮孔的形状将矿体按设计范围崩落下来；此外有效能量还包括将附近悬顶的矿体振落下来，将相邻采场掌子㈣李区四周壁面挂着的矿石振落下来。无效能量主要包括：爆破产生的地震波；爆破产生的冲击波；爆破产生的噪声；爆破产生的光能；爆破产生的飞石；爆破产生的破碎岩体塌落；爆破产生的浮石冒落；爆破产生的附近设施的损坏等。
在采场爆破过程中，由于采场矿体的自然赋存特性，需要采取合理的采矿方法，布置相应的爆破中孔，将矿体有效地崩落下来，因此需要选择合理的方法，充分提高有效能量的利用率，尽量减少和避免无效能量的产生，减少危害的产生。
1爆破能量分布情况分析
在采场爆破过程中，由于炸药爆破能量分布不同，会产生不同的爆破效果。因此在进行爆破时应充分考虑炸药能量的分布情况，尽量使得炸药按矿体的具体形状，采取均匀布置炮孔的方案，确保块体在崩落时，能将矿体有效地崩落下来，并达到理想的块体，减少过碎或过大情况的发生。岩体崩落过粉碎，容易产生粉尘，反之块体过大，容易产生大块。因此要求采取均匀分布炸药能量的方案，使得块体崩落效果更加理想，容易提高采场生产效率，改善采场作业条件。
2爆破能量分布设计
在块体爆破过程中，由于受块体自身特性的影响，导致因爆破能量需求不同而产生不同的效果。如对于破碎部分需要能量少，而对于坚硬部分爆破时需要的能量多，根据不同的岩块，采取不同的布孔方案。控制装药量，从而改善崩落效果。在扇形束状孔[1]爆破时，由于在相同岩体中，顶部及边界部位，爆破能量少，易产生大块而孔口附近能量多，容易产生过粉碎现象。如图1所示，需要在装药过程中，增大孔底装药密度，而减少孔口装药量，孔口采取间隔装药的方案，提高了爆破施工效率，避免了能量集中[1]的问题。
 
如图2所示，对于上部软岩体应采取松动爆破方案，采取少打眼、少装药的方案。可保证此部分岩崩落下来，破碎下来；对于下部硬岩体，可采取相对的多打眼、多装药的方案将其崩落下来。关于能量、炸药、炮孔的数量要求，需要根据矿体的围岩特性来确定。
图2中，表示对于不同岩体组合成的块体，由于不同块体的性质不同，导致在爆破过程中，当不同岩体采取相同的爆破布置参数时，由于分布的能量相同，直接导致出现爆破后过碎或块体过大现象，容易产生爆破事故。
由于块体内的岩石硬度大小、分布位置、物理成分、约束条件等各不相同，需要根据其相应的强度大小、分布情况进行相应的计算，根据计算结果，确定合理的装药量，并进行相应的分段处理，保证爆破正常地进行；关于各类岩体的爆破有其固定的消耗指标，在各参数确定后，需要进行相应的实验，并对其效果进行观测、记录、比较与分析，找出适合其爆破规律的爆破参数后，按其爆破参数进行炮孔布置，方能达到理想的爆破效果；对于多种岩体组成的混合岩体，应该根据其各自的物理特性，采取相应的爆破方案，方能保证混合岩体的崩落。
对于存在各种不同岩体交错布置的情况，应该采取区别对待的方案，将主要的岩体有效地崩落下来，同时兼顾次要岩体的崩落。可见由于爆破岩体的不同，爆破参数要求，爆破能量分布也会有所不同，因此根据不同的岩体采取相适应的爆破方案，在某种程度上促进了爆破理论的发展，提高的爆破理论反过来也促进了爆破施工效率，降低了爆破施工成本。
3爆破能量布置约束条件
在爆破时，首先要根据爆破对象的具体条件进行详细的论证，包括爆破对象的外部条件和内部条件，外部条件主要是指爆破体周围的环境与物的影响状态。周围设施、设备的状态。空气中有害气体成分及通风情况，例如是否可引起河流中断，周围是否有塌冒的可能，周围巷道工程是否会被破坏。与爆破地点相通的透口情况，周围温度是否超过正常的温度，人员通道是否畅通，爆破地震波传播途径，爆破冲击波的传播通道，爆破飞石影响的范围，爆破烟尘扩散通道，爆破噪声的影响范围。由于外部环境的变化，从而容易出现不同的爆破效应。
爆破的内因主要与爆破对象、爆破器材、起爆方式、起爆顺序、点火形式、爆破工艺、炸药性能、单段最大药量、总药量、雷管毫秒分段的精确度等有关联，对爆破结果产生影响，炮孔布置参数对爆破效果起着决定性作用，原则上炮孔应该均匀布置，由于岩体单耗固定，则会取得相对较好的效果，关于爆破的内因在分析过程中，必须掌握其真实的特性与特点，把握其内在的规律，充分对内在的规律进行驾驭，发挥其作用，从而达到更为理想的效果。在对爆破进行内因分析过程中，要确定各类内因之间的关联性，确定其相互的影响，从而保障爆破效果，提高爆破效率，关于爆破对象、爆破材料、起爆方式、起爆顺序、爆破工艺、药量多少、延期时间等因素相互影响，相互制约，只有正确地把握其关系，并进行正确地设计与施工，方可达到更高的目标。
4爆破工艺对爆破能量布置的影响
从爆破工艺方面讨论与分析，在爆破时采取的起爆方式，如布孔参数、孔距、排距、抵抗线的大小、施工人员的技术水平、素质高低、连线方式、爆破规模等无不与爆破效果密切相关。
起爆方式有孔底起爆、孔口起爆、多点起爆及全孔起爆等多种形式。孔底起爆时爆炸能量由孔底产生，向孔口方向延伸，首先产生的爆炸充击波在孔底与孔口之间多次反射，爆炸能量出现叠加现象，提高了爆破能量利用率，提高了爆破效率，同时产生的高温、高压气体不因孔口而提前泄漏，延长了高温、高压气体的作用时间，保障了岩体的充分破碎，提高了爆炸能量的利用率，对于孔底部位抵抗线及阻力较大的部位，易采用自孔底起爆方式。孔底起爆岩体由于受到爆破开裂，而后向孔口传播，当孔底抵抗线选择适当时，由于爆破能量的释放，而降低了孔内爆炸能量向孔口冲出的可能性，不会发生能量泄漏现象。避免无用功的产生，减少了地震波、冲击波、飞石、噪声、烟尘的危害。反之，则爆破效果差，无用功增大，破坏性后果严重，爆破危害范围扩大。孔底起爆方式如图3所示。
因此，在爆破发生时，爆破效果与起爆方式有关联，当采取孔口起爆时，由于炸药在孔口开始起爆，在极短时间内，大约在几十微秒内，爆破能量开始向外泄漏，孔口崩落体开始松动，爆破随着向孔底延伸，岩石逐渐开始崩落下来。对于地下开采，由于孔口朝下，已崩落的岩体开始下落，从而为后序爆破提供一定的自由面，改善爆破效果，对于孔口朝上的炮孔，由于孔口附近岩体松动，减少了下层崩落岩体的阻力，使得岩体崩落难度降低，但随着孔深的增加，崩落阻力增大，爆破能量扩散较多，从而使得孔底爆破效果更差，易出现硬底、根坎、大块增多现象，降低了爆破效果。此孔口起爆适宜于孔口部位，阻力较大而孔底阻较小的岩体爆破。如孔口朝下的上向爆破。但爆破补偿空间及自由面必须充分，否则无法将岩体崩落下来。孔口起爆方式如图4所示。
多点起爆方式为在孔底、孔中间、孔口多个部位布置起爆点，同时在多点起爆，孔底起爆点向孔口传播，中间起爆点向两端传播，孔口起爆点向孔底传播，多个起爆点产生的冲击波相遇时，爆破冲击波相互叠加反射，在孔口破裂前，孔内爆破冲击波相互叠加，高温、高压气体作用时间延长，效果增强。当孔口围岩破碎后，孔内冲击波及高温、高压气体急剧泄漏，矿体被瞬间破碎开来，如果布置参数适当，在爆破能量泄漏前，岩体得到完全破碎，抵抗线选择适当，孔口起爆，可很大程度上提高爆破能量的利用率，爆破能量做有用功增多，无用功减少。爆破危害效应降低，则可改善爆破效果。此种爆破只要抵抗线选择适当可有效地将岩体崩落下来。多点起爆可有效地避免孔口炸药拒爆问题，提高炸药的利用效率，如图5所示。
全孔起爆是指在孔内，全孔布置爆破引爆的导爆索，或全孔起爆，有效杜绝孔内爆炸拒爆现象。对于自由面充分，爆破时可采用此法提高效率，但对于底部抵抗作用大的爆破，由于孔口提前开裂，爆炸能量损失大，从而影响爆破效果，降低了爆破效率，不易采用。因此在选择起爆方式前，必须对岩体进行详细分析，确定相应的布孔方案。选择相应的起爆方式，方可将岩体有效地崩落下来。崩落体在全孔起爆的条件下，会首先在抵抗线最弱部位或阻力最小部位首先开裂，而后其他部位随着崩落下来；或崩落体同时开裂，阻力小的部位崩落物爆破块度小，而阻力大的部位崩落物产生的块体大。虽然全部已崩落，由于阻力不同崩落效果不一样。例如，在露天矿山爆破过程中，容易产生大块的部位位于孔口、软弱夹层附近、台位、孔底后面部位、底根部位在孔口部位产生的大块，孔口存在不装药孔，炸药在孔部位爆炸时，相对阻力大，而爆破能量少，从而导致孔口产生松动大块；在软弱夹层附近由于爆破能量沿软弱夹层泄漏，导致软弱夹层附近崩落体能量减少，从而沿软弱夹层产生大块；在台阶坡面部位，主要是由于上次爆破对坡面产生振裂现象，从而使得在爆破时，沿前次裂隙产生大块；炮孔后面部位，由于爆破振动产生大块，将后排崩落落体破碎；在崩落体底根部位，主要由于底根阻力大，而能量未增加，从而导致底根产生大块，因此在爆破过程中，采取爆破能量均匀分布的优化方案，适应崩落体的变化特性，将崩落体完整地崩落下来，以减少爆破危害影响。
从布孔参数方面分析，主要包括孔距、排距、孔径、抵抗线等多方面对此类问题进行研究与优化。在布孔参数方面主要解决了药包的形状、药包的位置及药包的大小等问题。当孔距、排距确定时，实质是固定了药包在崩落体内的准确位置，在空间内进行了预留，在爆破过程中，将炸药装入孔内，即可完成炸药的放置问题。不需要专门的固定处理，当采取圆形孔时即确定了炸药的形状，当采取散装炸药时，炮孔的形状即为药包的形状。已经确定了炸药爆炸时能量向四周均匀扩散的状态，是由已施工的圆形孔的孔壁向四周均匀扩散。形态为圆形的炮孔主要是由施工工艺形成的，采用旋转式冲击钻头，采取冲击式的凿岩方式，势必会形成形态为圆形的炮孔。爆炸时需要的药量多少，主要是由崩落体体积的大小及崩落体的炸药单耗进行确定，对于崩落体的单耗，其参数是固定不变的，它与岩体的强度特征及外部条件有关，当岩体的单耗确定时，根据布孔参数计算出每米孔崩落矿体的体积，而后确定每米的装药量，根据每米的装药量，确定炸药的体积V炸，由于V炸=πr2，得出  ；从而得出炮孔的半径为r孔，根据炮孔的半径r孔，选择相应的钻孔设备及钻头。但是在实际生产中，往往根据现有设备性能，确定相应的孔径、孔距、排距等布置参数。从而保证崩落体达到预期的爆破效果。
5炮孔设计对爆破能量分布的影响
布孔方案的确定、孔径的确定与崩落体的单耗有直接关系，当布孔参数选择结构大时，效率高、成本低、爆破效果好、安全隐患少。反之，则有相反的效果。因此常常采取合理的布孔方案，解决成本高的问题，如采取扇形孔布置直接降低了掘进工程的投入，采取高分段，既可减少掘进工作投入，又可提高爆破效率，保证了爆破顺利地进行。
6结论
总之，在采场爆破过程中，应该根据崩落体的矿岩物理化学特性、炸药单耗等参数，采取合理的爆破参数、爆破方式，确保采场爆破效果．提高有用功的利用率，减少无用功的产生，降低和减少爆破有害效应。
采场爆破的几点建议如下：
(1)采取适合崩落体围岩特性的布孔方案，确定崩落体的崩落范围。
(2)根据采场应力的分布情况，确定合理的起爆顺序，保障爆破效果。
(3)充分利用炸药爆炸能量，延长炸药爆炸作用时间，改善爆破效果。
(4)采取理想的炮孔形状，保证炸药爆炸时的爆力作用方向。
(5)需要进行现场考察、记录，总结经验与教训，不断提高爆破效果。
参考文献
[1]王运敏．现代采矿手册(上册)[M]．北京：冶金工业出版社，2011．
摘自《中国爆破新进展》 |
