上向扇形中深孔装药技术与装备的研究及应用

蒋文斌

(湖南南岭民爆工程有限公司， 湖南 长沙 410013)

0 引 言

现场混装炸药技术作为一项集原材料运输、机械化装药、爆破作业于一体的爆破新技术，与传统炸药和爆破作业方式相比，有效降低了运输、储存环节安全风险，提升了民用爆炸物品本质安全水平，符合国家安全、节能、环保的发展方向。

目前，地下矿山的上向孔装药只有极少部分矿山使用机械化装药，但使用效果不佳，且安全可靠性问题突出，绝大部分地下矿山仍以人工装填成品炸药为主，存在装药人数多、火工品使用操作不规范、安全监管难以到位、本质安全性差、劳动强度大、效率低，工艺落后、设备安全可靠性差等缺陷，特别是遇到炮孔变形或局部堵塞时装药质量更差，直接导致爆破效果恶化。

因此，如何实现上向中深孔的高效机械化装药，已成为地下矿山能否实现高效低成本采矿的关键。深入研究满足地下矿山上向中深孔的散装乳化炸药技术、大力推广现场混装装备是民爆生产朝着本质安全、高效发展的必然要求，是矿业生产和工程爆破行业发展的必然方向。

1 国内外现状

地下矿山装药的机械化是在露天现场混装炸药的基础上发展起来的，上世纪中期，芬兰诺麦特公司等单位先后研制了粉、粒状铵油、乳化炸药装药器(车)，1990年至今，广东凡口铅锌矿、南京梅山铁矿、湖北大冶铁矿等先后引进了芬兰 Normet、瑞典 GIA 公司的装药车，均因炸药工艺与设备不匹配、装药深度浅、密度达不到、质量不稳定、返药率高等问题无法解决，效果均不理想，国外引进的技术也未得到广泛的应用。

继长治矿山机械厂之后，北京矿冶院、深圳金奥博、长斧众和公司等科研单位进行了大量的研究工作，先后研制出国产的井下乳化(铵油)炸药装药器(车)，取得了科技成果，但均没有在适合地下矿山上向中深孔的乳化基质工艺与原材料、装药工艺与装备系统集成方面取得全面突破。由于这些成果技术在实际使用过程中，尤其是在地下矿山上向中深孔的装药过程中，出现返药(粉)率高、收放管困难、泵送高压爆管、设备稳定可靠性低等问题，致使装药不稳定或无法正常进行，爆破效果无法达到采矿设计要求，尚未在我国在地下矿山得到大量的推广应用。

由于进口的井下上向中深孔装药设备使用效果不佳且价格昂贵，目前国产又没有能满足上向中深孔装药的配套装备，长期以来地下矿山的机械化装药爆破都没有取得很好的效果。

2 井下散装乳化炸药技术与装备研究

为了很好的解决地下矿山上向中深孔爆破作业人工装药存在的突出问题，南岭民爆与澳大利亚澳瑞凯公司联合研发了适合地下矿山上向中深孔爆破的散装乳化炸药技术及装备，澳大利亚的澳瑞凯公司作为全球最大的民爆一体化服务商，露天、地下现场混装炸药工艺配方技术先进，为该项目的研究提供了强大的技术支持，很好地解决了以下技术难题。

(1)上向中深孔装填散装乳化炸药低返药率的控制；

(2)适合上向中深孔的乳化基质、孔内敏化成为炸药的工艺；

(3)装药设备的自动送管、收管；

(4)常温高粘度乳胶基质在小直径软管内的长距离输送、计量；

(5)散装乳化炸药性能与岩性匹配、提高有效能量的利用率。

3 上向扇形中深孔爆破中的应用

3.1 矿山概况

衡阳七里井矿为地下钙芒硝矿，井下采用大爆破作业崩落矿体堆放在采场内，通过向采场注水浸泡方式，溶解矿石中的硫酸钠经多级泵送至地表加工。目前，矿山采用分层开采方式，矿体硬度f=3～6，每层开采高度10 m，每一次大爆破面积为144 m×120 m，装填直径50 mm的二号岩石乳化炸药，每次总装药量超过70 t，一直采用人工装药，每次井下装药的人数需120人以上，装药效率低、劳动强度大、存在重大的安全隐患。人工装药过程中经常出现相邻上向炮孔因局部孔壁挤压变形、严重错位,常规装药方法已无法将成品炸药卷装填到位，也经常发生因炮孔装药质量差致使爆破效果不佳,天井爆破出现悬顶、大块率增加等问题。

3.2 试爆采场凿岩参数

为了提高井下爆破作业的本质安全性、装药效率、大幅减少井下的装药人数、降低爆破综合成本,矿方决定试用地下矿用的散装乳化炸药及其装药设备。爆破区域位于通风斜井往东320 m，位于-144 m主运输巷道以北120 m，西离-144水平2-8采场边界18 m，试爆区选择了601区天井西侧爆破巷和501区天井，天井和切割巷爆破高度设计为10 m,爆破巷爆破高度为6 m，采用垂直向上扇形方式布孔，凿岩设备为YGZ-90导轨式凿岩机，炮孔直径70 mm，凿岩、切割巷道炮孔排距分别为1.5 m、1.1～1.5 m，孔底距1.9～2.0 m，爆破补偿空间系数为1.3，其中最大上向扇形炮孔深度>9 m，参见表1、图2。

3.3 机械化装药与爆破效果

上向中深孔现场混装乳化炸药试验作业过程：矿用平板轨道车装载装药设备、IBC乳胶基质罐和敏化剂原料等,通过斜坡道、联络巷道、回采进路,运输到装药工作面附近。然后根据爆破设计要求将加工好的起爆药包通过输药软管送入孔内指定位置,即可实施现场混装作业。本次爆破试验共装填200个炮孔，炮孔总长1103.8 m，使用散装乳化炸药约4 t，为了控制同段起爆药量，采用2至20段毫秒延期导爆管雷管起爆。

表1 501天井上向扇形炮孔参数

图1 天井上向扇形炮孔布置

图2 切割巷上向扇形炮孔布置

图3 井下装药现场

现场实际爆破情况表明：机械装药效率高(15～80 kg/min)、 返药率低(低于5%)，成功解决了矿区采矿作业中地应力大、炮孔变形严重、爆破作业中装药不易的难题。与原人工装药方式相比，装药效率为人工装药的5～7倍，劳动强度大幅度降低，生产安全性大大提高；散装乳化炸药性能好，爆轰完全，未发现哑炮；炮孔为全耦合连续装药，炮孔利用率高，残炮率少，爆破后的天井成形规则，无悬顶；爆破后岩石块度均匀，大块率降低，二次爆破作业量减少，装运效率提高；钻爆综合成本降低10%～20%以上，大大提高了矿山的整体生产效率，得到了矿方的高度赞誉和充分肯定。

3.4 井下散装乳化炸药技术与装备优势

南岭民爆公司与澳瑞凯公司合作开发的地下矿山散装乳化炸药技术与装备主要优势如下：

(1) 系统本质安全：乳化基质无雷管感度，软管末端静态混合、孔内现场敏化后成为炸药，运输与装药过程本质安全。

(2) 工艺技术先进：适合于地下矿山上向中深孔装药工艺--返药率低，基质储存期长、水环润滑减阻输送压力小、装填炮孔深。

(3) 高效经济环保：装药效率高，劳动强度低、大幅减少井下装药人数和爆破综合成本；散装乳化炸药安全环保、抗水性好、威力大、有毒气体少，有效缩短井下爆破通风时间，大幅提高采矿效率。

(4) 炸药性能现场可调：耦合连续装药，炸药密度现场可调，性能与岩石匹配，充分利用炸药能量，降低炸药单耗，提高爆破效果。

(5) 设备稳定可靠：工艺技术与设备高度匹配、集成，核心设备采用进口配置、运行稳定可靠、故障率低；关键部位设置超温、超压、断料等安全连锁保护装置，装药计量准确、质量稳定。

4 结 论

地下矿山上向中深孔现场混装乳化炸药技术的全面突破,为在国内地下矿山应用散装乳化炸药进行爆破“一体化”作业提供了一整套成熟技术，将大大改善地下矿山装药瓶颈的问题，达到钻、爆、装、运协调发展，进一步加快矿山机械化的建设进程，对促进我国爆破行业的发展、扩大地下矿山采矿规模、降低采矿成本、提高矿山企业的本质安全生产水平和经济效益、创新行业管理模式、推动行业技术进步具有十分重要的现实意义。

参考文献：

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