电子雷管在实际中的应用

电子雷管也称数码电子雷管,不但具有抗静电干扰性强、可实现大规模组网及在线检测、流向管控精准等优点,而且不受段别影响,延期时间精度高,通过合理的爆破设计,可提高炸药能量利用率,有效降低爆破振动。电子雷管在露天开采及隧道掘进等领域应用广泛,在地下矿山应用中由于使用技术不成熟,一直处于摸索阶段,未得到规模化应用。随着国家行业政策要求及爆破器材技术发展,电子雷管在地下矿山全面应用已势在必行。银山矿在井下巷道掘进爆破作业过程中,应用电子雷管后出现爆破效果不佳,进尺不理想的问题,具体体现在掏槽效果不好,槽腔存在“挤死”现象;周边孔多发生孔内雷管基本全部起爆,但未引爆孔内炸药甚至起爆药包,形成残孔、残药现象。这些现象一方面对后续作业人员安全造成隐患;另一方面,极大地影响了生产进度,增加了生产成本。因而,基于电子雷管的井巷掘进爆破技术研究迫在眉睫。
1 银山矿电子雷管应用条件分析1.1 工程地质条件

银山矿铜硫金区域矿体上下盘围岩主要为千枚岩、角砾岩、蚀变石英闪长岩和石英斑岩,千枚岩和角砾岩节理裂隙较为发育,石英闪长岩和石英斑岩构造裂隙不发育,岩层整体属半坚硬—坚硬岩组,普氏系数为6~8,工程爆破地质条件一般。1.2 电子雷管微差时间影响分析

在应用电子雷管之前,银山矿井下掘进爆破作业一直采用半秒导爆管雷管,爆破炮孔利用率一般在85%左右。采用电子雷管后,延期时间设置延续导爆管雷管,经常出现拒爆现象,爆破后效果很差,炮孔利用率达不到导爆管雷管的效果。很明显,雷管的延时精度与微差间隔时间的合理设置是影响爆破效果的重要因素。分析其原因,对于掏槽孔,电子雷管精度为1 ms,微差时间设置相同的掏槽炮孔几乎同时起爆,各掏槽孔岩石碎块同时向轴向挤压,膨胀补偿空间不足,掏槽孔间碎块“挤死”,造成掏槽失败,直接影响整面炮爆破进尺;对于辅助孔和周边孔,由于电子雷管延时由芯片控制,延时过长,先爆炮孔产生的岩石裂隙更容易使冲击波对后爆炮孔芯片产生破坏或影响,造成拒爆。因此,电子雷管的微差时间设置不能按照导爆管雷管的方案。1.3 电子雷管网路连接影响分析

不同于导爆管雷管,电子雷管网络连接方式对爆破效果也会产生重大影响。电子雷管在银山矿井下掘进爆破作业应用时,多次出现边孔拒爆或有大量残药。分析原因,各孔脚线通过区域连接线连接,呈网状或成串,起爆信息进入各孔雷管后网路依然完好,先爆孔尤其是掏槽孔起爆后冲击波、爆轰气体、岩块移动都会带动整个网路连接线向自由面方向剧烈扯动,后爆孔雷管起爆前在扯动作用下造成雷管在起爆药包中偏斜,甚至脱离起爆药包,或起爆药包与孔底装药分离一段间距,由此可能造成雷管未起爆炸药,使残孔、残药现象发生。2 电子雷管微差延期时间2.1 掏槽孔

巷道掘进微差爆破作业中,掏槽效果对整体爆破效果起决定作用。掏槽效果除了与掏槽类型、布孔方式有关,掏槽孔起爆顺序和孔间微差也是至关重要的。银山矿掘进爆破作业掏槽孔布置见图1。

电子雷管在实际中的应用

含空孔直眼掏槽爆破的破碎岩块运动分为2 个阶段:第一阶段是装药孔爆破使介质破碎,并向空孔方向(横向)运动,第二阶段由于爆生气体膨胀,使破碎介质沿槽腔向孔口自由面方向运动,碎块的运动近于一维。根据宗琦等提出了掏槽孔微差延期时间确定的半经验公式

式中,Δt 为微差延期时间,s;t1 为岩石受爆炸应力波压缩作用时间,s;t2为岩石断裂破碎作用时间,s;t3为岩石运动抛掷作用时间,即从破碎岩石碎块开始移动到完全抛出槽腔形成新自由面的时间,s;L 为掏槽炮眼深度,3.4 m;CP为岩石内应力波传播速度即纵波波速,m/s;η 为炮眼利用率,这里取90%;vp 为岩石中裂隙扩展的平均速度,这里取vp=15~30 m/s;β 为爆破漏斗锥顶角,可按标准爆破漏斗取值,β=90°;Kc、Kp为岩石所受夹制作用系数,均大于零,且炮眼越深、岩石坚固性越高,两者取值越大,其较优取值Kc=1.0~1.4,Kp=1.2~1.6,这里分别取1.2和1.5。

上述半经验公式主要用于露天台阶爆破开采,而地下矿山井巷掘进过程中,由于岩石受爆炸应力波压缩作用时间t1和岩石断裂破碎作用时间t2相较于岩石运动抛掷作用时间t3极短,计算时可忽略不计,因此将式(1)修正如下:

将岩石中裂隙扩展平均速度范围值以及Kp=1.5,η=90%,L=3.4 m 代入式(2),可得掏槽孔微差延期时间Δt 范围值。经计算,Δt=150~300 ms,即孔1~孔9按此间隔设置微差延期逐孔爆破。2.2 崩落眼

计算崩落眼的微差延期时间时,掏槽腔已形成,崩落眼的爆破至少有2 个自由面,1 个指向槽腔,1 个指向孔口方向,因此需将式(2)修正为

式中,取KP=1.3,这是因为掏槽眼先爆后,崩落眼爆破时,岩石的夹制作用有所减小;W为崩落眼抵抗线,这里取崩落眼孔深的一半,即1.6 m;Wb为实际崩落眼的抵抗线,这里取0.7W,即1.12 m。

将岩石中裂隙扩展平均速度范围值代入式(3),可得崩落眼微差延期时间范围值Δt=50~100 ms。2.3 周边眼

周边眼与崩落孔之间的微差延期时间与崩落孔微差延期设置原理相同,实际应用中将周边孔与崩落孔之间的延期时间设置在50~100 ms,但要考虑周边孔为形成良好断面不必要进行逐孔爆破,往往需要同段起爆。3 工程应用

银山矿自2022 年8 月开始引进电子雷管,在井巷掘进爆破中进行实践应用。根据以上分析论证,结合导爆管雷管和电子雷管的性能特点,在银山矿-458 m 中段井巷掘进爆破过程中进行了多组电子雷管不同微差延期时间设置方式的现场试验。井巷掘进设计采用全断面掘进方式,机械化作业,光面爆破,爆破断面规格3.7 m×3.7 m(宽×高),根据岩石硬度系数设计炮孔总数44 个,其中空孔4 个,采用大直径直眼掏槽,空孔直径102 mm,孔深3.4 m,周边孔及

电子雷管不同微差延期时间方案爆破试验效果如表1所示。

电子雷管在实际中的应用

注:0号试验为对照组,分段方式与导爆管雷管相同。

从表1可以看出,对比试验掏槽孔采用和半秒导爆管雷管相同的同段起爆方式时,掏槽效果很差;采用逐孔延期起爆方式,掏槽效果良好。同时掏槽、辅助及周边微差间隔时间越大,辅助及周边孔出现盲炮的几率越大,导致整体爆破效果变差,进尺指标劣化。将掏槽逐孔延期间隔时间控制在200 ms,辅助、周边孔延期间隔控制在100~200 ms,整体爆破效果较好,掏槽效率高,掏槽孔残孔基本在20 cm 以下,大部分到底,整个断面较平整,极少出现残药、残孔的现象,平均进尺达到3.0 m,平均炮孔利用率达到92%,且使用过程中安全性大大提高,经济社会效益显著。典型的爆后巷道断面如图3所示。

电子雷管在实际中的应用

4 结  论(1)针对电子雷管在银山矿井下巷道掘进过程中微差延期时间设置问题,通过大直径空孔直眼掏槽掘进爆破延期时间设置的理论分析,提出采用掏槽孔微差延期时间及崩落眼、周边眼微差延期时间修正公式进行计算,得出掏槽孔采用150~300 ms 的微差间隔逐孔起爆,崩落眼和周边眼采用50~100 ms微差间隔的同段延期起爆方案。(2)研究结果应用于现场试验后表明,掏槽孔残孔基本在20 cm 以下,掘进平均炮孔利用率达到93%,且使用过程中安全性大大提高;此外,极少出现残药、残孔的现象,巷道断面成型规整,爆后岩石块度均匀、爆堆集中,经济社会效益显著。

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