多排孔微差爆破一般是指多排孔各排之间以毫秒级间隔时间起爆的爆破。与过去普遍使用的单排孔齐发爆破相比,多排孔微差爆破有以下优点:
(1)提高爆破质量,改善爆破效果,如大块率低、爆堆集中、根底减少、后冲减少。
(2)可扩大孔网参数,降低炸药单耗,提高每米炮孔崩矿量。
(3)一次爆破量大,故可减少爆破次数,提高装运工作效率。
(4)可降低地震效应,减少爆破对边坡和附近建筑物等的危害。
1.微差间隔时间的确定
微差间隔时间Δt以毫秒(ms)为单位。Δt值的大小与爆破方法、矿岩性质、孔网参数、起爆方式及爆破条件等因素有关。确定Δt值的大小是微差爆破技术的关键,国内外对此进行了许多试验研究工作。由于观点不同,提出了多种计算公式和方法。
根据我国鞍山本溪矿区的爆破经验,在采用排间微差爆破时,Δt=25~75 ms为宜。若矿岩坚固,采用松动爆破、孔间微差起爆且自由面暴露充分、孔网参数小时,取较小值;反之,取较大值。
2.微差爆破的起爆方式及起爆顺序
爆区多排孔布置时,孔间多呈三角形、方形和矩形。布孔排列虽然比较简单,但利用不同的起爆顺序对这些炮孔进行组合,就可获得多种多样的起爆形式。
(1)排间顺序起爆(图7-32)。这是最简单、应用最广泛的一种起爆形式,一般呈三角形布孔。在大区爆破时,由于同排(同段)药量过大,容易造成爆破地震危害。
(2)横向起爆(图7-33)。这种起爆方式没有向外抛掷作用,多用于掘沟爆破和挤压爆破。
图7-32 排间顺序起爆
1~5—起爆顺序
图7-33 横向起爆
1~3—起爆顺序
(3)斜线起爆(图7-34)。分段炮孔的连线与台阶坡顶线呈斜交的起爆方式称为斜线起爆。图7-34(a)为对角线起爆,常在台阶有侧向自由面的条件下采用。利用这种起爆形式时,前段爆破能为后段爆破创造较宽的自由面,如图中的连线。图7-34(b)为楔形或V形起爆方式,多用于掘沟工作面。图7-34(c)为台阶工作面采用V形或梯形起爆方式。斜线起爆的优点有以下几点:
①可正方形、矩形布孔,便于穿孔、装药、填塞机械作业,斜线起爆还可加大炮孔的密集系数。
②由于分段多,每段药量少且分散,可降低爆破地震的破坏作用,后、侧冲小,可减轻对岩体的直接破坏。
③由于炮孔的密集系数加大,岩块在爆破过程中相互碰撞和挤压的作用大,有利于改善爆破效果,而且爆堆集中,可减少清道工作量,提高采装效率。(www.xing528.com)
④起爆网路的变异形式较多,机动灵活,可按各种条件进行变化,能满足各种爆破的要求。
图7-34 斜线起爆
1~10—起爆顺序
斜线起爆的缺点是:由于分段较多,后排孔爆破时的夹制性较大,崩落线不明显,影响爆破效果;分段网路施工及检查均较繁杂,容易出错;要求微差起爆器材段数较多,起爆材料的消耗量大。
(4)孔间微差起爆。孔间微差起爆是指同一排孔按奇、偶数分组顺序起爆的方式,如图7-35所示。图7-35(a)为波浪形方式,它与排间顺序起爆比较,前段爆破为后段爆破创造了较大的自由面,因而可改善爆破效果。图7-35(b)为阶梯形方式,爆破过程中岩体不仅受到来自多方面的爆破作用,而且作用时间也较长,可大大提升爆破效果。
图7-35 孔间微差起爆
(a)波浪形;(b)阶梯形
(5)孔内微差起爆。随着爆破技术的发展,孔内微差爆破技术得到了广泛应用。孔内微差起爆,是指在同一炮孔内进行分段装药,并在各分段装药间实行微差间隔起爆的方法。图7-36所示为孔内微差起爆结构。实践证明,孔内微差起爆具有微差爆破和分段装药的双重优点。孔内微差的起爆网路可以采用非电导爆管网路、导爆索网路,也可以采用电爆网路。就我国当前的技术条件而言,孔内一般分为两段装药。就同一炮孔而言,起爆顺序有上部装药先爆和下部装药先爆两种,即有自上而下孔内微差起爆和自下而上孔内微差起爆两种方式。
对于相邻两排炮孔来说,孔内微差的起爆顺序有多种排列方式,它不仅在水平面内,而且在垂直面内也有起爆时间间隔,矿岩将受到多次爆破作用,从而可以大大提高爆破效果。采用普通导爆索自下而上孔内微差起爆时,上部装药必须用套管将导爆索与炸药隔开。为了施工方便,国外一般使用低能导爆索。这种导爆索药量小,仅为0.4 g/m,它只能传播爆轰波,而不能引爆炸药。
图7-36 孔内微差起爆结构
(a)导爆索孔内自上而下;(b)导爆索孔内自下而上;(c)电雷管孔内微差
25、50—微差间隔的毫秒数
3.分段间隔装药
如上所述,分段间隔装药常常用于孔内微差爆破。为了使炸药不过分地集中于台阶下部,使台阶中部、上部都能在一定程度上受到炸药的直接作用,减少台阶上部大块产出率,台阶爆破也可采用分段间隔装药。
在台阶高度小于15 m的条件下,一般以分两段装药为宜,中间用空气(间隔)或填塞料隔开。分段过多,装药和起爆网路过于复杂。孔内下部一段装药量为装药总量的17%~35%,矿岩坚固时取大值。
国内外曾试验并推广在炮孔底部采用空气或水为间隔介质的间隔装药方法。
用空气为介质时又称空气垫层或空气柱爆破。采用炮孔底部空气间隔装药的目的是:降低爆炸起始压力峰值,以空气为介质,使冲量沿孔壁分布均匀,故炮孔底部破碎块度均匀;延长孔内爆轰压力作用时间。由于炮孔底部空气柱的存在,爆轰波以冲击波的形式向孔壁、孔底部入射,必然引起多次反射,加之紧跟着产生的爆炸气体向空气柱高速膨胀飞射,可延长炮孔底部压力作用时间和获得较大的爆破能量,从而加强对炮孔底部矿岩的破碎作用。
炮孔底部以水为介质间隔装药所利用的原理是:水具有各向均匀压缩,即均匀传递爆炸压力的特征。在爆炸初始阶段,充水腔壁和装药腔壁同样受到动载作用而且峰压下降缓慢;到了爆炸的后期,爆炸气体膨胀做功时,水中积蓄的能量随之释放,故可加强对矿岩的破碎作用。
另外,以空气或水为介质孔底间隔装药,可提高药柱重心,加强对台阶顶部矿岩的破碎。
不难看出,水间隔和空气间隔作用原理虽然不同,但都能提高爆炸能量的利用率。水间隔还具有破碎硬岩之功能。
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