邢利伟，李云龙
河北省建筑材料工业设计研究院 河北 石家庄 050051
摘要：以往水泥灰岩矿石经济价值不高，生产技术提升投入较少，随着矿石的需求旺盛及炸药成本提高，企业更注重去降低开采成本。空气间隔器在水泥灰岩矿爆破开采中能有效降低炸药单耗提升爆破效果，该器材的应用为越来越多企业所关注，本文通过对水泥灰岩矿爆破开采中空气间隔器的实用效果描述及分析，为该器材在非金属矿山的应用与推广提供借鉴。
关键词：水泥灰岩、爆破技术、空气间隔器、效果分析
ABSTRACT: In the past, the economic value of cement limestone ore was not high, and the investment in production technology upgrading was less. With the vigorous demand of ore and the increase of explosive cost, enterprises pay more attention to reduce the mining cost. Air spacer can effectively reduce the unit consumption of explosives and improve the blasting effect in the blasting mining of cement limestone mine. The application of this equipment is concerned by more and more enterprises. This paper describes and analyzes the practical effect of air spacer in the blasting mining of cement limestone mine, so as to provide reference for the application and promotion of the equipment in non-metallic mines.
KEY WORDS: Cement limestone; Blasting technology; Air spacer; Effect analysis
1前言
水泥用石灰石长期以来因其售价不高，在开采方面引入的先进技术较少，随着市场需求的旺盛，生产成本的增加，采用新爆破技术增加开采效益为企业所关注。
山西省某水泥灰岩矿，此前矿山爆破一般采用连续柱状装药，存在单耗大、爆轰初压过高、岩石过度粉碎、爆生气体作用时间短等缺点,导致矿石块度不均和根底过大，同时带来爆破振动危害，铲装和运输效率低下等诸多问题。
随着国家对矿山爆破安全及环境保护要求的提高，该问题亟待解决，通过吸取既有生产经验，改连续柱状装药为轴向空气间隔装药可以有效地克服连续装药爆破带来的诸多弊端,并能取得理想的爆破效果,不仅提高了炸药能量的有效利用率,而且控制了爆破危害,并降低了爆破成本，优化了矿石爆破块度。
2爆区特点
2.1爆破周边环境
矿区矿床整体西高东低，中间高南北底。爆破南部紧邻悬崖，东部水平距离1000m有水泥厂破碎站，东北部500m为砖混结构工人休息室。
2.2地质结构特点
本矿床赋存于石炭系上统山西组的第一层（C3S1）与第二层（C3S）中。矿区范围内，矿床走向上控制长度400余米，倾向上控制长度100～200m，平均控制厚度在100～120m。矿床所含矿层自下而上分为K1、J1、K2、J2、K3、J3、K4七层，并对应于C3S1与C3S2中的岩性小层。其中K1、K2、K3、K4为矿层，J1、J2、J3为夹层。
矿床呈单斜层状，矿层产状与地层产状一致，大多倾向为5°左右，倾角30°左右。整个矿区产状变化不大，矿层形状规则。
3空气间隔常用方式
在露天台阶深孔爆破作业中，应用空气间隔装药结构，可降低爆破压力峰值，延长爆破压力在孔内持续作用的时间，进而减少爆破过程中粉矿产生量，提高爆破有效能量利用率。目前常用的空气间隔装置按设置的位置分主要有三种，顶部间隔装药、中部间隔装药以及底部间隔装药。
3.1底部空气间隔
在钻孔底部一定空间长度内安装空气间隔器，炸药起爆以后孔内产生轰击波及爆生气体结合空气间隔器内的气体，共同作用，对矿区围岩结果产生巨大压力。由于空气间隔器中气体空间的可压缩性，炸药所产生的爆炸应力可在岩石中均化作用，使岩石受到的作用力更均匀。由于孔底间隔装药方式操作简单，方式便捷，该方式被广泛应用于矿区爆破作业中。
3.2顶部空气间隔
在炸药上方保留一定距离，在合适位置安装空气间隔器，并填塞炸药。顶部空间间隔法的应用方式简单，不过由于填塞物结构松散，导致部分反射波被吸收，反射波能量损耗，很难达到理想的爆破控制效果。
3.3?中部空气间隔
在炮孔中间位置安装空气间隔器，在炸药爆炸后，其所产生的冲击波能够直接作用于孔壁岩石表面，然后逐渐向间隔段内移动，进而导致孔壁表面出现裂缝。在爆破过程中，如果上下两段炸药在爆破过程中所产生的冲击波在间隔空气柱内相遇，则在达到冲击波波峰后即可发生反射，并逐渐向孔底以及填塞物方向发生移动，进而对孔壁岩石再次产生冲击作用，导致裂隙深度增加。爆生气体可逐渐朝向间隔空气柱内发生运动，进而产生压力波，并在间隔空气柱内相遇，并形成新高压源，在发生反弹后即可向填塞物以及孔底发生移动，并再次作用于孔壁岩石表面，进而达到破碎效果。
基于上述综合分析不同装药位置的岩石破坏特点，本次爆破作业采用的是中部空气间隔装药。
4炮孔设置
此次样本炮区位于西矿区，1445m平台，台阶高度15m，爆区南北长约180m，东西宽约25ｍ，共5排孔，145孔，炮孔网度5.0m×6.0m。矿石普氏系数为f=8～10，爆破总药量为36.77t（炸药密度按1.05g/cm3）。
炮孔采直径165mm潜孔钻机钻取，钻孔倾角75°。梅花形布孔。采用高精度导爆管逐孔起爆技术，孔内两发导爆管雷管，下部为375ms雷管，上部为400ms雷管，中间设置空气间隔器，长度约0.7m，空气段长度约1.0m，单孔装药结构示意图见图1－1。地表网络“V”形连接。排间控制选用17ms地表管，起爆点一侧选用一发25ms地表管将时间错开，传爆选用65ms地表管。爆破网络见图1－2。
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图1-1单孔装药结构示意图 图1－2爆破网络示意图
5爆破结果
爆破后，对爆区效果总结，矿石大块率（以大于1000mm为大块）小于3％，矿石粉碎较少，满足生产要求；东北部500m处砖混结构附近爆破震动测试质点振速0.32cm/s，满足安全要求。
6爆破结果分析
1）由于轴向空气不耦合装药起到缓冲炸药爆炸对孔壁的作用，降低初始压力及应力波峰值，从而达到延长爆破冲击时间，降低爆破振动的目的。空气间隔装药具有很好的降振效果，同时提高了炸药利用效率。
2）使用气体间隔器进行深孔爆破后, 爆堆形状合理, 岩石块度均匀度提高，使铲装设备工作效率较之前提高 5～10%；
3)此次爆破前根据公式：
其中：
V，质点振动速度，cm/s；
Qmax，爆破单响最大药量，取253.56kg；
R，测速点距离爆源的距离，取500m；
K，与介质、爆破方式等因素有关的系数，取200；
α,与传播途径和地质、地形等因素有关的衰减指数，取1.6；
进行保护地点振速计算，计算得v＝0.175cm/s，实际测试该点振速为0.26 cm/s，测试结果与理论值相差48.6％，但在安全允许的振速范围内。分析原因主要由于矿山地质情况差异较大，一般取值导致理论值和实际值出入较大。多次振动测试后校正k、α取值，为后续爆破设计提供依据；
4）采取连续装药单孔装药291.70kg，炸药单耗0.648kg/m3，采用空气间隔器后炸药单耗0.563kg/m3，平均炸药单耗降低13.12%。该矿年开采水泥用灰岩矿石450×104t，仅此一项就节约炸药143.29 t，炸药民爆价1.0万元/t，则年节约资金达143.29万元，扣除气体间隔器综合成本50.0万元，则每年可节约爆破成本93.29万元。
7结束语
结合近年来的工作，目前大型非金属露天矿正在逐步提升爆破技术降低成本提高爆破效率和效果，空气间隔器在非金属矿逐渐得到认可，但不少中小企业对空气间隔器的使用并不接受，认为成本高，工序繁琐影响作业效率。通过本次爆破作业的总结认为该器材在水泥灰岩的爆破使用中的效果良好和经济优势明显，有必要大力推广使用。
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