“水压水封抑尘爆破技术”..doc

水压水封爆破技术 郑长立 　　莱芜钢铁集团鲁南矿业公司上河采场开采矿石为鞍山式贫磁铁矿，其密度ρ=3490kg/m3，普氏坚硬系数f=8~12，属高密度坚硬难穿难爆矿石。另外，上河采场属窄长条形状，平均宽度不足200m，中爆装药量受到严格控制，加之采场内矿岩结构构造复杂，不同区段、不同岩种的可爆性相差很大，造成中爆大块率较高，导致二次爆破量大幅度增加。 一、水压水封二次爆破 二次破碎的常规方法是钻孔法，钻孔深度约为钻孔方向岩块厚度的1/2~2/3。此方法劳动强度大，粉尘危害严重，生产效率低，成本高，爆破飞石波及范围大。由于上河采场宽度小，时有爆破飞石波及采场周边苹果、葡萄园和蔬菜大棚等，经常造成农民索赔，甚至阻止爆破，严重影响了正常生产。 为了有效地控制二次爆破飞石距离及爆破粉尘，保护人身、设备及农作物安全，减轻劳动强度，提高劳动生产率，降低二次爆破成本，我根据水压爆破和水封爆破机理，探索实施水压水封二次爆破技术。 二、水压水封爆破机理 水压水封爆破剖面图如下图所示： 水 压 水 封 爆 破 剖 面 图 爆破机理分析如下： （一）基本机理 根据爆破作用机理，炸药在岩石中爆炸时，释放出来的能量是以冲击波和爆轰气体膨胀压力的方式作用在岩石上，造成岩石的破坏。根据理论推导，对一般工业炸药，爆轰波波头压力可以近似地由下式表示，即 P2 =ρo D2/4 式中 P2 ——爆轰压力，KPa ； ρo——炸药的初始密度，g/cm3 ; D——炸药的爆速，m/s 。 由公式可知，炸药的密度和爆速愈高，其猛度愈大。综合考虑炸药性能和使用方便，选用2号岩石乳化炸药作为孔内装药。这种炸药具有较好的防水性，适合于水压爆破。其密度ρo =1.00~1.25g/cm3 ，爆速D≥3000m/s 。由此计算爆轰压力为P2≥2250MPa 。 由于非支持性冲击波随传播距离增加将很快衰减，因此，采用不耦合装药将导致到达钻孔壁的冲击波波头压力降低。但是，当不采用空气，而采用水作为不耦合介质，且不耦合系数较小时，冲击波波头压力就不会衰减太多。因此，采用水作为不耦合介质，且将不耦合系数控制在1.2~1.4。 （二）孔内注水的作用 众所周知，水的可压缩性较差（一般在1000个大气压作用下，水的密度变化仅为5%左右），通常作为不可压缩介质对待，因此，炸药在水中爆炸时，水本身所消耗的变形能极少，传压效果非常好。药包在水中爆炸时，一般产生水中冲击波向四周传播，同时，还产生爆炸气态产物所形成的高压气团的脉动。 水压爆破时，荷载对岩块的破坏过程可概述如下：炸药引爆后，钻孔壁首先受到通过水介质所传来的峰值为几百至几千个大气压的冲击波的作用，岩块在此强荷载的作用下，开始变形移位，当变形应力超过岩石的抗拉极限强度时，岩块产生破裂，随后，钻孔壁又立即受到爆炸高压气团膨胀产生的压力作用，如同又一次突跃的加载，进一步加剧了岩块的破坏。此后，具有残压的水流，从岩块的最薄弱处（孔口）冲出，因水流残压能量较大，将携带少量岩石碎片向外冲出，形成飞石。由此可见，水压爆破主要存在两种形式的荷载：一是冲击波的作用；二是高压气团的膨胀压力和由其所形成的高速水流作用。 （三）孔口水封的作用 通过装满水的塑料袋将孔口上方和孔口周围封住，延缓了爆炸产物和孔内高压水的抛散，延长了爆炸产物和孔内高压水作用于孔壁上的时间，增加了对岩块的破碎作用。另外，为了进一步降低钻孔成本，将钻孔深度调整为传统深度的1/3，致使药包至孔口的距离大幅度减小，由前述可知：具有较大能量的残压水流会携带少量岩石碎片向外冲出，形成飞石，而孔口水封可有效地抑制孔口飞石量和飞石距离。在炸药爆炸瞬间，孔口飞石将其所获得残压水流能量的绝大部分传给孔口上部水袋中的水，而飞石本身则因残余能量很小，飞出距离也很小，从而使爆破飞石危害受到有效控制。水袋中的水不但会获得孔口飞石传给的能量，还会获得孔内注水所传给的能量。获得能量后的水袋中的水将立刻飞溅起来，在岩块上方形成“水雾”，盖住随后扬起的爆破粉尘，将粉尘打湿，使其迅速降至地面。另外，水袋中的水还可有效地降低进入空气中的爆炸冲击波强度，使其在近距离内衰减为声波，起到消音作用。 三、装药量计算 水压水封爆破单孔装药量可按下式计算， q = KW3u 式中 q——单孔装药量，g ； K——单孔用药量系数，g/m3 ，一般可取K = 80~100g/m3 ； W——药包中心至岩块表面（孔口处表面除外）的最小距离， m ； U——环境修正系数，其值取u = 0.5~1.0 ，爆区附近有易损物品时取小值，反之取大值。