张岗涛，邱德如，郑钦源，张昆昆，江 健，张兵兵

(广东宏大爆破股份有限公司，广州510623)

露天矿山占地规模较大，受制于气候条件及地质条件的变化，局部裂隙发育区域存在较多的水孔，一般是指炮孔内含水的高度达到药柱高度的30%以上，而含水孔与普通干燥孔在相同爆破参数作用下，水孔的爆破效果明显较差。其施工工序复杂、填塞质量难以保证、根底及大块率高，甚至引起拒爆现象，严重影响到矿山的安全生产。同时水孔基本上采用乳化炸药进行装填，导致作业效率不高，且爆破成本较高[1-3]。为了改善水孔爆破效果，许多专家学者进行了大量的研究。抗水性炸药的研究已有了较大的进步，如成品乳化炸药、混装乳化炸药等可在水孔中较长时间内处于稳定状态，对于改善爆破效果作用明显[4-5]。但成品乳化炸药在水孔也可能存在破损的情况，一定程度上影响了爆破效果[6]。针对水孔的诸多不利影响，也催生了较多的预防及治理措施，如采用防水性能更好的导爆索进行引爆[7]、借助排水设备及时将炮孔内水量排出、孔底间隔装药[8]、吊袋法装药[9]等，现场生产实践结果表明，均有一定的效果。而水作为不可压缩介质，利用其自身的缓冲特性，也可延长炸药在炮孔内的作用时间，从而提高炸药的利用率。水垫层技术正是利用这一原理，其相当于一个再生药包，有效地延长了炸药药柱爆破时间，对于改善水孔根底及大块率问题效果显著[10]。加强水封塞爆破通过在水与填塞材料之间放置加强封塞药包[11]，并早于主药包起爆，可起到超前压实的效果，使得爆破能量的释放更为充分，改善了爆破效果。

但在铵油炸药在水孔应用方面，由于铵油炸药自身组成结构的影响，吸湿性现象明显，在水孔中难以保持干燥稳定状态[12-15]。而其生产工艺简单、成本很低，经济性更好，故如何能够在水孔爆破中采用铵油炸药，有着一定的研究意义和实际价值。

1 试验背景

大宝山露天矿山为多金属矿，富含铁、铜、硫、铅、锌等矿石，具有较高的开采价值。其占地规模大，气候属于中亚热带湿润型季风气候区，一年四季均受季风影响，常年雨水较多，由于岩层的裂隙发育情况明显，在进行钻机钻孔时，发现爆区的钻孔含水量较多，对爆破施工效率产生了不利影响。在水孔装药时，主要采用成品乳化炸药，由于乳化炸药的成本相对较高，导致爆破成本居高不下，且爆破质量也不够理想，存在水孔所在区域大块率偏高及根底现象。为了寻找经济性更好的可替代性爆破方案，既需要在水孔中保持较长时间的稳定状态，也需要保证爆破施工效果，故尝试进行了袋装条状铵油的水孔爆破试验。在进行现场试验前，先在室内进行了密封性试验及施工效率检查试验，最后将试验成品应用于少量的水孔。

2 袋装条状铵油密封性试验

考虑到炮孔内水的存在，需要分析多孔粒状铵油炸药装入自制袋子内在自来水及施工现场水孔一段时间内的密封性；此外，需要确定多孔粒状铵油炸药装入袋内能沉下水里时铵油与矿石的合理质量比。将制作好的袋装铵油炸药分为A、B两组，每组各3 条，分别放置在自来水和施工现场的水孔中。试验阶段每组试验品完全浸泡在水里，并每隔1 h定时称重、测量和观察记录，通过对比各个时间段样品的质量变化和药柱长度变化判断密封效果，并进行形态观察。

2.1 试验步骤

1)试验品制作。袋子的规格为长度80 cm、直径100 mm，将袋子一端用封口机做密封处理，并在60 cm(原始药柱长度)处作好标记；灌入铵油炸药直至标记处，当灌至一半位置处将称重好的小直径矿石放入袋中，用捆扎条进行密封，进行称重及编号。

2)室内测试。采用规格为直径1.2 m、高1.4 m的大桶盛放不少于1.0 m深的自来水；将A组的试验品完全浸泡于大桶水中；每隔1 h进行试验品提取，用毛巾擦干表面水珠，先观察外观，再进行称重和测量药柱长度；4 h后划开袋子，观察铵油炸药的进水情况。

3)现场观察。在矿区内预先确定3 个水孔，并测量实际孔深和孔内水位情况；将B组的试验分别吊装入水孔内；每隔1 h将试验品提取，用毛巾擦干表面水珠，先观察然后进行称重和测量药柱长度；等待4 h后将袋子划开，观察袋装铵油炸药的进水情况。

铵油理论密度约为0.85 kg/m3，夹杂矿石密度为3.3 kg/m3，自来水密度为1.0 kg/m3，由此确定了铵油与矿石质量比约为3∶1。试验中也要对该数值在实际水孔中的比例进行验证和调整，样品提取及下放过程需轻拿轻放，避免损坏试验品。样品密封性统计如表1所示。

2.2 试验情况及结果分析

通过对此次试验所得的数据及现场全过程的观察，发现A组的样品A2在1 h后发现底部破裂，4 h后铵油溶解一半；样品A3刚放入水中有轻微上浮。B组的样品B1下沉较缓慢，2 h后提取发现孔壁将袋子损坏；样品B2下沉非常缓慢。样品B3放入水孔，下沉4/5炮孔深度后不再下沉。由此得出以下几个结论：

1)铵油炸药与矿石的质量比在自然水与在施工现场的水孔中有所区别，在自来水中其质量比大于在施工现场的水孔中，故在后续试验中宜采用铵油与矿石为2.9∶1的质量比的试验方案。袋装铵油捆扎带密封一侧，正方向浸入水中，无明显进水现象，表明密封性良好，而封口机密封的底部容易裂开。

表1 样品密封性情况Table 1 Sample sealing conditions

2)在自来水中袋子不容易损坏，总质量增加量极少，药柱长度变化不明显，密封性良好；在施工现场的水孔内3 个样品质量都有增加，药柱有所减少，受爆生气体影响，袋子上端有所膨胀，表明样品内存在不同程度的进水现象。除B1样品之外，发现袋装铵油炸药底部一半药柱潮湿，上部药柱无明显进水现象，故接下来应改进袋子底部的密封性。

3)实际施工中，要达到2.9∶1的质量比才可使袋装铵油较快地下沉至孔底，若要大量使用袋装铵油，需要的矿石总量较多，一定程度上可能影响延米装药量及爆破孔网参数。

3 袋装铵油炸药装药效率试验

在密封性得到保证后，需要进一步分析采用袋装铵油炸药对施工现场装药效率的影响程度。基于此目的，袋装铵油炸药装药效率试验分为3 组。试验品制作与密封性测试阶段的试验品基本相同，区别在于将改进了封口机密封一侧改为电工胶带密封处理，且灌装好的袋装铵油炸药与矿石质量比为2.9∶1。

3.1 试验步骤

1)A组制作袋装铵油炸药若干条，在爆破区域内随机选取2 个水孔进行装填。装填前，首先用皮尺测量孔深、孔内水深及袋装铵油炸药长度，做好记录，并检查炸药是否沉入孔底。

2)B组准备乳化炸药4 条，制作袋装铵油炸药4 条，在爆破区域内随机选取8 个水孔，测量出孔深及孔内水深，并计算装填至开始接触孔内水到沉入孔底的下沉速率。

3)C组准备乳化炸药若干条，制作袋装铵油炸药若干条，在单个爆破区域内随机选取2 个孔深及孔内水位较为接近的水孔进行装填，测算完成需要的时间，进而得出实际操作中使用不同的炸药进行装填的效率。

在试验中，应注意炸药装填过程轻拿轻放，避免损坏试验品；试验过程中随时做好相关数据的记录，确保数据的真实准确，尤其是A组，务必及时记录袋装铵油炸药装填之后的孔深并进行检查；B组试验进行时务必选取孔深和孔内水深近似的炮孔，以消除孔深和孔内水深大小不一对装填效率的影响。

3.2 试验数据记录统计及分析

3.2.1 试验数据统计情况

三组的试验数据情况如表2、表3及表4所示。

3.2.2 试验结果分析

1)试验采用的袋装铵油炸药在孔深14 m、水深8～10 m的水孔中均可沉入水底，表明采用铵油与矿石质量比为2.9∶1的袋装铵油炸药可以实现水孔的合理装填。

表2 A组试验数据统计表Table 2 Statistics table of group A experimental data

表3 B组试验数据统计表Table 3 Statistics table of Group B experimental data

表4 C组试验数据统计表Table 4 Statistics table of Group C experimental data

2)条状乳化炸药在孔内水中下沉平均速率为0.275 m/s，而铵油与矿石质量比为2.9∶1的袋装铵油炸药在孔内水中下沉平均速率为0.362 m/s，高于条状乳化炸药约3%。

3)实际装填过程中，为防止铵油袋子密封性出现问题导致炸药进水失效，需要单条逐一吊装，防止划破铵油袋，无形中增加了装药所需要的时间，每孔平均所用时间为10分30秒。相比较于乳化炸药装填时间有所增加，原因在于二者所用的吊绳不同，导致实际工作中袋装铵油炸药的装填效率低于采用乳化炸药装填。

4 现场试验效果分析

选择地层含水丰富且岩石较软的区域，布置5 个孔的小范围爆区，提前制作好足量的袋装条状铵油炸药试验品，并进行现场跟踪穿孔情况，作好验孔记录，如表5所示。台阶高度为12 m，施工中水孔的孔径为140 mm，为了克服岩石的夹制作用，超深为1.5 m，平均孔深14.3 m。最小抵抗线为3.3 m，孔网参数为5.3 m×3.3 m，条状乳化及混装铵油用量分别为120 kg、271 kg，设计炸药单耗为0.35 kg/m3。最大单孔装药量79 kg，最大单响药量为238 kg，装药结构为底部1 箱Φ110 mm规格的条状乳化炸药，上部吊装袋装铵油炸药，填塞4.5 m，按要求做好爆破各工序工作。采用段别为MS2、MS4的非电导爆管雷管引爆，共计10 发。炮孔布置如图1所示，袋装条状铵油炸药样品如图2所示。

表5 验孔记录表Table 5 Holes check record table

图1 炮孔布置图Fig.1 Blast hole layout

图2 袋装条状铵油炸药Fig.2 Bagged ammonium explosive

根据爆破瞬间录像观察得知，爆区整体推动现象不明显，表明炸药装填量存在不足。爆堆正面基本没有推出，且前排孔上部分塌落少部分岩石，表面只出现较小的裂缝；爆堆侧面底部出现裂隙，但并没有明显推出迹象。究其原因可能在于爆破孔网参数比先前水孔单纯使用乳化炸药有所缩小。炸药单耗为0.35 kg/m3，使用铵油后炸药成本有所降低，但延米爆破量减小较多，相当于将爆破实际成本转移到钻孔上。爆破效果一般，增加了挖装及穿孔成本，综合成本相比较于单纯用乳化炸药而言，并没有显著降低。实际施工中，在孔内水位不深时，先利用乳化炸药装填，达到排出孔内水的目的，再使用袋装条状铵油炸药时，可避免孔内裂隙漏掉导致的炸药浪费，爆破效果良好。

5 结论

通过对袋装条状乳化炸药的密封性及装填效率分析得知，表明通过有效的技术手段，可以达到快速密封处理的目的，并选取了少量的炮孔进行了现场试验。

1)袋装条状铵油炸药通过使用韧性好、厚度较厚的材料对封口进行密封处理，可以达到良好的密封效果，保证铵油炸药在水孔内4 h不失效。

2)实际操作过程中，袋装条状铵油炸药的装填效率受制于炮孔质量及密封性质量限制，略低于采用条状乳化炸药装填效率。

3)在缩小爆破孔网参数情况下，使用袋装铵油炸药爆破后的效果差，爆区整体没有推动，表明炸药药量不足。采用袋装条状铵油炸药成本显著降低，但延米爆破量减小较多，综合成本有所提高，表明应用效果不够理想。