完成时间：1996年3月一1997年10月
工程地点：江西铜业公司德兴铜矿
申报单位：北京矿冶研究总院
完成单位：江西铜业公司德兴铜矿
项目主持人及参加人员：汪旭光、刘跃伟、王国立、范小雄、秦虎、邹招保、潘忠伟、 查克兵、简新春、周少兵
撰稿人：范小雄、秦虎
1项目背景
预装药爆破技术是一项集钻孔、装药、爆破器材和爆破方法于一体的综合性爆破技术，其实质是采用钻孔、装药、充填平行作业方式进行爆区准备，待整个爆区形成后再统一连线起爆。这种变集中装药为分散装药的操作方式，可以实现大区毫秒延时爆破和多工作面同时起爆，减少爆破次数，进而减少大型生产设备的避炮耐间，提高效率，有利于合理安排生产。
该项爆破技术从1994年开始在江西铜业公司德兴铜矿进行现场试验，1996年6月获得成功并得到了全面的推广应用。预装药时间可达7～10天，爆破次数由原来的每天1～2次减少到每周2～3次。生产实践表明，预装药爆破技术已成为该矿采矿场完成生产爆破任务的必要技术手段。采用预装药爆破技术，每年可为德兴铜矿产生直接经济效益530余万元，年综合经济效益可达1000万元以上。
2预装药爆破的爆破器材选择
2.1炸药的选择
在爆破作业中，炸药品种的选择和质量如何，直接关系到爆破效果和爆破安全。德兴铜矿矿床地质变化复杂，高硫矿脉多，几年来装药炮孔曾多次发生炸药自燃自爆事故。因此本技术采用德兴铜矿与北京矿冶研究总院于1995年研制的BDS系列预装安全乳化炸药。该炸药炮孔爆速测试见表1。
从表1中的数据可以看出，BDS系列乳化炸药完全可满足预装药爆破作业对炸药性能和预装时间(7～10天)的要求。
2.2起爆器材的选择
该矿采场爆破作业采用现场混装车装药，炸药出药温度可达60～70℃，而且乳化炸药中的油相及炮孔酸性水对普通起爆器材都有腐蚀作用，因此必须选择特殊起爆器材。经试验(见表2)，PF40型耐高温高强度塑料导爆索—M-I-5A型起爆药柱作为预装药爆破的起爆器材是安全可靠的。
表2储存7天后PF40型耐高低温塑料导爆性能测试
项 目
测试结果
备 注
传爆可靠性
用一发电雷管。导爆索可完全爆轰；导爆索可引爆500g黑梯起爆药柱
爆速测试采用BSW一3型五段智能式爆速仪
爆速测试／m·s-1
6600，6587，6726，6555
3预装药爆破的装药、起爆系统与孔网参数
3.1装药结构
装药采用现场炸药混装车。装药结构如图l所示。
预装药爆破装药与充填比例一般控制在1：(0.65～0.8)之间。充填长度过小，爆破后易出现漏斗和飞石；充填长度过大，则上部大块增多。现场测试表明，当装药长度：填塞长度=1：(0.65～0.8)之间时，孔内爆轰产物冲出时间可维持到起爆后14.8ms，若填塞不够，起爆后约1.96ms爆炸产物便从孔内冲出，爆炸气体对矿岩的作用时间减少，且后者的爆轰气流初速度比前者高5.84％～11.36％，这样既浪费了能量，又不利于炮孔矿岩的破碎。
起爆方式
对于比较难爆的矿岩，或只有一个爆破自由面时，可采用V形起爆，以造成矿岩爆后相对高速碰撞，具有二次破碎的效果。为防止V形端处炮孔夹制，V形底的夹角以120°～130°为宜。
当有两个爆破自由面时，应采用对角式起爆。可使邻近坡面的炮孔增加一个侧向自由面，造成多面临空，改善矿岩爆破条件；而且最后起爆的孔数及药量减少，减少了爆破后冲。当矿岩易爆时，可采用排间起爆方式。
3.3非电起爆系统
该矿地处南方，雷雨季节相对较长，为保证爆破安全，采用非电起爆系统是非常必要的。采用非电起爆系统进行大区微差爆破，其灵活性是电起爆系统无法代替的，而且有助于改善爆破效果、合理分配微差间隔时间、提高破碎质量。
3.4大区微差爆破
采用预装药爆破技术进而实现大区毫秒延时爆破，对该矿采场爆破作业具有重要意义。由于该矿年采剥总量达6000万t以上，按每次15万t的中小区规模爆破设计，每年需进行约400次爆破，按年工作日300天计算，每天要爆破1.33次。经统计，某年实际爆破次数曾达456次。频繁的爆破，造成钻机及电铲等大型设备的频繁移动，大大降低了设备的作业效率。在装药及爆破受停电或设备故障等因素的影响，而不能在规定的时间内爆破时，会给矿山的管理及正常生产带来安全隐患，而且中(小)爆区接触处还易产生根底。
大区毫秒延时爆破采用异步分区爆破方式，合理选择毫秒延时间隔时间及爆破总历时，可降低爆破振动波的影响。
由于大区毫秒延时爆破孔数、排数多，必须减少最大一段的起爆药量，以降低爆破振动对边坡的影响。目前国内高精度电雷管最高段位为30段，当一面炮的炮孔数很多时，无法合理分段。采用异步分区，即将一个大爆区分为若干个爆区，可达到大规模干扰降振的目的。
3.5多工作面同时起爆系统
由于实现了预装药，在爆破方法上可采用多工作面同时起爆系统安排爆破作业。多工作面同时起爆系统是指先在多个工作面进行预装药，待这些爆区工作面形成后，再分别连网起爆。
3.6预装药爆破孔网参数
预装药爆破的布孔方式采用三角形交错布置，主爆孔、辅助孔与措施孔协调布局，从而达到装药药柱与设计孔网上的钻孔、实际抵抗线和自由面等条件完全配合的目的，保证爆区内爆破作用协调且充分。
实践表明，预装药爆破采用表3中的优化孔网参数，可以获得较好的爆破效果。
4预装药爆破技术实例应用
4.1预装药爆破的设计和施工
4.1.1爆破设计
测量科必须根据月、周的采剥计划，在爆破技术人员的配合下，及时提供爆区平面图(包括高程点)。爆破技术人员必须根据爆区平面进行孔网和孔深设计，还要有穿孔施工图、炮孔验收图及起爆网路设计图。
每次爆破应根据底盘抵抗线大小、孔深、岩性和地质构造等因素进行装药设计和起爆网路设计。
4.1.2装药组织与施工
4.1.2.1 装药组织
装药车操作岗位配备5人，其中装药车司机1人，尾座操作1人，起爆体加工1人，测量装药高度及充填2人。
4.1.2.2 装药程序
炮孔在炸药装人之前，先放入2发起爆体，离孔底约2m，然后将输药软管放入炮孔装药，装药至一半后，再将另l发起爆体放人孔内，装药完毕测量充填高度。由于炸药采用化学发泡控制炸药密度，炸药进入炮孔后约lOmin，达到最终密度，然后进行充填。
4.1.2.3 施工注意事项
(1)严格按预装药爆破安全规程进行施工；
(2)装药车装药前必须首先测定炸药密度，合格后才能装药；
(3)干孔装药时，装药软管应放在低于炸药最后达到的水平处，这样可避免炸药粘在填塞处的孔壁上；
(4)水孔装药时，装药软管必须下到孔底才能泵药，以便将水排出；
(5)不应使导爆索打结、扭折；
(6)密切注意炸药状态，当乳化不完全或乳胶体表面出现结皮、结晶等现象时，应停止装药，待正常后方可装药；
(7)装药完毕，必须派专人昼夜看守，插置“预装药爆区”标志牌，并在爆区四角插上醒目小红旗标识。
4.1.3预装药爆破的基本参数
4.1.3.1 基本参数
(1)炮孔直径：250mm；
(2)延米装药量：70kg／m；
(3)炸药密度：1.05～1.15g／m3；
(4)台阶坡面角：大于65°；
(5)孔边距(前排炮孔与眉线之间的距离)：压渣爆破或I类难爆区可取1.5m，Ⅱ类岩取2.5～3m，Ⅲ类岩大于3m，有后冲、伞岩时孔边距取大值，确保钻机安全。
4.1.3.2优化的预装药爆破孔网参数
I类岩：6m×7m，7m×7m；
Ⅱ类岩：7m×9m，8m×9m；
Ⅲ类岩：8m×9m，8．5m×9．5m。
4.2预装药爆破实例
4.2.1 实例1：915大区毫秒延时爆破
(1)爆破日期：1997年9月15日；
(2)爆破地点：北山5号站；
(3)岩性：二、三类岩；
(4)孔网：8m×9m；
(5)孔深：17．5m；
(6)孔数：252个；
(7)充填：6～7m；
(8)每孔装药量：750kg；
(9)总装药量：170t。
(10)起爆方式：爆破采用电雷管一导爆索一继爆管联合起爆系统，避免了因电雷管窜、跳段对爆破效果的不利影响，有利于爆破分段设计。
根据工作面情况，采用斜线起爆方式，爆破总面积14720m2，爆破量59.6万t。具体装药情况见表4。
由于本次爆破炮孔较多，且爆区临近黄牛前边坡，爆区中心离边坡60m，边坡允许振动速度不大于6cm／s，计算最大一段起爆药量应小于3.75t。
(11)爆破效果：爆破形态较为规整，爆堆松散性较好，无大块和根底。
4.2.2 实例2：925大区毫秒延时爆破
(1)爆破日期：1997年9月25日；
(2)爆破地点：孔雀山11号钻机；
(3)岩性：三类岩；
(4)孔网：8m×9m；
(5)孔深：16．5m；
(6)孔数：227个；
(7)充填：7～8m；
(8)每孔装药量：700～750kg；
(9)总装药量：160t；
(10)起爆方式：爆破采用电雷管起爆系统。
具体装药情况见表5。
由于本次爆破电雷管较多，超过1台起爆器起爆能力，故采用2台串联起爆。
(11)爆破效果：爆破量为66万t，爆堆形态较为规整，爆堆松散性较好，无大块和根底。
4.2.3 实例3：多工作面同时起爆
4个工作面同时起爆的实例见表6和图2。
2002年8月15日起分别在4个工作面进行预装药，共预装BDS安全乳化炸药218.4t，8月20日4个工作面前排孔、侧排孔进行现装药，全部施工完毕后同时连网起爆。爆破效果良好，爆堆充分隆起，后排沟槽明显，无大块和根底。
5结论
预装药爆破技术已在德兴铜矿采场爆破作业得到全面应用，爆破效果良好，预装时间可达7～10天，爆破次数由原来的每天1～2次减少到每周3～4次，提高了电铲、电动轮汽车及炸药混装车等大型生产设备的效率，降低了生产成本。
该项技术自1996年6月在德兴铜矿全面推广应用以来，预装药爆破量已达2.5亿t，爆破效果良好，成为该矿完成爆破作业任务的必要技术手段，其经济效益和社会效益显著。
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