湘中某地区海螺水介质换能爆破试验总结

1. 水介质换能爆破技术概述

水介质换能爆破是从热力学和化学角度分析爆破机理。如果在“爆炸热力学系统”中加入“一定量”的水，按照热力学定律和物质不灭定律（质量守恒定律），炸药爆炸所释放的“能”，在绝热的“爆炸热力学系统”中将转换为水的内能，众所周知水是最容易吸收或释放能量的物质。在常压状态下当温度达到2000℃时开始分解为氢和氧，积蓄了炸药爆炸能的水和炸药共生的爆生气态物质，在炸药爆炸的3000℃的高温10×104MPa的高压条件下将进一步发生化学反应生成H2、O2、CO2、NO2等新的物质。
计算表明，这些高温高压爆生气态物质，其体积在标准状况下比原来增加了1100倍，由于这些气态物质受到高度压缩，因此积蓄了巨大的势能，它将遵循瞬时爆轰论的“爆轰产物的飞散遵循等距离面组规律”，主要以急剧膨胀做功的方式挤压被爆介质并使被爆介质破碎，从而完成爆破作业。
“水介质换能爆破”按照理想气体状态方程计算炸药爆炸时其对孔壁的爆压在爆炸完成后的准静态状况下压强可以达到330Mpa，按照爆破理论炸药爆炸峰值压力可以扩大10倍，因此炸药爆炸时其对孔壁的爆压峰值可以达到3300Mpa ，是二氧化碳爆对孔壁压强的6.6倍，按照工程爆破爆压峰值理论计算甚至可达4661Mpa。因此理论计算表明“水介质换能爆破”主要依靠水介质和炸药的混合爆生气态物质以急剧膨胀做功的方式挤压爆破介质使被爆介质破碎，完成爆破作业。

2. 爆破地质条件

试验区域位于西山195平台中部，地质条件良好，岩石主要为中厚层块状构造灰岩，节理裂隙微发育，岩石可爆性在整个矿区属中上等，台阶坡面平整，无凹陷现象，前排抵抗线无过大过小现象，试验条件良好。

3. 穿孔作业情况

    使用CM30钻机穿孔，孔径168mm，采用80°倾斜炮孔，现场穿孔正常，未发现溶洞、裂隙孔，实际孔深基本在设计孔深偏差范围内，表层虚渣3-5米，个别炮孔孔口孔壁较差。

4. 现场作业流程说明

1）、施工流程
试验区域选定——爆破设计编制——现场布孔——钻机穿孔作业——炮孔验收——爆破材料准备——爆破预备会——爆破作业——爆后检查——爆破总结
2）、装填流程
底部混装炸药装药至距孔口8.5米处——炸药发泡至7.5米处（发泡高度不够用乳化炸药补齐）——水袋装至距孔口5米处（水袋3个一组捆绑吊装）——上部岩渣充填.

5. 爆破设计技术参数

孔深	台阶高度	孔径	穿孔角度	孔数	排数	总进尺	水袋高度
16.5米	14米	168mm	80°	20个	2排	330米	2.5米
前排抵抗线	孔距	排距	设计单耗	设计药量	雷管数量	爆落矿量	设计充填
6米	7米	5米	0.144	4200	60发	29110吨	5米

6. 爆破现场实测参数

孔号	孔深	药至孔口距离	水袋数	充填高度	水袋高度（计算）	装药高度 （计算）	单孔装药量（估算）
101	16.4	7.5	6*3	5	2.5	8.9	224
102	16.7	7.5	5*3	5.2	2.3	9.2	232
103	16.5	7.5	5*3	4.8	2.7	9	227
104	16.5	7	5*3	5	2	9.5	240
105	16.7	7.5	5*3	5	2.5	9.2	232
106	16.5	7.5	5*3	5.2	2.3	9	227
107	16.7	7.2	5*3	5.1	2.1	9.5	239
108	16.7	7.5	5*3	5	2.5	9.2	232
109	16.4	7.5	5*3+2	4.9	2.6	8.9	224
110	16.6	7.5	5*3	5.2	2.3	9.1	230
201	16.7	7.5	3*3	6.5	1	9.2	232
202	16.6	7.5	5*3	4.8	2.7	9.1	230
203	16.2	7.5	5*3	5	2.5	8.7	219
204	16.2	7.2	5*3	5	2.2	9	227
205	16.6	7.2	4*3+1	5	2.2	9.4	237
206	16.6	7.5	5*3	5.1	2.4	9.1	230
207	16.2	7.4	5*3	5.1	2.3	8.8	222
208	16.4	7.2	5*3	4.9	2.3	9.2	232
209	16.3	7.5	5*3	5.2	2.3	8.8	222
210	16.5	7.5	5*3	5	2.5	9	227
总计			297个		46.2米	181.8米	4585kg

 

7. 水袋参数

水袋直径75mm，长度60cm，现场3个一组捆绑吊装，放入孔后实测约50cm；因水袋规格与炮孔直径不符，增加现场操作施工难度与作业时间，爆破作业时间约增加1/3；大量水袋有存在注水不满现象，现场作业部分水袋有漏水现象。

8. 雷管选择及网络连接设计

雷管均采用澳瑞凯高强度雷管，孔内每孔2发375ms/18米，孔外1发17ms/10米起爆，9发25ms/10米孔间串联，10发65ms/7米排间并联，共计雷管60发。
根据秦教授建议，希望把孔间延期时间加大，网络连接较之前有所变化，加大了排间两孔延期时间。
现场连线图及延期时间

9. 炸药使用情况分析

本次爆破总计用药4585kg(散装4528kg,90乳化57kg）,炸药单耗0.158kg/t，单孔用药约229.25kg；本次爆破装药未发现溶洞、裂隙出现，炸药无异常消耗。
根据实际装药总高度（181.8米）计算每米装药量25.22kg，水袋高度总计46.2米，计算得出本次爆破节省炸药1165.16kg,爆落矿量29110t，炸药单耗下降0.04kg/t。

10. 爆破效果分析

经爆后现场检查分析，整体爆破效果较好，爆堆堆积较紧促，爆堆松散，抛掷明显，抛掷距离约30米左右，爆堆沉降高度约2-3米，较之前偏高，表层未见明显大块出现，整体矿石块度较以前有所偏大。爆后有轻微的后震开裂现象，侧震拉裂明显。
该爆堆西侧采用R984进行铲装，东侧采用CAT988进行铲装，炮堆松散度较前期正常爆破有所下降，但基本不影响铲装效率，两侧CAT988铲装不彻底，铲后无明显根底。
爆破有害效应方面，爆后无飞石、冲炮产生；爆破震动明显减小，300米外基本无震感；爆破噪音较小，爆破作业过程中产生的粉矿率（粉尘）有所降低，但因爆破时矿石抛至地面激起的扬尘仍较多，爆后粉尘无明显改善。

柴油发动机
				型号	D10.36T20	运行转速	1850rpm
制造厂	斯太尔	燃油箱容量	480L
额定功率	266kw
螺杆空压机
				制造厂	志高	排风量	18 m3/min
机头制造厂	GHH	最大风压	17bar
功能参数
				孔径范围	110-152 mm	配套冲击器	4inch、5inch
自动换钎孔深	28m	回转速度	0-105 r/min
钻杆直径	89mm /102mm	回转扭距	4310N.M
储钎数	6+1	钻杆长度	4m
推荐孔径	138mm
钻臂功能
				钻臂形式	单直臂	推进方式	油缸钢丝方式
推进器总长度	8100 mm	推进行程	4600mm
推进补偿	1200 mm	最大推进速度	0.88 m/s
最大推进力	34.5 KN	最大拉拔力	67.6 KN
底盘
				行走速度	高速:3 km/h	最大驱动力	117.7 KN
低速:1.5 km/h
爬坡能力	25°	履带架摆动角度	±10°
离地间隙	420 mm
重量及尺寸
				宽度	2500 mm	运输高度	3280 mm

11. 总结

1. 本次爆破炸药单耗下降0.04kg/t，下降幅度在20%左右，约节省炸药成本6701元，去除水袋成本594元，综合节省成本6107元。
2. 爆破震动有所下降，但因无专门的仪器检测，震动下降幅度无法进行数据对比分析；
3. 爆后炮堆高度高，松散度下降，粉矿率减少；
4. 作业繁琐，作业前需水袋注水，作业中对水袋吊装，约增加了一个小时爆破作业时间；
5. 本次采用水袋规格为75mm（炮孔直径为168mm），需用3个水袋绑好下方才能保证水袋与孔壁的密合，增加了操作难度，后期使用可定制与炮孔直径相符水袋；
6. 本次爆破采用7*5孔网参数的两排孔爆破方式进行试验，装药高度与水袋高度比值M=9:2.5，该地段可爆性较好，爆后大块率在可控范围内，后期将根据不同地段地质情况选择不同的M值，不断试验，得出适合双峰矿山的最优M值，保证爆破效果的前提下，降低炸药消耗。

12、爆破照片

                                        爆后正面照

                                 上面平台拍摄（从西向东）
 
                              上面平台拍摄（从东向西）

                                爆后侧裂明显

                                 炮堆上部松散度有所下降

                                        铲装后无根底、两侧铲装不彻底