【摘 要】 司家营研山铁矿做为国内罕有的大型露天矿山，采剥总量较高，爆破量较大，爆破成本占到矿石开采成本的30%以上，影响企业经济效益；本文主要论述司家营研山铁矿通过使用空气间隔装药技术，达到了改善爆破效果，降低爆破成本的效果。
【关键词】 空气间隔 装药 成本 效益
1 引言
穿孔爆破作业是露天开采的第一道工序，对后续的各个环节，如铲装、运输、破碎都有重大影响，在矿山生产过程中占有极其重要的地位。由于穿孔爆破成本占矿石开采成本的30%以上，所以改善爆破效果，降低爆破成本提高经济效益是目前采矿生产的重要目标之一。
2 矿山开采概况
司家营研山铁矿位于河北省滦县城南3km，地理坐标为东经118°45′40″，北纬39°38′20″～39°39′42″。北距京山铁路滦县车站8km，西距迁（迁安）曹（曹妃甸）铁路菱角山站4km；距唐钢55km。平-青-大公路从矿区西侧通过。滦河经矿区东侧向南流入渤海。
司家营研山铁矿建设规模为采选1500万吨矿石/年，达产后年采剥总量可达8000万吨/年，矿山现有穿孔设备均为KY-310A牙轮钻机，钻孔直径d=310mm，一般岩石爆破孔网参数为：孔距a=8-9m，b=8m，台阶高度为12-15m，钻孔超深2m，为了尽可能的降低爆破大块率，填塞高度为8―8.5m，使用混装炸药车装药。单孔装药量平均为550kg，炸药单耗一般为0.21kg/t，炸药单耗偏高造成爆破成本严重超支，严重影响司家营研山铁矿的经济效益。
3 爆破作用形成机理
根据介质的破坏特征，单个球形药包破坏的内部作用可在爆源周围形成压碎圈、裂隙圈和震动圈。
3.1 压碎圈
药包爆炸时，直接与药包接触的岩石瞬间可受到超高压（一般可达几十万MPa）冲击波的作用，介质结构遭到严重破坏，对于大多数脆性岩石，则被压碎，形成压碎圈。
3.2 裂隙圈
在冲击波作用的同时，压力下降了的爆轰气体也作用在药包四周的岩石上，形成一个准静应力场。在冲击波造成径向裂隙的时候，爆轰气体开始膨胀并挤入这些裂隙中，导致径向裂隙延伸。这样，随着径向裂隙、环向裂隙和剪切裂隙的形成、扩展、贯通，纵横交错、内密外疏、内宽外细的裂隙网，将被爆介质分割成大小不等的碎块，从而形成裂隙圈。
3.3 震动圈
炸药爆炸产生的能量在压碎圈和裂隙圈内消耗了很多。在裂隙以外的介质中不再对介质产生破坏作用，而只能使质点发生弹性振动，直到弹性振动波的能量完全被介质吸收为止。该作用圈的范围比前两个大得多，称为震动圈。在爆破工程中，为了提高爆破能量的利用率，减小爆破危害，应尽可能控制或减少压碎圈和震动圈的形成，加强裂隙圈的破坏。
4 空气间隔装药爆破技术简述
根据岩石爆破破坏的应力波反射拉伸破坏假说可知，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。岩石破碎机理研究表明，岩石的极限破碎强度是随着爆轰压力的加载速度的增加而增加即加载的速度越快，岩石的破碎越难，因为爆破的初始脉冲压力越大，消耗在压碎区的能量就越大，而作用在破碎区的能量就越小，如果适当地减少爆破的初始脉冲压力，则可减小消耗在压碎区的能量；另一方面，根据冲量原理，当爆破脉冲压力一定时，作用时间越长，爆破脉冲冲量越大，对岩石破碎越有利。
空气间隔装药结构，就是在孔中进行分段间隔装药，各段之间形成空气间隔，由于空气可以改善爆破能量传递过程的匹配关系降低爆轰产物对孔壁的初始压力，调节爆破的脉冲系数，即降低爆破的脉冲初始峰值延长爆破脉冲持续时间，提高能量的利用率；另一方面，当装药爆炸后，首先在空气柱内激起相向传播的空气冲击波，并在空气柱中心发生碰撞，使压力增高，同时产生反射冲击波于相反方向传播，其后又发生反射和碰撞，炮孔内空气冲击波往返传播，发生多次碰撞，增加了冲击压力及其激起的应力波作用时间，从而，提高了应力波在爆破中的破碎作用，提高了炸药能量的有效利用率，降低了炸药消耗量。
5 分段间隔装药在司家营研山铁矿的应用
5.1 概况
司家营研山铁矿自从2012年底采用分段间隔装药进行爆破施工作业，使用空气间隔器进行中间间隔不耦合装药，通过空气间隔，单孔装药量虽然减少了，但是药柱高度没有变化甚至药柱高度增加（装药结构对比图如图1、图2和图3所示）。
5.2 间隔器作用
在露天矿开采深孔爆破中使用气体间隔器，可降低孔内爆炸压力，减少甚至避免因耦合装药而形成的矿岩冲击粉碎，扩大破裂范围，提高炸药爆破能量的有效利用率，降低炸药单耗。为矿山开采爆破节约炸药，降低采矿成本。此外，由于装药位置的提高，使孔内爆破压力沿炮孔轴向的分布更加均匀，能有效地克服根底和降低爆破大块率，为铲装、运输等后续工序的高效生产创造有利条件。
5.3 爆破效果分析
（1）通过图二使用空气间隔器进行中间间隔装药与图一连续柱状装药进行对比，装药量虽然做了适当的降低，但是药柱高度得到了提高，炸药能量在药柱中得到了均衡的分布，孔口附近的大块率得到了明显的降低，减少了二次爆破作业量，降低了二次爆破成本消耗量，便于铲装作业。
（2）通过使用图三的底部间隔装药与图一连续柱状装药结构进行对比，底部使用空气间隔器，增加爆破冲击波在炮孔底部的作用次数，炮孔底部应力场得到增强的同时，也延长了炸药爆炸冲击波在炮孔底部的作用时间，能有效的克服根底的产生，方便铲装设备作业，提高铲装效率，延长设备使用寿命。
5.4 经济效益分析
司家营研山铁矿自从2013年底大规模使用空气间隔装药技术，针对不同的矿岩性质，采取不同的间隔方式，大块率较高的地方就采用中间间隔装药方式，易产生根底的位置采用底部间隔装药方式。通过采取以上措施，采场内根底大块率得到明显的降低，二次爆破成本也有所降低，铲装效率明显提高。
根据采场内矿岩坚硬系数的不同采取不同的中间间隔高度，对于中硬以上矿岩，即普氏硬度系数f在12以上的一般中间间隔高度为1-1.5m；对于较软的风化岩和表层氧化矿，即普氏硬度系数f在12以下的一般中间间隔高度为1.5-2.5m，间隔高度一般不应超过药柱高度的30%。对于底部间隔装药，一般间隔高度即为空气间隔器的长度0.7m。
通过间隔装药，平均每个炮孔至少可以降低1m药柱的装药量，平均每孔可节约炸药量40kg，爆破炸药单耗降低为0.20kg/t。
司家营研山铁矿2013年计划的采剥总量为5310万吨，其中爆破的矿岩总量为4500万吨，爆破炸药单耗由0.21kg/t降低到0.20kg/t，节约炸药总量约450吨，节约成本约为180万元。综上所述，采用分段间隔装药，既可以改善爆破质量，提高铲装效率；又可以降低爆破炸药单耗，降低炸药成本，从而为司家营研山铁矿发展做出重大贡献。
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