影响露天矿台阶爆破效果的因素分析

影响露天矿台阶爆破效果的因素分析 方 � 伟 1,张新光 1, 2 ( 1. 洛阳栾川钼业集团股份有限公司矿山公司, � 河南 栾川县 � 471542; 2.中南大学 资源与安全工程学院, � 湖南 长沙 � 410083) 摘 � 要:爆破作业是矿山生产的一个重要环节, 爆破效果的好坏直接影响矿山的经济效 益,分析了影响露天台阶爆破效果的 4个主要因素: 炸药性能、装药结构、起爆方式、起爆 网络,并结合三道庄钼矿的实际情况,详细介绍了影响台阶爆破效果的一些重要因素和数 据,为改善矿山爆破效果提供了一些参考。 关键词:台阶爆破; 炸药性能; 装药结构;起爆方式;起爆网络 洛钼集团三道庄露天矿是我国大型的有色矿山 之一,也是我国主要的钼原料基地。 1969年建矿 (当时为地下矿 ) , 1998年开始筹建露天矿, 2002年 实现全面露天开采。目前矿山生产规模为年产钼矿 石 1100多万 ,t采剥总量 3500多万 ,t边坡最大高差 228 m (即 1294~ 1522 m水平 ) ,一次爆破量一般为 15~ 30万 ,t最大一次为 120万 t以上。 目前, 三道庄露天矿的台阶爆破技术已趋于成 熟, 长期工作在生产一线的爆破工程技术人员先后 对影响爆破效果的数十个因素进行了大量的试验研 究, 其中包括炸药参数、爆破参数、岩体结构与力学 特征等各种不同类型的因素。然而, 由于理论分析 和现场试验的目的不同, 以及受各种客观条件的限 制, 不可能也不必要将各个影响因素都反映出来。 本文作者就炸药性能、装药结构、起爆方法及网路的 共性问题结合三道庄露天矿的工程实例进行了分析 研究。 1� 炸药性能对爆破效果的影响 炸药的密度、爆热、爆速、做功能力和猛度等性 能指标,反映了炸药爆炸的威力, 直接影响爆炸效 果。增大炸药的密度和爆热, 可以提高单位体积炸 药的能量密度,同时提高炸药的爆速、猛度和爆力。 但是品种、型号一定的工业炸药其各项性能指标均 按相应的国家标准或行业标准确定其性能指标, 作 为工业炸药的用户,矿山工程爆破技术人员一般不 能变动这些性能指标。即使像铵油炸药、水胶炸药 或乳化炸药这些可以在现场混制的炸药,过分提高 其爆热,也会造成炸药成本的大幅度提高。另外,工 业炸药的密度也不能进行大幅度的变动, 例如当铵 锑炸药的密度超过其极限值后,就不能稳定爆轰。 爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一个重 要性能指标。不同爆速的炸药,在岩体内爆炸激起 的冲击波和应力波的参数不同,从而对岩石爆破作 业及其效果有着明显的影响。炸药与岩石的匹配问 题在以前常规爆破中常不予重视, 但由于炸药与岩 石匹配问题确实对爆破效果产生较大影响, 在特殊 条件下的爆破,或要求较高的控制爆破中就不得不 考虑炸药与岩石的匹配关系,如在光面预裂爆破中 为了保护坡面的完整平直, 则需用低爆速炸药。为 提高炸药能量的有效利用率,炸药的波阻抗尽可能 与所爆岩石的波阻抗相匹配 (比值尽可能接近 1) , 因此,岩石的波阻抗愈高, 所选用炸药的密度和爆速 应愈大。 在炸药爆轰参数的计算中, 爆速和爆压是最重 要的两个特性参数。炸药界对此除了进行理论上的 全面和准确的研究预报外,还 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 、研究了许多计算 爆速和爆压的经验和半经验方法 [ 1]。这些经验计 算方法快速有效,精度符合要求, 为炸药合成、设计 提供了得心应手的工具。 2� 装药结构对爆破效果的影响 穿孔爆破中装药结构对爆破的影响很大, 根据 炮孔内药卷与炮孔、药卷与药卷之间的关系以及起 爆位置,三道庄露天矿常见的装药结构可以分为以 下几种: ( 1) 按药卷与炮孔的径向关系分为耦合装药和 不耦合装药。耦合装药药卷与炮孔直径相等或采取 ISSN 1671- 2900 CN 43- 1347 /TD � � � � � � � � � � � � � � 采矿技术 � 第 10卷 � 第 5期 M in ing Techno logy, Vo.l 10, No. 5 � � � � � � � � � � � � � 2010年 9月 Sep. 2010 散装药方式 (见图 1 ( a) ), 不耦合装药药卷与炮孔 在径向有间隙,间隙内可以是空气或其它缓冲材料, 水、岩粉等 (见图 1( b) )。 ( 2) 按药卷与药卷在炮孔中轴向的关系分为连 续装药和间隔装药。连续装药各药卷在炮孔轴向紧 密接触 (见图 1( c)、图 1( d) ) ,间隔装药药卷之间在 炮孔轴向上存在一定长度的空隙, 空隙内可以是空 气、岩粉、木垫或其它材料 (见图 1( e) )。 图 1� 装药结构 2. 1� 不耦合装药对爆破效果的影响 在一定的岩石和炸药条件下,采用不耦合装药 或空气间隔装药可以增加炸药作用于破碎或抛掷岩 石能量的比例,提高炸药能量的有效利用率、改善岩 石破碎的均匀度、降低大块率、提高铲装效率, 还能 降低炸药消耗量, 有效地保护边坡免遭破坏。这两 种装药结构,特别是不耦合装药结构在光面爆破和 预裂爆破中得到了广泛的应用。 空气间隔装药还有以下优点: ( 1) 降低了作用在炮孔孔壁上的冲击压力峰 值。若冲击压力过高,在岩体内激起冲击波,产生粉 碎区,使炮孔附近岩石过度粉碎, 就会消耗大量能 量, 影响粉碎区以外岩石的破碎效果。 ( 2) 增加了应力波作用时间。在相同试验条件 下,从图 2中可以看出,空气间隔装药激起的应力波 峰值减小, 应力波作用时间增长, 应力变化比较 平缓。 ( 3) 增大了应力波传给岩石的冲量,而且使冲 量沿炮孔较均匀分布。 2. 2� 充填的作用 充填的目的是保证炸药充分反应, 使之产生最 大热量,防止炸药不完全爆轰;防止高温高压的爆轰 气体过早地从炮孔逸出, 使爆炸产生的能量更多地 转换成破碎岩体的机械功,提高炸药能量的利用率。 另外合适的充填还可以大大降低出现飞石的比率。 图 2� 连续装药和空气间隔装药激起应力波波形的比较 � � 从图 3可以看出, 有充填的炮孔明显增大了爆 轰气体在孔壁上的压力 (后期压力 )和压力作用时 间,从而大大提高了对岩石的破碎和抛掷作用 [ 2 ]。 现在三道庄露天矿使用的充填经验公式如下: H = �� D 式中: H 充填高度, m; � 充填系数 ( 18~ 28), 坚硬岩石取小值, 软岩取大值; D 炮孔直径, m。 图 3� 充填对爆破作用的影响 2. 3� 起爆位置的影响 在炮孔爆破法中, 根据起爆点在装药中的位置 和数目,将起爆方式分为正向起爆、反向起爆和多点 起爆 [ 3]。 试验和经验表明, 起爆点位置是影响爆破效果 的重要因素。在岩石性质、炸药用量和炮眼深度一 定的条件下,与正向起爆相比, 反向起爆可以提高炮 眼的利用率,降低岩石的夹制作用和大块率。在炮 眼较深, 起爆间隔时间较长以及炮眼间距较小的情 (下转第 104页 ) 86 采 矿 技 术 � � 2010, 10( 5) � 参考文献: [ 1] 王 � 青,史维祥.采矿学 [M ] .北京:冶金工业出版社, 2007. [ 2] 于润沧.采矿工程师手册 [M ] .北京:冶金工业出版社, 2008. [ 3] 余 � 斌,魏连海,等.采空区内残留水平阶段矿柱综合回采技 术研究 [ J] .有色金属 (矿山部分 ) , 2003, ( 4) : 10~ 11. [ 4] 唐绍辉, 郭 � 葵, 郑荣祥.阶段矿房法采场结构参数优化研 究 [ J] .有色金属 (矿山部分 ), 2009, 61 ( 1) : 3 ~ 4. [ 5] 孙祺年.降低采矿损失率和贫化率的研究与实践 [ J ]. 采矿技 术, 2009, 9( 3) : 7 ~ 9. [ 6] 施洪良,黄明然.降低窄脉采矿贫化与损失率管理方法与措施 [ J] .有色矿冶, 2008, 24 ( 4) : 14~ 16. (收稿日期: 2010- 04- 23) 作者简介: 胡贵如 ( 1963- ) , 男, 河南南阳人, 工程师, 主要 从事矿山技术工作, Em a i:l hg r8763@ 163. com。 � � (上接第 86页 ) 况下,反向起爆可以消除采用正向起爆时容易出现 的起爆药卷被临近炮眼内的装药爆破 !压死 ∀或提 前炸开的现象。 与正向起爆相比, 反向起爆也有不足之处。例 如, 需要长脚线雷管, 装药比较麻烦; 在有水深孔中 起爆药包容易受潮;装药操作的危险性增加,机械化 装药时静电效应可能引起早爆等。 国内外试验研究表明,在较长药包中,不论雷管 朝向何方,在起爆点前方和后方一定距离内爆破效 力最强,距离爆源愈远, 爆破效果愈差。因此在较长 的条状药包爆破时 (即深孔爆破时 ), 为提高爆炸能 量利用率,应采用多点起爆。 3� 起爆方法及网路 电力起爆存在施工复杂、受环境影响较大等缺 点; 导爆索索起爆法的优点是操作简单、安全性好、 传爆速度快等,缺点是成本较高,容易产生噪声和飞 石; 导爆管起爆法同时具有电力起爆和导爆索起爆 系统的优点, 能够适应各种不同条件的爆破工 程 [ 4]。 采用导爆管起爆网络可以形成孔内微差爆破和 孔外微差爆破,从而达到减小爆破震动和爆轰冲击 波、减低大块率的目的, 还可以控制岩石的抛掷方 向, 从而在矿石和岩石分界的地方实现矿岩分 离 [ 5, 6]。 图 4为三道庄露天矿日常爆破中的一个典型爆 破设计,该网络采用的是孔外微差爆破,孔内和孔外 使用的都是高精度导爆雷管, 起爆点选在自由面最 好的左上方,控制排用的是延时 25m s的孔外管, 雁 行列用的是延时 42m s的孔外管, 最后一排为了减 低爆破反冲使用的是延时 65 ms的孔外管, 孔内统 一使用延时 400ms的孔内管。 图 4� 典型爆破设计 4� 结 � 语 本文仅就炸药性能、装药结构、起爆方法及网路 的共性问题进行了简单的分析,尚未对影响爆破效 果的众多因素进行系统深入地研究, 因此有待做更 深入细致的数据收集和分析工作, 以求得此问题的 更好解决。总之,经过对以上因素的简单分析,如果 对每个因素都进行优化调整,相信对以后的爆破工 作能起到一定的指导作用。 参考文献: [ 1] 何东民.现代矿山爆破设计与爆破关键技术及常用数据手册 [M ] .石家庄:现代科学技术出版社, 2006. [ 2] 陆 � 文,张志呈.钻孔爆破中炮孔堵塞作用机理研究 [ J] .爆 破, 2001, 18( 1) : 16~ 18. [ 3] 刘殿中.工程爆破实用手册 [ M ] . 北京: 冶金工业出版社, 1999. [ 4] 张正宇.中国爆破新技术 [M ].北京:冶金工业出版社, 2004. [ 5] 曾 � 鸣,张成良,等.单孔单响微差起爆技术在路堑开挖中的 应用 [ J] .爆破, 2006, 23 ( 2) : 43~ 46. [ 6] 孙清林,王立宏. 浅孔微差爆破技术在石方开挖中的应用 [ J] .工程爆破, 2002, 8( 1 ): 44~ 46. (收稿日期: 2010- 03- 10) 作者简介: 方 � 伟 ( 1971- ), 男, 河南信阳人, 助理工程师, 主要从事采矿与安全工程技术研究, Em a i:l zxg- 1219@ 163. com。 104 采 矿 技 术 � � 2010, 10( 5) �