井下高台阶柱状药包爆破技术及其应用.pdf

{ ． 荜 争 。 一 }井下高台阶柱状药包爆破技术及其应用 Lj f ． - -- -F Y／ J r l叶。 长沙矿山研究院 差旦盟 ． 大厂矿务局铜坑锡矿莫荣世 【 摘要 】 论述 了 井 下 高台 阶 柱 状 药 包 爆 破 技 术的 宴 质， 即 利 用 侧 向 和 下 向 两 个 乃 至 多 十自 由 面进行爆破回采的工艺技术，是露天太孔台阶爆破技术在井下开采中的应用。通过对井下高台阶 。 董 苎 词 鱼 ， 堂 滑 子 式 起 爆 系 统动 态 葭 抵 抗 线 ／ ， q 。 ． 。 ． THE APP LI CATI ON olF BI ． A S rn NG TECHNo1 0GY f W Ⅱ H HI GH BE] 0oLUMN P ‘ W DER P ACP AGE I N I 『 I ] lERGRoUND C h a n g s h a R e s e a r c h I n s t i t u t e o f M i n e s J l a n g F a n J u n Da c r on -B u r e a u o f Mi n e s Mo Ro n g sh l 【 A B S T R A C T】 D is c o u r s i n g u p o n t h e e c c e n c e o f b l a s t i n g te c h n o lo g y wi r y h i g h b e n c h c o l t a n n p o wde r p a c k a g e i n u n d e r g r o u n d ， a n d ma k i n g u s e o f s i d e wa r d do wn wa r d a n d e v e n mu l ti p l e f r e e f a c e t o c a r ry o n b l a s t i n g a n d mit -l i l l g t e c h n o l o gy ， i s t he a p p l i c a t i o n o f o p e np i t 】 a r g e h o l e b e n c h b l a s t t e c h i ti q u e i n u n d e r g r o u n d mi n i n g ． Th r o u g h t h e i n i t i a l i n q u r i n g、 t he o r y a n a l y z ing a nd c a l c u l a t i n g t he b l a s t i n g me c ha n i s m o f h i g h b e n c h c o l u mn p o wd e r p a c k a g e in un de r g r o u n d ， b e p r o v i de d b a s i s a n d r e f e ren c e f o r t h e u n de r g r o n di z e wi t h o p e np i t b e n c h b t ing - KE Y W ORDS C o l u mn po wd e r p a c k a g e Hi g h b e n c h b l a s t L o w e n e r g y g u i d e b l ast wi re S l i d e r t y p e b l a s t s y s t e m I a mi c r e s is t a n c e Li ne ． 1 前 言 球状药包分层爆破是 V C R法采矿工艺的 主要特点，其突出优点是破碎质量好，爆破 作用便于控制。但也有明显的缺点，如爆破 作业比较繁杂；每次崩矿高度有限，爆破次 数频繁，限制了采场生产能力；必须采用成 本高的高能量、高密度炸药 ；爆 后 堵 孔 率 2 0 ％左右，处理非常困难；爆破中的冲孔， 使硐室底板受到破坏 ，作业不方便。为了克 服上述种种缺点，地下大直径柱状药包佣向 台阶爆破技术便应运而生，它利用佣向和下 向两个乃至多个自由面进行爆破回采的工艺 技术，是露天大孔台阶爆破技术在井下开采 中应用的体现，这种采矿方法除具备V C R法 的优点之外，还能采用多孔粒状铵油炸药一 井下高台阶桂状药包爆破技术及其直用姜凡均 邮编 4 】 0 0 1 2’ 、 5 维普资讯 类低成本炸药，并适当增大孔网参数。 2 柱状药包爆破理论 药包在炮孔内爆轰时产生的高压，使邻 近炮孔周围的岩石遭受粉碎，产生的冲击波 向外传播时 ，形成切向拉应力 ，这种应力使 炮孔周围产生径向裂缝 。由于 自由面存在 ， 冲击波到达 自由面时，产生反射拉应力，返 回岩石体内，与向前传播的压力波叠加，使 岩石裂缝延伸到适当位置。由于岩石的抗拉 强度远低于抗压强度，在炮孔和裂缝中的气 体压力和反射拉应力渡的共同作用下，这些 裂缝迅速扩大。当炮孔前沿的岩体受力破坏 并向前作鼓包运动时，岩石中的高压应力被 卸载，在岩体中又引起很高的拉应力，最后 使抵抗线范围内的岩石破碎剥离 。 球状药包爆破时，爆炸能量 白 药包中心 向介质周围各个方向均匀作用，呈整体球形 辐射．而柱状药包爆破时的能量几乎垂直于 炮孔轴向横向作用，只有小部分能量作用于 柱状药包的两端。由于爆破的类型不同，其 自由面效应作用也不同。垂直于一个自由面 的炮孔漏斗爆破和平行于自由面的炮孔梯段 爆破，其效果有很大差别，这表明爆破类型 和自由面效应作用对爆破岩石破碎的发展过 程产生很大的影响。 某矿 9 1 试验采场采用的柱状药包爆破 技术即深孔梯段爆破技术，由此形成地下大 直径深孔采矿方法。它以侧向切割槽 下部 梯段面或顶面同时作崩矿自由面，用柱状药 包向两个或多个自由面崩矿，形成梯段倒台 阶侧向崩矿方式。 此种爆破方式有下列特点 ‘ 1对柱状药包爆破所产生的孔壁应 变波峰值的理论计算表明，柱 、 球状药包对 孔壁上应变波峰值受岩石特性参数和炸药爆 轰压及绝热指数的影响． 在相同药品及岩石 条件下，柱状药包所产生的孔壁应变波峰值 大于球状药包。 2对不同药包形状进行了试验，测 定和计算了爆速 、 波阵面速度和波阵面压力 等，结果表明，柱状药包比球状药包产生的 冲击波参数更大，并且柱状药包冲击波的能 量传递系数要大于球状药包，柱面波衰减要 比球面波衰减更慢 。 3柱状药包爆破具有双 自由面或多 自由面作用。两个或多个自由面爆破具有应 力渡叠加增强效果 假设在均质岩石中，有 两个自由 面 见图 1 即A B和 A C , 药包在 P 点．离两个自由面的距离相等，即抵抗线同 为W。 P 点炸药爆破时产生的入射波，将从 两个自由面反射回来两个反射波，由于距离 相等，产生的反射波将同时到达，P 点产生 的合应力计算结果为叠加后的应力比从一 个自由面反射的应力大 2 8 在三个或多个 自由 面条件下叠加后应力将更大。 B A C 图 i 应力波的叠加 3 高台阶柱状药包爆破 孔网参数的确定 为了选择合理的凿岩爆破参数以达到预 期的爆破效果，必须了解影响爆破作用的各 种因素。如岩石特性．包括岩石的物理力学 性质及构造特性；炸药性能，包括炸药的威 力、 猛度爆热、 爆速 、 爆压以及密度等；爆 破参数，包括孔网几何参数 、 装填系数、起 爆参数等。 岩石特性是不可变更的因素， 炸药性能在 爆破工艺过程中也难于改变， 只有爆破参数是 爆破工艺技术中的可控因素。 因此， 合理选择 爆破参数， 将直接影响到该爆破工艺技术效果 有色矿山l 9 9 8 - 维普资讯 的好坏。 小抵抗线和孔间距是爆破工艺实施 前必须确定的最重要的孔阿几何参数 。 3 ． 1 按炮孔直径确定 小抵抗线 小抵抗线与炮孔直径的关系有经验公 式 W f 2 5-- 351 d 式中d 炮孔直径 ， m 炮孔直径一般为 0 ． 1 5 6 --0 ． 1 6 5 m ， 因此 最小抵抗线约为 3 ． 9 ～4 ． 1 m。 3 ． 2 按工程类比法确定最小抵抗线 参考国内外矿山采用的柱状药包的孔阿 参数，大致为3 --3 ． 5 mX 3 --4 ． 5 m。 大孔采矿法爆破孔网参数的选择在很大 程度上还要受采场结构要素的影响，而采场 结构要素又受矿体厚度、形状和倾角的影响。 因此，尽管大孔柱状药包爆破法试图实现井 下采场露天化，但它毕竟不可能象露天孔阿 参数的选择可具有随意性。采用井下高台阶 柱状药包爆破，在国际上无准确的计算公式 确定其选定的 L 网参数，上述的最小抵抗线 也只能作参考 。 对 9 1 矿岩在大孔爆破条件 下的爆破性能不十分了解的情况下，再加上 出矿水平采用 2 矿车，对大块的要求也相 当苛刻，因此，参照国内外矿山经验，采用 比较保守的数值，即最小抵抗线取 3 m ， 孔阿 参数基本上按 3 ． 3 m设置。 柱状药包台阶爆破实际布置炮孔 7 8 个， 总孔深 3 3 1 5 m ， 实际崩矿量 7 8 0 5 I t ， 炮孔崩矿 量为 2 3 ． 6 t ／ m。 炮孔闷距为 3 m ， 最小的抵抗 线 4 ． 2 m 4 柱状药包侧 向台阶爆破 4 ． 1 起爆器材与起爆系统 由于 9 1 矿岩属难爆类型，岩石坚硬， 根据经验，采用爆破性能好 、 体积威力大 、 成本低、成型性好的乳化铵油炸药，其密度 为 1 ． 2 ～1 ． 4 g ／ c m S ，且抗水性能好；同时试 验时采用了多孔粒状铵油炸药，并采用仿美 国澳斯汀公司的A D P 一 1 型滑子式起爆配用 最新研制成功的5 g ／ m低能导爆索，用非电 雷管和普通导爆索点火起爆 。 采用火雷管 一普通导爆索 一低能导爆 索 一非电微差雷管 一滑子式起爆药具 一乳 化铵 油炸药或粒状铵油炸的非 电起爆系统 。 这一起爆系统在试验采场及Ⅱ 2、 Ⅱ 5 、] l I 4 等生产采场中广泛应用，未发生任何拒爆现 象，充分证明该起爆系统既简单又可靠。 4 ． 2 低能导爆索与滑子式起爆药具起爆系统 的研制 矿用大直径深孔柱状药包起爆 ，过去一 直采用传统的导爆索，但由于威力小和起爆 能量小，不能有效地起爆 1 B 5 m m的乳化铵 油炸药和多孔粒状铵油炸药，且过去的柱状 药包爆破，采用的是 1 0 0 m m左右的大孔，整 个孔连续装药，炸药单耗高，能量利用率低， 破碎效果差 。因此，为改善矿石破碎质量， 降低炸药单耗和充分利用炸药的有效能量， 显然采用导爆索起爆的装药爆破方法是难于 实现的，比较理想的是采用低能导爆索配用 滑子式起爆药具的起爆系统。 低能导爆索配滑子式起爆药具起爆系统 主要由低能导爆索、滑子式起爆药具和非电 微差雷管组成，其主要性能参数如表 1 所示， 起爆药具结构如 图 2所示 。 表i 低能导爆索和滑子式起爆药具参数 参 数药量外 径 炸 药 爆速 密度 g ／ m mm m／ s g ／ c m。 q u J 一 0 ． 5 4 B 4 5 0 15 5 泰梯混台炸药 7 8 B 8 1 ． 6 B 滑子起壤药具 s B一 5型 or 3 6 - 泰安 7 6 8 0 0 一 低能导爆索 试验研究的这一新型起爆系统，1 9 8 9 年 就成功地就用于井下的生产试验，比凡口铅 锌矿应用D H M S 型低能导爆索滑块系统早一 年多，且安全可靠，至今从未有拒爆事故发 生。该新型起爆系统是国内首次使用的井下 高台阶柱状药包爆破新技术，达到了世界进 行水平。 井下高台阶拄状药包爆破拄术殛其应用姜凡均 【 邮编4 】 0 0 I 2 7 维普资讯 圈2 Q B J 一 0 ． 4 5 B滑子式起爆药具 结构示意图 4 ． 3 柱状药包台阶爆破装药结构及施工工艺 对于柱状药包侧向台阶崩矿，由于装药 长度较长，一次装药量大，所以大多数采用 分层间隔装药以控制冲击波，应力波峰，减 少炸药消耗。对于靠近矿柱或充填体的边孔 大多采用不偶合装药，以减小对 侧 帮 的破 坏 。 井下高台阶柱状药包侧向崩矿生产试验 采场每排共有 5 个孔，炮孔深度达 4 2 ． 5 m ， 柱状药包爆破的炮孔，其装药量分配原则是 中间三个孔相对加强装药，以保证矿石得到 充分破碎，采场两边孔采用较为减弱的装药， 控制好采场边界，保护采场两帮的稳定。为 了控制好每段的装药量，减少冲击波和地震 波峰值，降低炸药单耗和崩矿成本，使炸药 在孔内分布匀匀，所有炮孔均采用分段间隔 装药，用砂子作间隔材料，同时分段内根据 具体情况采用竹筒空气隔离的纵向不偶合装 药。中间孔采用较短的空气隔离塞和分段砂 子间隔。边孔则采用较长的空气隔离塞和分 段砂子间隔，装药结构如图3 所示。 试验采场共进行 7 次井下高台阶柱状药 包爆破，试验了多种柱状药包侧向崩矿的装 药结构，实现孔内的分段微差爆破，以寻求 和探索晟佳的柱状药包爆破装药结构。 柱状药包侧向台阶爆破的施工工艺基本 上与 V C R法相同，也包括侧孔、堵孔装药和 填砂等工艺过程，不过更为简单方便。 圈3 装药结构图 ‘ a } 第三次爆破中间孔装莼结构 } 第三次爆破边孔装药结构 4 ． 4 起爆顺序与动态抵抗线 井下高台阶柱状药包爆破，4 2 ． 5 m深孔 一 次装药爆破完毕，采用砂子将每个炮孔分 为 1 ～6 个分段药包， 实现孔内、孔间微差分 段爆破，为使炸药分布均匀，特别是减少边 孔对帮壁的破坏， 每段内还采用空气隔离塞， 但因其可透过高压气体，不能分段，每天每 次爆破 2 ～3排孔，最大一段装药量控制在 6 0 0 k g 以内。每孔上下分段微差间隔为 2 5 m s 左右，相邻孔间同一水平分段的微差间隔时 间为 2 5 ～7 5 m 采用 V形和倒V形起爆顺序 起爆 。 柱状药包梯段爆破的孔刚参数为 3 ． 3 m ， 最小抵抗线为 3 m ， 但因采用孔内、 孔间微差 分段爆破，按 V形起爆顺序起爆，其动态抵 抗线并非都是 3 m，只有最中间的一个孔约 为 3 m，其它的抵抗线均小于此值 ，如图 4 所示。 有色矿山l 9 9 8 ． 维普资讯 图4 爆破时动态抵抗线的变化 由图 4 可见， 其动态抵抗线对每个孔不 尽相同。中心孔 W中2 ． 8 6 m ，北边两排孔 动 1 ． 7 7 m ，南边两排孔 W 动 2 4 2。 因此，实际上是采用小抵抗线大孔距的爆破 网孔新技术，从而取得了比预期更好的爆破 效果。实践证明当爆破排距达 4 2 m时，即 网孔抵抗线为 4 ． 2 m时，爆破也取得了良好 的效果 4 ． 5 柱状药包爆破效果 试验共进行了 7 次井下高台阶柱状药包 爆破，每次爆破 2 ～3 排孔．主要采用低成本 的乳化铵油炸药，最后一次单独试验了最廉 价的多孔粒状铵油炸药 各次台阶爆破情况 及效果见表 2 。 表2 各次台阶爆破量及崩矿效果 井下高台阶柱状药包爆破，由于爆破方 案和孔网参数设计合理，采用低威力的乳化 铵油或粒状铵油炸药、强力起爆，空气隔离 塞，减小了爆破冲击压力；采用低能导爆索 和滑子式起爆药具等爆破新材料 新工艺和 新技术，实现了孔内、孔间微差分段台阶爆 破，取得了理想的爆破效果。每次爆后新台 阶面和帮壁平整完滑．破碎效果好，大块少， 块度均匀，且粉矿少。 从表 2 可以看出，柱状药包台阶爆破取 得了令人满意的爆破效果，尤其是最后一次 采用粒状铵油炸药，大块率只有 2 7 9 比 V C R法还要低，炸药单耗也低。粒状铵油炸 药密度为 0 ． 8 5 g ／ c ra B，其重量威力并不低， 爆破效果很好。因此，对 9 l 矿岩大直径深 孔采矿．宜采用体积威力较小，而重量威力 较大，且成本低的多孔粒状铵油炸药 。 柱状药包台阶爆破的主要技术经济指标 为炸药单耗 0 ． 3 7 5 k g ／ t , 崩矿量 2 3 - 6 t i m ， 平 均大块率3 ． 1 5 5 爆破作业成本为 1 ． 5 5 元／ t 。 5 结 语 井下高台阶柱状药包爆破工艺技术简单 可靠，爆破效果好，其孔网参数比相应的球 状药包爆破大，可采用低威力的廉价炸药． 从而使采矿直接成本大大降低 。 某矿自1 9 8 9 年开始试验应用井下高台阶 爆破技术以来，采用此法已回采矿石 7 0 万 t ， 取得了卓越的技术经济效果，有了非常成 熟的经验，可供类似矿山借鉴。 井下高台阶柱状药包爆破技术及其应用姜凡均 邮编4 1 0 0 1 2 维普资讯