后温家梁露天煤矿爆破工艺及参数优化研究.pdf

硕士学位论文硕士学位论文 论文题目论文题目后温家梁露天煤矿爆破工艺及参数优化研究 英英文题目文题目Study on Blasting Process and Parameter Opti- mization of Hou Wenjialiang Open-pit Coal Mine 学位类学位类别别 硕士 研 究 生 姓研 究 生 姓 名名 刘 瑞 学号学号_201102397 学科学科领域领域名称名称 矿业工程 指导教指导教师师 韩万东 职称职称 教授 协助指导教协助指导教师师 职称职称 2013 年 06 月 07 日 分类号分类号 TDTD235 密密 级级 公公 开开 U D C 学校代码学校代码 10127 10127 独独 创创 性性 说说 明明 本人郑重声明 所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写的研究成果， 也不包含为获得内蒙古科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名___________ 日期____________ 关于学位论文使用授权的说明关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文（纸质版和电 子版）的规定，即本人唯一指定研究生院有权保留送交学位论文在学校相 关部门存档，允许论文在校内被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 在论文作者同意的情况下， 研究生院可以转授权第三方使 用查阅该论文。 （保密的论文在解密后应遵循此规定）（保密的论文在解密后应遵循此规定） 签名___________ 导师签名___________ 日期____________ 内蒙古科技大学硕士学位论文 I 摘摘 要要 针对当前的煤炭形势， 我国的煤炭企业必须压缩开采成本， 加强煤炭的销售力度， 保证煤炭企业能在低效益的情况下正常生产。 目前后温家梁露天煤矿岩石台阶爆破主 要遇到两个问题，一是爆破质量的问题，主要体现在大块产出率和根底留存方面；二 是爆破成本的问题， 主要体现在炸药消耗量和爆破器材消耗方面； 就上述存在的问题， 不仅给后续的铲装、运输作业带来影响，而且会给下一台阶的爆破作业造成影响，从 而影响矿山的生产效率和经济效益。水孔爆破不仅装药困难，装药质量难以保证，而 且使得炸药单耗增高，爆破成本增加，大块产出以及根底留存严重。总之，水孔爆破 同样给爆破质量和爆破成本造成影响。所以，提高爆破质量，降低爆破成本是当前该 矿爆破作业亟待解决的关键问题。 台阶爆破参数优化的主要目的就是在爆破效果理想的前提下， 通过利用调整爆破 参数，改进爆破工艺等手段以达到提高爆破质量，降低爆破成本的目的。因此台阶爆 破的技术要点集中在如何减少大块产出和根底留存， 减少炸药消耗以及爆破器材消耗 等实际问题上。论文通过以下两方面工作来解决问题 1通过改进设计爆破参数，改变起爆方式来提高爆破质量，改善爆破效果； 2通过调整孔网参数，进行爆破优化试验，从试验方案中选取爆破效果理想，经 济成本合理的孔网参数，来降低爆破成本，提高经济效益。 从理论分析影响爆破效果的因素并结合后温家梁露天煤矿实际情况， 确定需要改 进设计的参数，改变起爆方法，提出爆破试验方案，并分别在 1230 水平、1240 水平 岩石台阶进行爆破优化试验，结合爆破效果和经济效益两方面因素进行方案对比分 析，从中确定爆破效果理想，爆破经济成本合理的爆破方案。 通过本论文的优化研究，利用改进设计爆破参数、改变起爆方式有效地解决了后 温家梁露天煤矿中岩石台阶爆破存在的大块产出和根底残留问题， 使得该矿爆破质量 明显的调高。利用孔网参数优化试验，降低了炸药消耗，爆破器材的消耗，从而降低 了爆破成本，提高了经济效益。 关键词台阶爆破；参数优化；水孔爆破 内蒙古科技大学硕士学位论文 II AbstractAbstract For the current coal situation, Chinas coal mining enterprises must be compressed mining costs, increase coal sales efforts, guarantee the normal production of coal enterprises in the case of low effective. Now, the bench blasting of Hou Wenjialiang opencast mine has encountered two major problems, First, blasting quality problems, mainly reflected in the large productivity and retention aspects of foundation; Second, the cost of blasting problems, mainly reflected in the consumption of explosives and blasting equipment consumption; Respect of the above problems not only impact shovel and transport operations and the next step of blasting operations will be affected, thus affecting the mines productivity and economic efficiency. Water hole blasting not only charge difficulties, charging difficult to guarantee quality, but also makes explosives consumption increased, blasting costs, large output and foundation retained serious. In short, the same to the water hole blasting quality and cost implications. Therefore, to improve blasting quality and reduce the cost of the current mine blasting the key issues to be solved. Bench blasting parameters optimization is aimed mainly at the blasting ideal premise, through the use of blasting parameters adjusted to improve blasting technology and other means to achieve improved blasting quality, reduce blasting costs. So step blasting techniques focused on how to reduce the bulk of output and foundation retained, reducing consumption of explosives and blasting materials consumption and other practical issues. Papers through the following two aspects of the work to solve the problem 1 Through improved design blasting parameters, change detonating blasting s to improve quality, improve blasting effect; 2 By adjusting the mesh parameter optimization test-site blasting, blasting selected from the test program results are satisfactory, the economic costs and reasonable mesh parameters to reduce blasting costs and improve economic efficiency. 内蒙古科技大学硕士学位论文 III From the theoretical analysis of the factors affecting blasting open pit combined with the actual situation Hou Wenjialiang, identified the need to improve the design parameters, change initiation is proposed blasting test programs, and respectively, in 1230 level and 1240 level of rock blasting step optimization test site , combined with blasting effects and economic benefits for the two factors analyzed program, which determine the ideal blasting, blasting blasting scheme reasonable economic cost. Through the optimization of this paper research, the use of improved design blasting parameters, change initiation effectively solved Hou WenJialiang open pit bench blasting rock in the presence of large output and root residues, making the apparent increase in the quality of the mine blast . The use of mesh parameter optimization test, reducing the consumption of explosives, blasting equipment consumption, thereby reducing the blasting costs and improve economic efficiency. Key Key WordsWords Bench blasting；Parameter optimization；Water blasting 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 1 - 目目 录录 摘 要 ................................................................................................................................ I ABSTRACT .......................................................................................................................... II 1 绪论 ............................................................................................................................... - 1 - 1.1 课题提出的背景 ..................................................................................................... - 1 - 1.2 爆破研究现状 ......................................................................................................... - 2 - 1.2.1 台阶爆破参数优化研究现状 ......................................................................... - 2 - 1.2.2 水孔爆破研究现状 ......................................................................................... - 2 - 1.3 本文研究的目的和意义 ......................................................................................... - 3 - 1.3.1 研究的目的 ..................................................................................................... - 3 - 1.3.2 研究的意义 ..................................................................................................... - 3 - 1.4 主要研究内容 ......................................................................................................... - 3 - 2 影响爆破效果的因素分析 ........................................................................................... - 5 - 2.1 地质条件的影响 ..................................................................................................... - 5 - 2.1.1 岩石性质对爆破作用的影响 ......................................................................... - 5 - 2.1.2 地形对爆破效果的影响 ................................................................................. - 5 - 2.1.3 地下水对爆破的影响 ..................................................................................... - 5 - 2.2 岩石力学参数的影响 ............................................................................................. - 5 - 2.2.1 岩石的坚固性与分级 ..................................................................................... - 5 - 2.2.2 岩石的可爆性与分级 ..................................................................................... - 6 - 2.2.3 岩体结构对爆破作用的影响 ......................................................................... - 7 - 2.3 炸药性能的影响 ..................................................................................................... - 9 - 2.4 药包与岩石的波阻抗匹配情况的影响 ............................................................... - 10 - 2.5 爆破设计与施工质量的影响 ............................................................................... - 12 - 2.5.1 堵塞质量的影响 ........................................................................................... - 12 - 2.5.2 装药结构的影响 ........................................................................................... - 13 - 2.5.3 起爆位置的影响 ........................................................................................... - 14 - 2.5.4 自由面条件的影响 ....................................................................................... - 14 - 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 2 - 3 后温家梁露天矿爆破现状分析 ................................................................................. - 16 - 3.1 地质概况 ............................................................................................................... - 16 - 3.1.1 区域地层 ....................................................................................................... - 16 - 3.1.2 煤层煤质 ....................................................................................................... - 17 - 3.1.3 工程地质 ....................................................................................................... - 18 - 3.2 后温家梁露天煤矿爆破现状 ............................................................................... - 19 - 3.3 台阶爆破存在的问题及分析 ............................................................................... - 20 - 3.3.1 爆破效果评价 ............................................................................................... - 20 - 3.3.2 台阶爆破易出现的问题 ............................................................................... - 20 - 3.4 优化改进方向 ....................................................................................................... - 20 - 4 台阶爆破改进方案设计 ............................................................................................. - 21 - 4.1 台阶爆破设计的内容 ........................................................................................... - 21 - 4.2 爆破参数设计 ....................................................................................................... - 21 - 4.3 炮孔装药设计 ....................................................................................................... - 25 - 4.4 逐孔起爆技术 ....................................................................................................... - 26 - 4.4.1 逐孔起爆原理 ............................................................................................... - 26 - 4.4.2 逐孔起爆系统的连接 ................................................................................... - 26 - 4.4.3 逐孔起爆网路的设计 ................................................................................... - 27 - 4.4.4 逐孔微差起爆技术的优点 ........................................................................... - 29 - 5 台阶爆破参数优化研究 ............................................................................................. - 30 - 5.1 现有参数情况及存在的问题 ............................................................................... - 30 - 5.2 孔网参数优化研究 ............................................................................................... - 30 - 5.3 爆破效果与经济效益对比 ................................................................................... - 37 - 6 水孔爆破 ..................................................................................................................... - 39 - 6.1 影响水孔爆破效果的因素分析 ........................................................................... - 39 - 6.1.1 有效的炮孔深度 ........................................................................................... - 39 - 6.1.2 底盘抵抗线 ................................................................................................... - 40 - 6.1.3 装药结构 ....................................................................................................... - 40 - 6.1.4 炸药的选择和装药质量 ............................................................................... - 41 - 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 3 - 6.1.5 堵塞质量 ....................................................................................................... - 42 - 6.2 水孔爆破及解决的技术措施 ............................................................................... - 43 - 6.2.1 水孔分类 ....................................................................................................... - 43 - 6.2.2 水孔爆破时存在的问题 ............................................................................... - 43 - 6.2.3 改善水孔爆破的技术措施 ........................................................................... - 43 - 6.3 炮孔中水间隔装药的爆炸原理 ........................................................................... - 44 - 6.4 水孔爆破方案 ....................................................................................................... - 45 - 结 论 ......................................................................................................................... - 47 - 参考文献 ......................................................................................................................... - 48 - 在学研究成果 ................................................................................................................. - 51 - 致 谢 ......................................................................................................................... - 52 - 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 1 - 1 1 绪论绪论 1.1 课题提出的背景课题提出的背景 煤炭不仅是我国的基础能源，而且煤炭储量丰富。我国是煤炭消费的大国，近几 年煤炭市场比较火热，煤炭价格节节攀升，所带来的经济效益瞩目，致使煤炭开采强 度急剧增大，煤炭产量迅速增长。从去年开始，我国煤炭市场走向低谷，究其原因一 是国内煤炭产量过剩，供过于求；二是国内煤炭价格高于国际煤炭价格，导致煤炭进 口的比重日益加大。迫于国际市场的竞争，如果不积极的应对，我国煤炭局势势必继 续疲软下去。针对目前的煤炭形势，我国的煤炭企业必须压缩开采成本，加大煤炭的 销售力度，保证煤炭企业能在低效益的情况下正常生产。 露天矿的生产工艺主要包括穿孔爆破、采装、运输和排卸，而爆破又是露天煤矿 开采的基础环节，爆破费用在总成本中占有一定的比例，因此爆破成本直接关系到煤 炭开采成本问题。 后温家梁煤矿资源储量较大，煤层赋存稳定、埋藏浅、构造简单，煤层近水平， 露天可采煤层两层、厚度中等、煤质较好、发热量中高，工程地质与水文地质条件简 单。目前该矿在进行台阶爆破时遇到爆破质量和爆破成本的问题，前者显然会给后续 的铲装运输工作带来一定的影响， 而且威胁矿山的正常生产作业， 使得生产效率降低； 后者使得生产成本增高，经济效益恶化。因此，露天矿山开采时台阶爆破的技术难点 集中在如何减少大块产出和根底残留，减少炸药消耗、降低单耗以及爆破器材消耗等 实际问题上[1]。 而且随着煤炭开采能力的提高， 开采强度的加大， 导致采深下降迅速， 台阶含水岩层增多，炮孔充水严重，形成水孔爆破，这给岩石台阶爆破又增加了新的 难题。水孔爆破的主要问题是，炸药单耗较高，爆破成本较大，装药困难，大块率以 及根底留存严重，时常有瞎炮、半爆、拒爆现象出现，这不仅给穿爆作业的施工带来 了极大的困难，而且直接影响爆破质量，生产效率。因此，改善充水炮孔的爆破质量 是当前该矿穿爆作业又一亟待解决的关键问题。 分析后温家梁露天煤矿台阶爆破参数、装药结构、起爆方式等情况，针对其中存 在的问题，对现有爆破参数进行优化试验，改善炮孔装药结构和改变起爆方式及分析 提出改善水孔爆破的措施及方案。最终达到降低大块产出、克服根底残留、改善爆破 效果，降低爆破成本的目的。 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 2 - 1.2 爆破爆破研究现状研究现状 1.2.1 台阶台阶爆破爆破参数优化参数优化研究现状研究现状 台阶爆破的特点就是利用炸药爆炸，在自由面的条件下以获取最佳的爆破块度。 很多国内外的学者对于爆破优化问题也做了大量的研究，特别是爆破数学模型的建 立。通过将爆破对象、爆破能源、爆破参数、爆破过程、爆破工艺与爆破效果的各方 面的参量之间的综合数学表达式建立数学模型，从而达到爆破优化的目的[2]。爆破数 学模型的建立主要有以下几种基本方法理论法、统计分析法、综合法。国外比较著 名的模型有加拿大怀里尔教授在爆破应力波理论的基础上建立了“BLASPA”爆破数 学模型。将已知的炸药、岩石、炮孔尺寸、底盘抵抗线、孔距、堵塞长度、超深以及 爆破网路等参量的数据和公式通过计算机进行运算[3]；澳大利亚哈里斯工程师提出了 关于岩石爆破破坏过程的数学模型。认为炸药的爆炸能量主要取决于爆炸压力，而不 是爆轰速度[4]；南非的肯宁汉提出的 KUZ-RAM 数学模型。是将岩石性质、炸药特性、 孔网参数、炸药单耗与爆破块度建立函数关系，预测爆破的块度[5]。国内比较著名的 有马鞍山矿山研究院的“露天矿台阶深孔爆破矿岩破碎过程三维数学模型”、“露天 矿台阶爆破岩石块度组成计算数学模型”，长沙矿冶研究院的“裂隙岩石参数优化计 算模型”，北京矿冶研究总院的“矿石块度优化的经济模型”[6]。 台阶爆破参数优化的主要目的就是在爆破效果理想的前提下， 通过利用调整爆破 参数，改善爆破工艺等手段来节省爆破成本，使爆破成本经济合理[7 ～10]。目前大多数 的露天矿山遇到了根底和大块的问题，这不仅严重的影响了爆破效果，同时影响了铲 装效率，还给矿山的正常生产带来了威胁。小抵抗线大孔距爆破技术目前已被成功应 用， 通过增大孔间距、 减小排间距， 减少爆炸能量的损失， 从而获得良好的爆破效果。 通过实际应用证明了该技术能够提高爆炸能量利用率，提高台阶爆破质量。 1.2.2 水孔爆破研究现状水孔爆破研究现状 由于采深下降，水孔数量的增多，传统的穿爆作业已不适应，给穿爆作业带来很 多困难，不仅降低了穿爆效率而且增高了穿爆成本，并且出现根底和大块产出率增高 现象， 严重的影响了铲装效率。 可见水孔爆破给矿山的正常生产带来的影响比较严重， 因此，水孔问题亟待解决。 根据充水情况，水孔分为三个类型 1微量渗水炮孔； 内蒙古科技大学硕士学位论文 - 3 - 2岩层裂隙渗水炮孔； 3岩溶涌水炮孔。 目前，处理水孔爆破时，大多数的矿山在炸药选择时使用价格较高的乳化炸药； 采用多种的排