降低深孔台阶爆破大块率的试验研究.pdf

第35卷第4期 2018年12月 Vol. 35 No. 4 Dec. 2018 爆破 BLASTING doi10.3963/j. issn. 1001 -487X. 2018. 04. 010 降低深孔台阶爆破大块率的试验研究* 任少犖2,杨静二张义平于海萨，徐恥二刘洋 （1.贵州大学矿业学院，贵阳550025 ；2,贵州新联爆破工程集团有限公司，贵阳550002； 3.武汉电力职业技术学院电力工程系，武汉430079） 摘 要深孔台阶爆破是当前国内外露天矿山开采过程中重要的生产环节，降低深孔台阶爆破的大块率是 控制矿山生产成本的关键一步。结合新疆别斯库都克露天煤矿台阶爆破的生产实践，考虑矿山生产实际需 求及施工条件，针对台阶顶部存在凸出的“垛子”、台阶坡面呈现伞状或大脚状的问题，提出使用深孔、浅孔 联合布孔的方式降低大块率；对于软弱夹层或较大裂隙岩体，以及沙漏状台阶坡面，通过改善装药结构，采用 间隔装药方式，提高炸药爆炸能量的利用效率，从而减少大块的产生。现场实践表明釆用深孔、浅孔联合布 置的方式，同时改善装药结构，能有效餉降低大块率，减少爆破大块的产生。 关键词软弱夹层；深孔台阶爆破；大块率；间隔装药；联合布置 中图分类号TD235.3 文献标识码A 文章编号1001-487X（2018）04 - 0058 - 05 Experimental Study on Reduction of Bulk Rate by Deep Holes Bench Blasting REN Shao-feng 2, YANG Jing12,ZHANG Yi-ping, YU Hai-kuo 2 ,XU Shun-xin 2 ,LIU Yang3 1. School of Mining,Guizhou University,Guiyang 550025 ,China； 2. Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Co Ltd, Guiyang 550002 , China ； 3. Department of Electrical Engineering,Wuhan Electric Technology College,Wuhan 430079,China Abstract Deep holes bench blasting is an important production process in open-pit mines at home and abroad, which is a key step to control the production cost of mines by reducing the bulk rate of deep-hole bench blasting. Based on the production practice of bench blasting in Beskudouk opencast coal mine in Xinjiang, considering the ac tual production demand and construction conditions of the mine,aiming at the problem of the protruding * stacking“ at the top of the steps, the slope of the steps appears the shape of umbrellas or feet. For weak intercalation or large fissured rock mass, as well as hourglass stepped slope, through improving the charging structure with interval charge, the bulk rate by deep hole and shallow hole combined with hole arrangement are reduced. For the weak intercalation, Improving the efficiency of explosive energy reduces the production of large blocks greatly. The field practice shows that the combination arrangement of deep hole and shallow hole and the improvement of charge structure can effec tively reduce the boulder rate and the production of blasting boulder. Key words weak interlayer； deep holes bench blasting； bulk rate； interval charge； joint layout 收稿日期2018 -07 -11 作者简介任少峰（1983 -）男，山东莱州，博士、高级工程师，爆破安 全和采矿工程 X E-mail）rsH226 163. como 通讯作者杨 静（1998 -），男，贵州仁怀，硕士研究生，采矿工程和 爆破安全，（E-mail ）603042613 qq. como 基金项目贵州省高层次创新人才培养资助（编号黔科合人才 （2016）4011 号） 露天矿山开采剥离岩体过程中，大块的产生严 重增加了挖运难度,二次作业影响后续施工进度，增 加了矿山生产成本。针对降低大块率，改善爆破效 果,国内的学者提出了诸多改善方法。高毓山等利 用空气间隔装药爆破方法在南芬露天矿山的实验情 第35卷第4期任少峰，杨静,张义平.等降低深孔台阶爆破大块率的试验研究59 况⑷，得出结果表明气体间隔装药的方法可以提 高爆破质量,降低炸药单耗，节约炸药成本;谭晓梅 针对花岗岩表层为孤石群与下层为层状岩的复合岩 性爆破，提出采用深孔与浅孔联合布置炮孔进行爆 破，有效的解决了大块率过高的问题⑵。但在采用 降低大块率爆破施工技术时，还需依据具体矿山实 际情况而定。 1产生大块的原因 大块的判断依据主要取决于该矿山生产过程中 使用的挖运设备及破碎设备的型号和尺寸，其标准 的制定是因地，因时而定的⑶。根据历来爆破工程 经验总结及结合现场爆破经验得出产生大块的原因 有以下几种 1 前排孔抵抗线部位台阶岩体部位在爆破中 比较容易产生大块，因为前排炮孔所承担的爆破区 域受上一次爆破影震动影响，使该区域岩体产生裂 隙或使自然裂隙扩张，形成预裂大块。如果前排抵 抗线过大,爆破能量不足以将岩体推出，那爆破能量 将会沿裂隙释放，岩体在起爆后受压缩应力波和反 射拉伸波的作用,瞬间使第一排岩体被剥离破裂，由 于岩石抗拉强度低，在裂隙处岩石抗拉强度会更低， 所以在应力波和反射拉伸波的作用下很快沿原始结 构面破裂,后续气体膨胀能量没有足够的作用时间， 气体膨胀能量主要贡献于前排破碎岩块的抛掷⑷。 2 填塞长度过大，使得填塞段没有足够的爆 轰能量将其破碎，使得填塞段破碎不均匀，产生大 块。如果填塞质量不佳,则易发生冲孔，使得爆轰能 量外泄，也会产生大块⑸。 3 不合理的孔网参数，导致没有足够的炸药 能量将台阶岩体破碎至理想效果⑹。 4 针对特殊地形条件，没有采取相应的爆破 技术调整，以致爆破能量利用不充分，产生大块E。 5 节理裂隙较为发育的岩体爆破时，炸药在 岩体中爆炸释放出的大量能量，由于结构面的存在 使得应力波发生一定的反射、和透射,阻碍了爆炸盈 利在岩体中的传播，使岩体受到的盈利大幅度降低, 同时，这类裂隙的存在潺潺导致宝胜气体和压力泄 露，降低了爆炸能量利用率，因此导致爆破效果不 佳,产生大块⑷。 6 炮孔间起爆顺序的先后，也能影响被爆破 质量的好坏，即也是造成大块产生的原因。在台阶 爆破中，由于自由面数量有限,率先起爆的炮孔将为 后起爆的炮孔提供自由面，创造破碎抛掷条件⑼o 如果由于起爆顺序不当，很可能造成整个爆破的 失败。 2别矿工程概况 别斯库都克露天煤矿现阶段岩石剥离平台主要 以浅灰色细砂岩为主，少部分区域夹有中砂岩厚 0.4-0.7 m和泥岩厚0.3 0. 5 m,别矿矿坑内 细砂岩的粒径0.01 -0. 1 mm；钙质胶结，胶结好;层 厚,坚实;岩质新鲜,未风化，岩石普氏坚固系数/ 812,天然状态下单轴抗压强度普遍在34 45 MPa以上,单轴抗拉强度普遍在68 MPa。矿田 细砂岩物理性质如表1所示。 表1别矿主要岩石物理力性质 Table 1 Physical force properties of main rocks in Bie-mine 容重/t. cm3孔隙率风化程度坚固系数抗压强度/MPa 砾岩2.35.5未风化7-10100 120 泥岩2.54.9未风化6860 〜70 砂岩4.06.0未风化7 11110-120 目前剥离岩石最高台阶高程1300 m及矿坑底 部高程1168 m,开采深度为132 m,台阶高度为 12叫由于矿山剥离帮还没到最终边帮，故台阶坡 面角为90。。炮孔直径为120 mm的垂直孔。在该 矿山台阶爆破在不断的实践总结下，采用宽孔距，小 排距形式布置炮孔，孔网参数为6.5 mx3.5 m0由 于剥离岩体节理裂隙较发育，详见图1,爆破后大块 率过高是该矿生产过程中一大问题所在。 图1爆破台阶实况 Fig. 1 Practical situaation of blasting steps 60爆破2018年12月 3中深孔、浅孔联合布置降低大块率 3.1垛子出现在爆破台阶坡顶面 为了使钻孔工作正常的进行，需将钻孔工作面上 的浮渣碎石用挖机清理干净,避免钻孔时由于台阶面 松渣太厚而造成的孔口坍塌，不成孔。清理后的工作 面大多凹凸不平,有些地方会出现高凸的垛子，在正 常孔网参数布置下（如图2）,高凸的垛子在爆破后往 往会产生一个大块，正常填塞长度下,炸药能量不能 将高凸的垛子破碎。采取在高凸垛子上打一个浅孔 的方法（如图3）,该浅孔与台阶深孔一起起爆，主要 负担高凸垛子的破碎。经现场试验，该方法能有效避 免爆破后高凸垛子不能破碎形成大块的问题。减少 二次爆破作业量,可在实际生产中针对该种情况下使 用深孔、浅孔联合布置的方法降地大块率。 图2普通炮孔布置 Fig. 2 Common hole layout 图3深孔与浅孔联合炮孔布置 Fig. 3 Structure diagram of deep hole combined with shallow hole 3.2垛子出现在台阶坡面 由于台阶坡面有大量的原生裂隙或一些区域内 的岩体受前次爆破的后冲破坏产生大量的裂隙，将 岩体拉裂切割成较大块体，大块体的脱落使得台阶 坡面凹凸不平，使得台阶坡面顶部出现前伸的岩块 （如图4）形成伞状或台阶坡面底部形成大脚状（如 图5）。由于凸出岩体离药柱较远，爆破能量不足以 将其破碎。 图4伞状台阶坡面 Fig. 4 Umbrella-shaped step slope 图5大脚状台阶坡面 Fig. 5 Foot-shaped step slope 在爆破后查验爆破效果时，凸出岩体大多都是 大块。并且如果前伸岩体过多，造成前排抵抗线变 大，使得前排炮孔药柱能量不足以将前排岩体有效 抛掷出去，对于后排岩体的起爆会造成压制作用，严 重影响整体爆破效果3）。鉴于此种特殊岩体，爆破 施工现场采用钻辅助浅孔的方法，在凸出岩体钻一 个适当深度的浅孔，如图6、图7。该潜孔负担凸出 岩体的破碎,经过实践验证，该种施工措施避免了 凸出岩体由于没有足够爆炸能量而不能破碎所形成 大块，从而降低了爆后大块率。 图6伞状台阶坡面联合炮孔布置 Fig. 6 Structure diagram of umbrella-shaped step slope 第35卷第4期任少峰，杨静,张义平，等降低深孔台阶爆破大块率的试验研究61 作平台对于20人不到的团队来说，时间是非常紧张 的。如果每个炮孔都按间隔装药结构来装药，那时 间是远远不够的,如果减少每天爆破土石方量，将会 跟不上计划产量，有可能带来综合经济效益降低的 风险。鉴于此，别矿只是针对特殊地质条件（软弱 夹层或较大节理裂隙等）或沙漏型台阶坡面采用间 隔装药结构进行装药。 图7大脚状台阶坡面联合炮孔布置 Fig. 7 Structure diagram of foot-shaped step slope 4采用间隔装药结构降低大快率 4.1间隔装药结构爆破原理 间隔装药是将药柱分为若干段用空气、水、岩渣 等隔开，它是根据殉爆的原理对炮孔内炸药的能量 进行合理分配的一种装药方法。间隔装药爆破的本 质是通过间隔介质改变药柱与炮孔壁的接触关系， 以降低应力波和爆轰气体产物作用于孔壁的初始压 力,使这种压力的作用时间延长（如图8所示），使 炮孔周围不产生压碎区或压碎区明显减小，从而在 减小炮孔装药量的情况下，依靠炸药能量有效利用 率的提高,达到保证爆破破碎的目的。 4.2间隔装药结构在别矿的应用 在爆破工作中采用间隔装药结构，能够有效利 用爆炸能量，对爆破破碎效果有很大的改善,同时降 低了单孔装药量，节省了炸药成本。但是，在采用间 隔装药的爆破施工技术过程中，装药工作较耦合装 药要复杂繁琐，更耗费时间和人工。别矿整个爆破 工作开展队伍人数总共不到20个人,每天爆破作业 时间为早上9点到下午6点。每天需装药的爆破工 图8孔壁压力与作用时间的关系 Fig. 8 Relationship between hole wall pressure and acton time 4.2.1间隔装药在特殊地质条件的应用 当爆破台阶台阶岩体含有软弱夹层或较大裂隙 时,在爆破过程中，爆炸能量会通过裂隙或软弱夹层 外泄，导致大量爆炸能量流失而引起的大块产生。 在一些特大裂隙处,如果不采用间隔装药，在裂隙处 采用岩渣或编织袋间隔，装入炮孔中的钱油炸药会 外漏，对装药工作造成很大的阻碍。对此，我们采用 简单间隔装药结构来避免漏药或减小炸药能量外 泄。因为爆破工作人员少且爆破工作量大,所以装 药工作中用岩渣或编织袋在裂隙处或软弱夹层将药 柱分一段或两段隔开隔开（如图9）,形成一个简单 间隔装药结构。经爆破实践验证，该方法能够降低 这种特殊地质条件爆破台阶区域的大块率。 图9软弱夹层或大裂隙台阶间隔装药 Fig. 9 Step spacer charge with weak intercalation or large fissure 4.2.2间隔装药在沙漏型台阶坡面的应用 的岩体受前次爆破的后冲破坏产生大量的裂隙，将 由于台阶坡面有大量的原生裂隙或一些区域内 岩体拉裂切割成较大块体，大块体的脱落使得台阶 62爆破2018年12月 坡面凹凸不平，台阶坡面往往会在很多地方形成沙 漏状,这种情况下的最外一排孔中部抵抗线很小,在 爆破时，能量会从中部小抵抗线处泄出，严重影响爆 破质量，产生较多大块。针对这种台阶坡面，将最外 一排炮孔药柱用岩渣间隔，分成两段药柱如图 10o采用这种装药方式爆炸能量不再从最小抵抗 线处泄出，经现场爆破实践检验，采用这种方法能有 效降低大块率。 图10沙漏状台阶坡面的间隔装药 Fig. 10 Hourglass-shaped stepped sloping spacer charge 5结论 对于降低大块率技术措施的可行性，还需结合 矿山现场生产实际情况而定，包括施工队伍规模，生 产指标等方面综合考虑。鉴于别斯库都克露天煤矿 实际情况,对降低大块率所采取的措施有 1 针对台阶坡面呈伞状、大脚状及台阶顶面 出现髙凸岩石垛子的情况，采用钻凿浅孔与深孔联 合布置的方法，经现场实践验证该方法能有效降低 大块率。 2 针对含大裂隙或软弱夹层的台阶以及台阶 坡面呈沙漏状的情况下，采用间隔装药的方法能有 效降低大块率。 参考文献References [1]高毓山.间隔装药爆破方法的试验研究与应用[J].辽 宁工程技术大学学报,2008,27 S1 145-147. 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