露天矿炮孔水量水温对爆破效果影响试验研究.pdf

第37卷第1期 2020年3月 Vo l . 37 No . 1 Ma r. 2020 bMg do i 10. 3963/j. issn . 1001 -487 X. 2020.01 ・ 003 露天矿炮孔水量水温对爆破效果影响试验研究 1.沈阳工业大学建筑与土木工程学院，沈阳110870；2.辽宁科技大学矿业工程学院，鞍山114051； 3.东北大学资源与土木工程学院，沈阳110819 摘要深凹露天矿台阶爆破时普遍存在孔璧裂隙渗水、含水炮孔内外温差大、爆堆遇水易出现大面积泥 化软化的现象，炮孔水量及水温度对爆破效果的影响却又缺乏系统的试验研究。从炮孔含水量和水温度与 炸药能量比例相匹配的角度出发，利用相似模拟试验探究混合片麻岩爆破特征,结合交互试验结果对比于大 孤山铁矿含水台阶爆堆大块分布不规律的现状，得到孔内温度低于、等于或高于采场环境气温时填药高度与 水深度比分别为0.33、略大于0.5或0.5时爆破效果更为理想，最后针对大矿混合片麻岩炮孔含水爆破提供 了装药高度与水深比值参数的优化建议。 关键词 水环境；台阶爆破；含水炮孔；块度分布 中图分类号TB41 文献标识码A 文章编号1001 -487 X202001 -0019 - 08 Influence of Blasting Hole Water Volume and Temperature on Blasting Effect in Open Pit Mines GUO L ian-jun12 ,DONG Er -h u3 1. S c ho o l o f Arc hit ec t ure a n d Civil En gin eerin g, S hen y a n g Un iversit y o f Tec hn o l igy, S hen y a n g 11087 0, Chin a ；2. Co l l ege o f Min in g En gin eerin g, Un iversit y o f S c ien c e a n d Tec hn o l o gy Lia o n in g, An sha n 114051, Chin a ；3. S c ho o l o f Reso urc es a n d Civil En gin eerin g, No rt hea st ern Un iversit y, Lia o n in g, S hen y a n g 110819, Chin a Abstract There a re so me c o mmo n p hen o men a durin g ben c h bl a st in g in a deep o p en -p it min e wa t er seep a ge in bl a st ho l e wa l l, l a rge t emp era t ure differen c e in side a n d o ut side o f a wa t er-fil l ed bl a st ho l e, a n d t he mud is ea sy t o so f t en when exp o sed t o wa t er. Ho wever, t he in fl uen c e o f bl a st ho l e wa t er vo l ume a n d t emp era t ure o n t he bl a st in g effec t l a c k s sy st ema t ic exp erimen t a l resea rc h. Ac c o rdin g t o t he p rin c ip l e t ha t t he vo l ume a n d t emp era t ure o f wa t er is so me ho w p ro p o rt io n a l t o t he exp l o sive en ergy, a simil a r simul a t io n t est wa s design ed t o in vest iga t e t he bl a st in g c ha ra c t eris t ic s o f t he mixed gn eiss. The resul t s o f t he in t era c t ive t est a re c o mp a red wit h t he l a rge bl o c k dist ribut io n o f t he wa t er bea rin g ben c h bl a st s in t he Da gusha n Iro n Min e. In o rder t o a c hieve t he desira bl e bl a st in g effec t, when t he t emp era t ure in t he ho l e is l o wer t ha n t he a mbien t t emp era t ure, t he ra t io o f c ha rge h②台阶孔口如何获取每个炮孔含 水水量数据;③如果露天台阶炮孔含泥渣含水,如何 测量炸药陷入泥渣的深度。 收稿日期2019-10-13 作者简介郭连军1963 -，男，教授、研究生导师，从事岩石爆破破 碎机理等研究,E-ma il gl j0412 126. c o mo 通讯作者董二虎1989 -，男，博士研究生，从事矿山爆破相关研 究，E-ma il 395256183 q q . c o mo 基金项目国家自然科学基金项目51474123；国家重点研发计划 2016YFC0801603 大矿布孔72 h后进行爆破，对采场高品味磁铁 矿炮泥和混合岩岩渣进行现场沉淀试验，发现72 h 后水炮孔中泥渣溶解量已趋于稳定,孔底水泥渣界 面和泥渣沉淀清晰可辨，此时炮孔水温度与含水量 成为影响装药爆破的最直观的因素。为研究大矿台 阶水环境设计了浮力杆测量装置囘，为本次试验研 究提供准确实际的炮孔状态参数。 11浮力杆结构浮力杆结构 炮孔含泥渣含水台阶爆破时一次性在炮孔外刻 度槽读出炮孔、含水、空气柱和底部泥渣深度。 如图1、图2结构1为刻度尺;2为副杆软管; 3为半圆空心管横面为悬浮杆及副杆截面 图;4为清洗空间;5为底板面;6为刻度球;7为内空 间;8为转动副⑼；9为卡口； 10为拆卸板;11为卡 扣;12为水网;13为螺旋弹簧;14为锥形罩。 I-I 1 3 I-I 图1浮力杆示意图 Fig. 1 The mo del o f buo y a n c y devic e 图2进水端结构图 Fig. 2 The in l et en ds 12现场测量及数据现场测量及数据 如图3,在大矿采场48个炮孔进行测量。分图 a 为爆破装药前-186 m台阶14个炮孔的测量结 果。分图b为6个-319m台阶当天新布的靠帮 炮孔。分图c 为-198 m台阶一周前打11个预裂 孔、坡顶线的炮孔5个、上台阶根底3个边角孔及- 198 m台阶新布炮孔9个。 如图3，分析实测的5种数据空气柱和含水深 第37卷第1期郭连军，董二虎 露天矿炮孔水量水温对爆破效果影响试验研究21 度值在离散型布孔分布中变化幅度最大，即使同一 台阶炮孔之间其变化值达0 11 m,其中含水孔的 位置多数靠近台阶边帮。连续测量新钻炮孔深度、 水温度、含水量和泥渣厚得其数据曲线趋于平稳，函 数值变化极小。可以得到大矿台阶爆破时含水现象 非常普遍，根据现场情况试验具有较高研究意义。 测孔编号⑻ a -186 m测量结果 a -186 m st ep mea suremen t resul t 5 0 5 0 5 0 5 0 1 1 1 1 1 1 卫悝廳 * 尋 测孔编号b b -319m测量结果 b -319m st ep mea suremen t resul t ■♦ 米羊 -I 20 预 测孔分布c 边 裂 角 c -198 m台阶结果 c -198 m st ep mea suremen t resul t *水温度 ■♦■■■■炮孔深度 ■ -*--空气柱高度 含水深度 泥詹深度 图3实测炮孔数据分布图 Fig. 3 Bl a st ho l e da t a dist ribut io n ma p 2试验原理及设计 相同爆破环境下利用多次现场对比试验模拟水 炮孔不同含水环境下的爆破过程。量化水量指标定 量论述爆破破碎效果,在水温水量变化过程中计算 炸药有效能量利用率变化情况。利用正交交互试验 分类编组处理数据对比实际露天矿爆破参数，目的 是找到最具代表性的水环境爆破优化参数。2号岩 石乳化炸药作为大孤山铁矿山爆破成品炸药成为试 验选定用的炸药少］,与鞍钢爆破公司所使用的重鞍 油炸药密度、抗水性能相近。见表1。 表1炸药参数 Table 1 Emulsion products 炸药 密度/爆速/殉爆距离/做功能力/猛度/气体量/撞击摩擦 热感度 g * c m-3m * s l c mmLmmL - k g l感度感度 2号岩石 乳化炸药 0.95 〜l . 30M3200M3M260Ml 2W80爆炸 概率 爆炸 概率 不燃 露天乳化 l .l O〜l .3O3000M2M240MIO W8W8 不爆 炸药 2.1试验特点及爆破要求试验特点及爆破要求 爆破对象采用高标号C45混凝土⑴〕，栓体最小 胶凝材料配比最高水胶比0. 6,最小商栓胶凝材料 量 250 k g/m3。 如图4所示，（a）和（b）炮孔材料选用防水亚 克力玻璃管,保水耐温塑料模具浇筑栓体、表面覆盖 材料根据养护厂温度测定情况随时调换，保证混凝 土内外温度差小于25 保持良好的湿度条件。 （c）和（d）得到栓体与试块形状完整、表面满足水 平平整，满足爆破设计要求。因模具空间上大下小 可减弱24 h初凝碎石微沉淀现象，高强度塑料模具 保护了水分流失又加强了栓体养护过程中恒温要 求,使得栓体各向更均匀、提高养护强度。同时于振 捣台制作3.37 5 dm3正方体试块若干以备静态力学 22爆破2020年3月 实验使用。e 和f精度0.1 T测温传感器、鞍 千矿备采台阶做好现场标记准备爆破作业。 对同期养护的混凝土试块进行静态力学实验同 时整理大矿常见混合岩种力学参数氏]，数据汇总结 果如表2最大和最小值只取测定极值。见表3。 炮孔材料 b模型养护 a Bl a st ho l e ma t eria l b Mo del p rep a ra t io n 混凝土养护2藏d c Co n c ret e c urin g 28 da y s d试块养护28 d e温度传感器 ⑴准备爆破布置 d Test bl o c k c urin g e Temp era t ure sen so r f S it e bl a st in g o p era t io n . 28 da y s 图4 C45栓体模型制备图 Fig. 4 Co n c ret e mo del p rep a ra t io n dia gra m 表2大矿混合岩静态力学实验 Table 2 Experimental results of rock mechanics properties of mixed rock 名称 加载与 层理方向 块体密度/ g * c m-3 抗压强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 抗剪参数变形参数 内聚力/MPa内摩擦角弹性模量/GPa泊松比 片麻状 混合岩 平行2.737 .892.96.7 342.6442.530.39 垂直2.668.407 .19.0040.0066.320.20 平均2.653.155.07 .8741.3254.430.30 表3混凝土力学实验结果 Table 3 Concrete physical and mechanical properties test results 东北大学资源与土木工程学院岩石力学实验室 试验块体密度/抗压强度/抗拉强度/ 抗剪参数变形参数声波速度/ 对象g c m-3MPaMPa 内聚力/MPa内摩擦角度弹性模量/GPa泊松比 m s 1 混凝土 试件 最大2.4156.444.3749.490.31 最小2.3754.913.989.02 44.7 828.860.234655 均值2.4055.684.0033.390.33 得到大孤山铁矿混合片麻岩与试验栓体静态力 学参数具有较高相似性。结合小台阶现场爆破试 验，得到试验栓体与混合片麻岩岩种爆破性分级评 分不超过级别且2。选用均匀性较好各向同性的 C45高强度混凝土模拟片麻岩进行爆破试验，在炸 药能耗比例计算、爆破效果及爆堆统计方面具有一 定参考价值。 2.2试验计算理论公式试验计算理论公式 在试验时,根据爆炸几何相似原理和岩石爆破 性指数实验认为重力、炸药种类、装药密度保持不变 保证装药方式及岩体性质不变。只有炸药性能和被 爆岩体参数发生变化，采场台阶逐孔起爆孔深 1 mWWwl 5 m范围内，不考虑内聚力和重力有 Q W3k3\_l n2/2]2 k .W3 1 最小抵抗线W ■ W” 35G b含水为10 c m时块度分布 b Dist ribut io n seq uen c e a t dep t h o f 10 c m e含水为15 c m时块度分布 c Dist ribut io n seq uen c e a t dep t h o f 15 c m 图11温度梯度下块度分布曲线数据图 Fig. 11 Bl o c k in ess dist ribut io n c urve un der t emp era t ure gra dien t 炸药爆炸由不可压缩的水传递爆轰压力，水中 爆炸气体产物的膨胀速度慢,均匀作用在周围介质 产生破裂;水的密度和惯性远比气体大,2号岩石乳 化炸药理论爆热为4552 k j/k g,水吸收能量远远大 于气体所携带的能量，因此水楔的劈裂作用及部分 水汽化能量加大爆力静作用效果;定容爆破瞬间 16阴内，试验增加5 c m水柱吸热24 k J气化量 0.1 mJ减小粉碎区塑性流动耗能增加流体热能破 岩威力；试验效果直接说明水对冲击破坏具改善 作用。 4结论 现场测量露天台阶松动爆破中炮孔复杂水环 境，从爆堆和残留爆体型态及爆破能量分配值分别 说明在相同爆破参数和爆破条件下水量水温对爆破 效果影响的差异性。结合大矿实际情况总结并得到 以下结论 1通过现场调研和试验论证,炮孔中水泥浆 密度在沉淀72 h后等于同温度下水的密度。得到 一种新型的露天矿山炮孔测量技术,为台阶爆破前 装药提供准确的炮孔状态数据。 2 炸药单耗、装药方式不变时,建议高温爆破 水环境下大矿混合片麻岩装药高度水深值为12 可提高爆破体积。 3 炮孔水深度不变温度接近环境温度27T 时爆破效果较差、0 T 10七效果最优，满水炮孔 爆破后块度分布随温度升高逐渐趋于稳定。 4 矿山炸药参数、岩石种类不变且孔内低于 采场环境气温时,随布孔含水量增加则爆堆块度分 布更均匀大块率减少，建议大矿低温爆破装药含水 长度为13,爆破效果较为理想且对围岩扰动小。 环境气温接近孔内温度时建议大矿装药高度与含水 深度比值略大于0. 5,则爆堆块度分布较为理想爆 破扰动小。孔内温度大于环境气温时，随含水量增 加极大块减少块度集中于较大块内分布，此时建议 混合片麻岩高温装药长度与含水深度比为1 2爆破 效果更理想且围岩扰动最小。 下转第73页 第37卷第1期王红彬，沈德虎,石簸炯，等高应力开挖卸荷下洞室岩壁梁爆破施工工艺73 resin bo l t a n c ho rin g sec t io n wit h differen t a n c ho ra ge l en gt hs [J]. 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