某露天矿含水炮孔爆破危害效应控制试验研究.pdf
第 3 5卷第 3期 2 0 1 8年 9月 爆破 BLAS TI NG Vo 1 . 3 5 No . 3 S e p. 201 8 d o t 1 0 . 3 9 6 3 / j . i s s n . 1 0 0 1 4 8 7 X. 2 0 1 8 . 0 3 . 0 0 9 某露天矿含水炮孔爆破危害效应控制试验研究 水 任 少 峰 , 严 鸿 海 , 张 义 平 , 余 红 兵 。 1 . 贵州大学 矿业学院, 贵阳 5 5 0 0 2 5 ; 2 . 贵州新联爆破工程集团有限公司, 贵阳 5 5 0 0 0 2 ; 3 . 河海大学 安全与防灾工程研究所 , 南京 2 1 0 0 9 8 摘要 露天矿含水炮孔的爆破质量和效果影响着露天矿的安全高效开采。为改善水孔爆破效果. 采取改 变布孔方式、 炮孔排水护孔、 水间隔装药等控制变量进行 了现场对比爆破工程试验, 利用高速摄影系统和爆 破振动测试 系统测得现场试验爆破视频和振动峰值。试验结果表明 改变布孔方式、 排水护孔、 水间隔装药 后均能有效控制爆破危害效应, 对相似工程有借鉴意义。 关键词 水孔爆破 ; 爆破 危害 ;高速摄影 ; 爆 破效果 中图分类号 T D 2 3 5 . 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 8 0 3 0 0 5 5 0 5 Ex p e r i m e n t a l S t u d y o n Ha z a r d Co n t r o l o f W a t e r Ho l e Bl a s t i ng i n Op e n - p i t M i n e R E N S h a o - f e n g , Y A N H o n g h a l , Z H A N G Y i - p i n g , Y U H o n g b i n g 1 . M i n i n g C o l l e g e , G u i z h o u U n i v e r s i t y , G u i y a n g 5 5 0 0 2 5 , C h i n a ; 2. Gu i z h o u Xi a n l i a n Bl a s t i n g En g i n e e r Gr o u p Co ., Lt d ., Gui y a n g 5 5 0 0 0 2, Chi na; 3. I n s t i t u t e o f En g i n e e r i n g S a f e t y a n d Di s a s t e r P r e v e nt i o n, Ho ha i Un i v e r s i t y, N a n j i n g 2 1 0 0 9 8 , C h i n a Abs t r a c t T h e q u a l i t y a n d e f f e c t o f wa t e r h o l e b l a s t i n g i n o p e n p i t mi n e a f f e c t t h e s afe t y a n d e f f i c i e n t mi n i n g o f o p e n p i t mi n e. I n o r de r t o i mpr o v e t he pe r f o r ma n c e o f wa t e r h o l e bl a s t i ng, t h e fie l d c o mpa r a t i v e b l a s t i n g t e s t s we r e c a r r i e d o u t b y c h a n g i n g t h e h o l e s l a y o u t , h o l e d r a i n a g e a n d p r o t e c t i o n, wa t e r d e c k e d c h a r g e , e t c . Hi g h s p e e d p h o t o g r a p hy s y s t e m a nd b l a s t i ng v i b r a t i o n t e s t s y s t e m we r e us e d t o o b t a i n t h e fie l d t e s t b l a s t i n g v i d e o a n d v i b r a t i o n p e a [ p a r t i c l e v e l o c i t y . T h e t e s t r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e b l a s t i n g h a z a r d e f f e c t c o u l d b e e f f e c t i v e l y c o n t r o l l e d b y c h a n g i n g t h e p a t t e r n o f h o l e s l a y o u t , d r a i n i n g a n d p r o t e c t i n g h o l e s , a n d wa t e r d e c k e d c h a r g e . I t c a n b e u s e d f o r r e f e r e n c e t o s i mi l a r p r o j e c t s . Ke y wo r d s wa t e r h o l e b l a s t i n g;b l a s t i n g h a z ed;h i g h s p e e d p h o t o g r a p h y ;b l a s t i n g e f f e c t 在露天矿生产过程 中, 因为雨水 、 地下水和地质 条件的因素, 常常导致钻孔后炮孔含水量很高, 严重 收稿 日期 2 0 1 80 42 7 作者简介 任少峰 1 9 8 3一 男 , 山东莱 州人 , 高级工程 师 、 博士 , 主要 从事爆破安全和采矿工程 , E ma i l r s f 1 2 2 6 1 6 3 . c o n。 通讯作者 严鸿海 1 9 9 2一 男 , 福 建长 汀人 , 硕 士研究 生 , 主 要从事 采矿工程研究 , E ma i l 3 7 5 6 1 4 6 8 3 q q . c o rn。 基金项 目 贵州 省 高层 次创 新 型人 才 培 养 百 层次 - 黔 科 合 人 才 2 0 1 6 4 0 3 0号 ; 2 0 1 7年新疆 维吾尔 自治区天池 百人计 划 一 新人社函[ 2 0 1 7 ] 6 9 9号 影响着爆破效果和质量, 不但影响着开采成本 , 而且 带来了更为严重的爆破危害, 因此为改善露天水孔 爆破的效果 , 国内外研究学者 围绕着如何 降低水孔 爆破危害和提高爆破效果进行了研究。其中马望龙 等学者通过试验和软件模拟的方式对水孔爆破的间 隔位置进行 了研究 J , 李金平对炮孔 内积水的影 响因素进行 了分析 j , 刘聪等通过 吊装炸药 、 改变 爆破器材 、 优化爆破参数等措施改善了水孑 L 爆破效 5 6 爆破 2 0 1 8年 9月 果 , 提高了爆破质量 , 虽然取得 了一 定的成果 , 但是没有提 出爆破参数的优化对控制水孑 L 爆破危害 效应研究影响 , 因此为了更好的降低水孑 L 爆破危害 , 结合某露天矿工程实际 , 提 出了借助高速摄影和爆 破振动测试 系统通过现场对 比试验的方法对爆破危 害进行控制 。 1 工程概 况 该露天矿矿区工程地质条件复杂。风化深度达 一 1 0 01 5 0 m, 西南部最深达 一3 2 0 m标高。F , 逆 冲断层 在矿 区南 部 , 形 成 东 西方 向长 1 6 0 0 m、 宽 2 O~ 6 0 m 的断裂破碎 带。矿 区岩 溶发育 , 最 深达 一 3 5 0 m标高。矿区水文地质条件复杂。绝大部分 矿体在侵蚀基准面以下 , 矿 区面积 2 . 7 k m , 有一半 处于季节性 湖泊中, 湖区淤 泥平均厚度约 3 0 m, 其 天然含水率高 , 承压强度低 , 粘性大 , 可塑性强 , 隔水 性 好 。 该露天矿炮孔 内一直伴有积水 图 1 , 影响爆 破作 业。且 露 天 矿 周 围环 境 复 杂, 在 东 南 方 向 2 0 6 m 处有小村庄 , 因水孔爆 破导致部分 民房 出现 裂缝现象 , 居民反映 田地经常 因飞石导致农作物受 损 , 经常到围堵矿山, 给矿山的正常生产带来 了很大 的影 响 。 图 1 工程环境 图 F i g . 1 E n g i n e e r i n g e n v i r o n me n t d i a g r a m 因此为了降低爆破危害 , 通过对比试验探讨合 理 的水孔爆破方法, 改善爆破效果 , 保证正常生产。 2 试验方案 2 . 1 试验方法 试验以现有露天矿为试验平台, 运用爆破振动测 试仪和高速摄影仪进行爆破振动测试和实施拍摄 , 根 据测试数据分析爆破效果 振动 、 飞石速度等 。 试验 分为三组 , 5个 含水炮孔 为一 组 , 孑 L 距 为 3 . 5 m, 排距为 2 . 5 m, 1~ 5号 、 l 2号 、 l 3号 、 1 5号炮 孔为耦合无 间隔装药 如图 2 , 其中 1 5号炮孔布 孑 L 方式和水孔不做改变和处理 。其他炮孔为水耦合 间隔装药 如图 3 , 梅花形布孑 L , 并进行水孔 处理。 根据钻孔成像仪器测试得到炮孑 L 的水深 , 设计爆破 水孑 L 装药方式 、 进行水孔处理措施 以及水T L T L 深孔 径等参数如表 1 所示 。 2 3 l 一填塞物; 2一炸药; 3一导爆管雷管; 4一导爆管 1 Pl u g g e r ; 2 Ex pl o s i v e; 3 -De t o n a t o r; 4 -De t o n a t i o n t u b e 图 2 无间隔装药图 Fi g.2 Uns p a c e d c h a r g e d i a g r a m 图 3水 l司隔装药 图 Fi g .3 W a t e r i n t e r v a l c ha r g e di a g r a m 2 . 2 试验仪器布置 现场测点的选取及布置情 况如下图 4所示 , 4 个振动测点 Z 。~Z 及 3次 高速 摄影 试验 测 点 G ~ G , 。其中图5是现场千眼狼高速图像采集 系统的安设图片。 3 试验数据采集 3 . 1 爆破振动测试数据 由于试验分为三组 , 所 以四个振 动测点各采集 三次, 振动数据总共有 1 2组 , 但实际爆破振动试验 第 3 5卷第 3期 任少峰 , 严鸿海, 张义平 , 等某露天矿含水炮孔爆破危害效应控制试验研究 5 7 有效数据 1 O组。其 中第一次振动数据采集 时, z 点 的测振仪在水孔爆破时未触发 ; 第三次振动数据 采集时, Z , 点 测振仪 电池 没 电; 数据 波谷数 值用 “ 一 ” 表示 , 计算时取绝对值 如表 2所示 。 表 I 试 验水子 L 参数 Ta b l e 1 Te s t h o l e p a r a me t e r s 3 . 2 高速摄影试验数据 由于试验现场不 可控 因素较多 天气 因素、 人 为因素、 设备因素等 , 三次高速摄影拍摄效果最好 是第三组试验 图 6 。另外 两组试验虽 然效果不 佳 , 但是飞石飞出画面依 旧清晰。利用千 眼狼 5 K F 1 O高速摄像机配套 的运动分析软件 M o l y s i s , 得出了 第三组试验水孔爆破试验以白色十字架区域产生的 飞石为 目标记录各个时刻的速度 表 3 。 4 试验数据分析 4 . 1 爆破振动测试数据分析 爆破振动试验分为三组进行数据波形图对 比分 析 , 得到以下结果 1 对比分析振动数据可知 , 第二组炮孔采取 水间隔装药和梅花形布孑 L 方式之后爆破振动明显小 于第一组炮孔不耦合装药方式爆破时产生的振动。 爆破 图 4 爆 破振动测点和高速摄影试验测点 布置图 单位 m F i g .4 L a y o ut o f h l a s t i n g v i br a t i o n me a s ur i ng p o i nt s a n d h i g h s p e e d p h o t o g r a p h i c t e s t p o i n t s u n i t m 图 5 高速摄影系统的安设 F i g .5 I n s t a l l a t i o n f l 1’ h i g h s p e e d p h o t o g r a p h y s y s t e m _ ■ _ l I l_ ■ ■ - 蕾 i 三 二 J 图 6 第二 三 组高速摄影试验水孔爆破过程 Fi g.6 The t hi r d g r o up o f h i gh s pe e d ph o t o g r a p h t e s t w a t e r h o l e b l a s t i n g p r o c e s s 同样对 比分析 , 第三组炮孑 L 采取水孔处理之后 爆破振动 明显小于第二组炮孔不采取水孑 L 处理爆破 时产生的振动。 表 3 标记飞石速度 部分 T a b l e 3 V e l o c i t y o f F l y i n g S t o n e p a r t i a 1 2 根据本次试验的实际情况 , 测点 z . 离民房 较近 , 测得的三组数据 中最大振速及主频率 , 对比国 家标准 爆破安全规程 G B 6 7 2 2 --2 0 1 4 中规定各 类建筑物的爆 破振动安 全允许标 准可知 , z. 点 测得的三次振动最大振速均小于 l c m / s , 主频率均 在 3 1 ~6 0 H z 之间 , 均小于对应保护对象爆 破振 动 安全允许标准。因此 , 本次试验爆破没有对保护对 象产生破坏影响, 保护对象是安全的。 4 为了进一步探究 z . 点爆破振 动速 度与主 频率之间的关系是 否符合爆破振 动安全 允许标 准 表, 用 o r i g i n 7 . 5对 两组数据进行拟合 , 拟 合公式 为 Yf z C X , 拟 合 结 果 为 Y4 0 .1 2 8 8 6 1 . 5 8 8 7 6 x0 .0 1 5 7 4 x ,拟 合 优 度R S q u a r e 为 0 . 9 9 9 9 。 因为 R S q u a r e 0 . 9, 所 以爆破振动速度与 主频率相关性 良好。但是随着主频率的增加振速值 先减小后增大 , 其规律并不符合爆破振动安全允许 标准 G B 6 7 2 2 12 0 1 4 , 拟合结果如图 7 。 f - -. ∞ ● g 淄 骚 图 7振速值一 主频率变化曲线 Fi g .7 Vi b r a t i o n v e l o c i t i e s ma i n f r e q ue nc y v a r i a t i o n C L I IWe 4 . 2 高速摄影试验数据分析 根据表 3标 记 飞 石 的速 度, 去 掉 开 始 时 刻 2 0 0 0 I l l s 和结束时刻 2 9 0 0 m s的数据 , 对 数据进行处 理作 图 8 。计算可得 , 三组飞石高速摄影试验标记 第 3 5卷第 3期 任少峰, 严鸿海, 张义平 , 等某露天矿含水炮孔爆破危害效应控制试验研究 5 9 飞石 的平 均 速 度 分 别 为 4 0 . 3 8 5 m / s 、 3 7 . 2 1 1 H s 、 3 2 . 1 3 3 I n / s 。 参考文献 R e f e r e n c e s 6O 5 6 5 2 4 8 .4 4 曼 4 0 3 6 3 2 2 8 2 4 2 0 图 8 标记飞石速度一 时间曲线 F i g .8 Ma r k e d v e l o c i t y t i me C H I V e o f fly i n g s t o n e 通过运动分析软件 M o l y s i s对高速摄影试验拍 摄 的视频及图片的分析可知三组试验爆破飞石抛射 最大距离分别为 5 ~ 1 7 2 . 7 8 6 m、 S m x 2 1 4 8 . 1 2 8 1T I 、 S ⋯, 1 1 2 . 8 0 7 i n , 第三组试验含水炮孔用于爆破飞 石抛射的能量占比小 于第一组和第二组 的, 炸药单 耗 明显降低。 3 通过高速摄影仪的拍摄, 含水炮孔的爆破 过程若不对水孔进行有效处理 , 由第一组高速摄影 试验可知, 炮孔 的冲孔现象十分严重 , 飞石的速度和 抛射距离也是最远的, 因此第一组试验也是最危险 的。第一组对比第二组 和第 三组试验, 后两组炮孔 爆破时未发生冲孔现象 , 现场勘察后发现 爆破块度 明显减小 , 爆破现场根底现象较少。由此说 明排水 加护孔等水孔处理措施、 水间隔装药及梅花形布孔 方式对改善水孔爆破有显著的改善效果。 5 结论 通过对露天矿含水炮孔爆破对 比试验研究 , 得 出以下结论 1 z 点 测得 的三 次振 动 最 大 振 速均 小 于 l c m / s , 主频率均在 3 1 6 0 H z 之间, 均小于对应保 护对象爆破振动安全允许标准。 2 通过数据分析 , 第三组试验爆破振动速度 、 飞石平均速度和飞石抛射的最大距离均为最小值。 3 基于露天矿炮孔含水 , 为减小爆破危 害, 提 高爆破质量 , 采用排水加护孔等水孔处理措施 、 水间 隔装药及梅花形布孔方式是有效 的。 4 但基于本次对 比试验的分类和规模较小, 使得对 比数据存在局限性 , 对类 似工程 的实践指导 作用需要进一步通过扩大对比试验和范围更能具有 说服力 。 [ 1 ] 马望龙. P V C管间隔装药在深孔爆破中的应用[ J ] . 露 天采 矿技 术 , 2 0 1 7 , 3 2 1 2 2 6 - 2 9 . [ 1 ] MA Wa n g l o n g . P V C i n t e r v a l c h a r g e i n d e e p h o l e b l a s t i n g [ J J . O p e n c a s t Mi n i n g T e c h n o l o g y , 2 0 1 7 , 3 2 1 2 2 6 - 2 9 . i n C h i n e s e [ 2 ] 周洪生 , 寇子顺, 龙济敏, 等. 空气间隔装药在高昔铀 矿床阶段 深孔 落 矿 中的 应用 [ J ] . 铀 矿 冶, 2 0 1 5, 3 4 4 2 3 1 - 2 3 4 . [ 2 ] Z H O U H o n g s h e n g , K O U Z i s h u n , L O N G J i mi n . e t a 1 . Ap p l i c a t i o n o f a i r s p a c e d c h a r g e t o d e e p h o l e f a l l i n g i n t h e s t a g e o f t h e u x i u r a n i u m d e p o s i t [ J ] . U r a n i u m Mi n i n g a n d Me t a l l u r gy , 2 0 1 5, 3 4 4 2 3 1 - 2 3 4 . i n C h i n e s e [ 3 ] 曲艳东, 吴敏, 孔祥清, 等. 深孔连续与间隔装药爆 破数值模拟研究[ J ] . 爆破, 2 0 1 4 , 3 1 4 1 6 - 2 l , 8 1 . [ 3 ] Q U Y a h d o n g , wu M i n , K O N G X i a n g q i n g , e t a 1 . N u m e r i c a l s i mu l a t i o n o f c o n t i n u a t i o n a n d i n t e rva l 1 o a d i n g i n d e e p h o l e b l a s t i n g[ J ] . B l a s t i n g , 2 0 1 4 4 1 6 2 1 . i n C h i n e s e [ 4 ] 王琪, 张世平 , 林哲. 露天深孔不同位置水间隔装 药爆破数值模拟[ j ] . 煤炭技术, 2 0 1 8 , 3 7 1 2 7 - 2 9 . [ 4 ] WA N G Q i , Z H A N G S h i p i n g , L I N Z H E . O p e n w a t e r d e e p h 0 l e p o s i t i o n i n t e rva l b l a s t i n g n u m e r i c a l s i m u l a t i o n[ J ] C o a l T e c h n o l o gy, 2 0 1 8 , 3 7 1 2 7 - 2 9 . i n C h i n e s e [ 5 ] 王冬兵, 张建华. 不同介 质间隔装药爆破数值 模拟 [ J ] . 矿业研究与开发, 2 0 1 6 , 3 6 3 9 3 - 9 6 . [ 5 ] WA N G D o n g b i n g , Z H A N G J i a n h u a . N u m e r i c a l s i mu l a t i o n o n t h e b l a s t i n g o f i n t e r v a l c h a r g e wi t h d i f f e r e n t me d i n l n[ J] .M i n i n g R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t , 2 0 1 6 , 3 6 3 9 3 - 9 6 . i n C h i n e s e [ 6 ] 王广成, 邓永前. 水孔爆破技术在高村铁矿 的应用 [ J ] . 现代矿业 , 2 0 1 4 8 2 5 - 2 6 . 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We s t C h i n a E x p l o r a t i o n E n g i n e e r i n g , 2 0 1 5 1 1 1 5 7 1 6 1 . i n C h i n e s e 下转第7 9页 第 3 5卷第 3期 唐跃, 徐曲, 柯波, 等基于交叉验证的矿岩爆破块度 S V M模型优选研究 7 9 [ 4 ] [ 5 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 9 ] 2 0 1 2 , 3 1 7 1 4 6 2 . 1 4 6 8 . C AI J i a n d e , Z HEN G B i n g x u , WANG Xu g u a n g , e t a 1 . Re s e a r c h o n b l a s t i n g c o n t r o l t e c h n i q u e a n d b l o c k s i z e p r e d i c t i o n o f d i ff e r e n t d i m e n s i o n s s t o n e s f J 1 . C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h ani c s a n d E n g i n e e r i n g , 2 0 1 2 , 3 1 7 1 4 6 2 1 468 . 高鸿. 露天台阶爆破块度分布预测模型研究及工程 应用[ D] . 淮南 安徽理工大学, 2 0 1 3 . GAO Ho ng . Re s e a r c h o n t he p r e di c t i o n mo d e l o f b l a s t i ng f r a g me n t a t i o n d i s t rib u t i o n o n o p e n p i t b e n c h a n d e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n [ D] . 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