微差爆破技术在露天矿试验研究.pdf

第3 2 卷第4 期 爆破 V 0 1 ．3 2N o ．4 2 0 1 5 年1 2 月B L A S T I N GD e 。．2 0 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 5 ．0 4 ．0 1 2 微差爆破技术在露天矿试验研究 曾庆伟 瓮福集团瓮福磷矿穿岩洞矿，福泉5 5 0 5 0 0 摘要为减弱爆破产生的地震效应影响且保证爆堆的平均块度控制合理，分别选择孔网参数7 ．0m 6 ．0m 和6 ．0mx 5 ．0m 、微差间隔时间2 0m s 和2 5m s 进行了微差爆破工程对比测试，并对爆破后装车效果、 岩石破碎效率进行了统计分析和地震效应测定。试验表明与微差间隔时间2 0m s 相比，微差间隔时间为 2 5 m s 时，质点振动持续时间与主振相持续时间平均分别提高了1 5 ．0 5 ％与1 9 ．7 4 ％以上，地震波峰值错开。 且爆堆集中，岩石块度更合理。采取孔网参数7 ．0m 6 ．0m 比6 ．0m 5 ．0m 的单斗装车时间更短。因此 择取孔网参数7 ．0mx 6 ．0m 、微差间隔时间2 5m s 可有效地节约生产成本，爆破效果良好。 关键词露天矿；微差爆破；爆破参数；微差间隔时间；爆破网路 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 4 0 0 6 0 0 4 E x p e r i m e n t a lS t u d yo fM i l l i s e c o n dB l a s t i n g T e c h n o l o g yi nO p e nP i tM i n e Z E N GQ i n g w e i C h u a n y a n d o n gM i n eo fW e n g f uP h o s p h a t eM i n e ，W e n g f uG r o u p ，F u q u a n5 5 0 5 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T or e d u c et h eb l a s t i n gs e i s m i ce f f e c ta n dt oc o n t r o lt h er o c kf r a g m e n t ，t h ec o m p a r a t i v et e s t so fm i l l i ． s e c o n db l a s t i n gw e r ep e r f o r m e dw i t hh o l ep a r a m e t e r s7 ．0I n 6 ．0I na n d6 ．0I n 5 ．0I n ．a n dt i m e i n t e r v a l2 0m s a n d2 5m s ．F i n a l l y ，l o a d i n ge f f e c ta n dr o c kf r a g m e n t sr e s u l t sw e r ea n a l y z e da n ds e i s m i ce f f e c tW a sm e a s u l ％Ⅺ1 ．T h er e - s u i t ss h o wt h a t ，c o m p a r e dw i t h2 0m s ，t h ed u r a t i o no fp a r t i c l ev i b r a t i o na n dm a i np h a s eo fv i b r a t i o nw e r ee n h a n c e d n i o b et h a n1 5 ．0 5 ％a n d1 9 ．7 4 ％r e s p e c t i v e l y ．T h ep e a k so fs e i s m i cw a v ew e r es t a g g e r e d ．a n dt h em u c kp i l ec o n c e r t t r a t ea n dt h er o c kf r a g m e n t a t i o nw e r eu n i f o r m ．M o r e o v e r ．t h el o a d i n gt i m ew a ss h o r t e rb yu s i n g7 ．0m 6 ．0mh o l e n e t w o r kp a r a m e t e rt h a nb y6 ．0I n 5 ．0I n ．T h e r e f o r e ．t h eo p t i m a lp a r a m e t e r so fh o l ep a r a m e t e r7 ．0m 6 ．0ma n d t i m e i n t e r v a l2 5I n Sw e r eo b t a i n e di nc o s ts a v i n ga n db l a s t i n ge f f e c t s ． K e yw o r d s o p e nm i n e ；m i l l i s e c o n db l a s t i n g ；b l a s t i n gp a r a m e t e r ；t i m eo fm i l l i s e c o n di n t e r v a l s ；b l a s t i n gn e t - W O r k 微差爆破又称毫秒爆破。微差爆破是一种延期 爆破，即相邻药包以极短的毫秒级时间间隔顺序起 爆，使各药包造成能量场相互影响而产生一系列良 好的爆破效果。其作用主要包括应力波迭加作用、 增加自由面作用、岩石相互碰撞作用和减少爆破地 收稿日期2 0 1 5 1 l 一2 9 作者简介曾庆伟 1 9 8 8 一 ，男，助理工程师、大学本科，主要从事采 矿工程、工程爆破方面的研究和工作， E m a i l 4 9 1 9 3 9 9 6 0 q q ．c o r n o 震作用引。由于在爆破效果上的巨大优势，微差爆 破技术在爆破领域得到了广泛应用。 穿岩洞露天矿位于贵州省福泉市与瓮安县交界 处，属于工程地质条件简单的矿区。由于大型铲装、 运输设备的使用，要求一次爆破有足够多的爆堆量。 技术人员选择使用高精度雷管，但选择合适的爆破 参数和最佳微差间隔时间仍是亟需解决的重大技术 难题。为此，进行了微差爆破技术的探索，采用奥瑞 凯S h o t p l u s 爆破网路设计软件等方法，通过试验确 万方数据 第3 2 卷第4 期曾庆伟微差爆破技术在露天矿试验研究 6 1 定合理爆破参数和微差间隔时间，取得了良好的 效果。 1 试验方案及参数 1 ．1 爆破技术参数的确定 爆破区域岩性为白云岩，坚固系数f 1 0 ～1 4 ， 节理裂隙较发育，可钻性、可爆性一般，爆区使用铵 油炸药进行装孑L ，单孔单耗量q 要求在0 ．4k s ／m 3 到 0 ．6k s ／m 3 之间，依据类似地质条件下的爆破经验， 取q 0 ．4k s ／m 3 。根据初步设计台阶高度H 1 2m ；采用直径d 2 0 0m m 钻机进行钻孔，为避免 或减少留根底，根据实践经验取超深h 2 ．0m ，爆 破中实际炮孔均钻垂直孑L 。根据以上基本参数，计 算微差爆破参数如下’4J 1 底盘抵抗线根据经验公式W 2 0 4 0 d 取W 4 ．0 8 ．0m 。 2 采用三角形布孔，孔距a 与排距b 根据公 式口 m W ；b 口s i n6 0 。。 式中，m 为炮孔密集系数，一般取1 ．2 1 ．5 。 根据类似地质条件露天矿山的爆破经验，炮孔密集 系数取1 ．2 ，得n 4 ．2 0 - 9 ．6 0m ，b 3 ．6 4 - 8 ．3 1m 。 3 堵塞长度z 按孑L 径计算f 2 0 3 0 d 。 式中，d 为炮孔直径，m m 。则Z 4 ．0 ～6 ．0m 。 综合考虑，为减少空气冲击波、噪声和飞石的危害， 取Z 5 ．0m 。 4 单孔最大药量Q 根据公式Q q a H W 计算。 1 ．2 微差间隔时间缸 微差爆破主要是利用相邻两排炮孔间间隔一定 时间起爆，产生的爆破地震波相互干涉，减弱介质质 点的振速，减少爆破对被爆体周围的边坡或建筑物 等的破坏。间隔时间过长则可能造成先爆孔破坏后 爆孔的起爆网路；过短则后爆孔可能因先爆孔未形 成新自由面而影响爆破质量。显然，微差间隔时间 是影响爆破的时间因素，在很大程度上决定着微差 爆破的效果。合理确定微差间隔时间，对控制爆破 地震效应、提高爆破能的利用率、改善破碎质量都将 十分有利∞。8J 。国内外爆破工作者提出了许多计算 方法和确定原则，但由于微差间隔时间的选取与矿 岩性质、最小抵抗线、破碎效果、降震要求以及起爆 器材因素有关，使得至今仍没有一个统一的认识，对 微差爆破机理尚无定论，所以间隔时间的选取一般 按经验公式确定A t K W L ／v ，’9J 。 式中纽为微差间隔时间，m s ；K 为系数，2 ～ 4m s ／m ；W 为台阶底盘抵抗线，取5m ；L 为裂缝宽 度，取0 ．0 1m ；秽。为裂缝开裂速度，m ／m s 。 依据类似地质条件下的采取相同的爆破方法和 反复试验，在不同固体材料的K 值与抄。的试验结果 详见表l ‘10 | ，得出相应的出时爆破效果最为理想。 排间时间可适当取长，以保证破碎质量和改善爆堆 挖掘条件以及减少飞石后冲。 表1 不同固体材料的x 值与裂纹开裂的速度 T a b l e1T h ev a l u eo fKa n dt h ec r a c k s p e e do fd i f f e r e n ts o l i dm a t e r i a l s 1 ．3 安全距离的计算 根据类似地质条件和爆区作业环境，爆破地震 波t o ．2 0 8c m ／s 以下，低于爆破安全规程规定的 一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物允许地震波震 速2 ．0 。2 ．5c m ／s ⋯12 1 。 爆破震速根据公式 V k Q m ／R t Y 式中Q 为炸药量，齐发爆破时为总药量，同段起爆 时最大一段药量，取Q 1 5 0k g ；R 为爆源距建筑物 的距离，取R 3 0 0m ；m 为药量指数，取m 1 ／3 ；k 、 a 为与爆破地形、地质条件有关的系数和地震波衰 减指数，按爆破安全规程列表 见表2 中取。这 里取k 2 0 0 ，a 1 ．8 。 表2 系数k 、口的取值范围 T a b l e2T h ev a l u er a n g eo fc o e f f i c i e n tka n d 口 则口 2 0 0 1 5 0 1 ／3 ／3 0 0 1 ．8 0 ．1 3 6c m ／s 。 根据爆破安全规程规定，对一般砖房，非抗震的 大型砖块建筑物，安全允许振速为2 ．0 2 ．5c m ／s 。 从以上计算，地震波对最近的民房无影响。 2 现场工程测验 2 ．1 爆破参数的设置 根据穿岩洞矿的实际情况，目的主要是为了改 善爆破效果，控制爆破产生的地震效应，同时考虑穿 岩洞矿实践经验值，决定把关键技术参数微差间隔 时间设定为2 0m s 与2 5m s ，孔网参数n b 分别设 定为6 ．0m 5 ．0I l l 与7 ．0mX6 ．0m ，其他参数现 万方数据 6 2爆破 2 0 1 5 年1 2 月 场进行相应计算。为了能够较为精确地确定孑L 网参 数与合理的微差间隔时间，比较不同延期时间的爆 破效果与爆破震动叠加情况，设置地质地形条件相 似的四个爆区，对其装车、破碎效率分别进行统计分 析和地震效应测试。 2 ．2 装药结构与起爆方式 四个爆区装药结构与起爆网路均采取相同的方 法。爆区采取连续装药结构的方法，起爆方式采用 对角线 斜线 逐孔微差爆破方式，通过奥瑞凯S h o t ． 奄黼 R 。- _ ‘● r ，、1 7 r 、．- - 一 C D 0 1 7 p l u s 爆破网路设计软件设计出爆破网路联接如图1 所示。根据上述确定的微差间隔时间血选用奥瑞 凯高精度导爆管雷管，图1 中C 1 4 孔为起爆点，地表 延期导爆管雷管延期时间分别采用1 7m s 、2 5m s 、 4 2m s 、6 5m s 和1 0 0m s 。孔内延期毫秒导爆管雷管 延期时间均采用4 0 0m s 。爆破顺序和每孔爆破时 间图1 中所示。起爆延期等时线效果见图2 ，预计 爆破岩石移动方向均匀一致见图3 ，预计爆破块度 效果见图4 。 三I 三匿网≤ c 捧l 号炮孔 炮孔潦度 台阶高度1 2 ⋯ 地袭延期导鼍管雷管 粒鼍时向J 为4 5 6 1 s 图1 爆破网路联接图 F i g ．1B l a s t i n gn e t w o r dc o n n e c t i o nd i a g r a m 图2 延期等时线效果图 F i g ．2 L i n eg r a p ho fs a m ed e l a y i n gt i m e 图3 预计爆破岩石移动方向图 F i g ．3E x p e c t e dm o v e m e n td i r e c t i o nd i a g r a mo fr o c k 口仰旦；搴 饷 “” 万方数据 第3 2 卷第4 期 曾庆伟微差爆破技术在露天矿试验研究 6 3 一卟 1 0 ’ ■2 0 ．， 3 0 一， ■4 0 ．， 图4 预计爆破块度效果图 F i g ．4E x p e c t e de f f e c to fb l a s t i n gf r a g m e n t a t i o n 2 ．3 数据统计与效果分析 对装车、破碎效率采取现场统计分析，爆破地震 效应采取在距爆区中心2 0 0m 、2 5 0m 布置A 、B 测 点放置测震仪，由测震仪采集微差爆破产生的震动 信号。见图5 。测量与统计数据如表3 所示。 图5 测震仪布置示意图 单位m F i g ．5A r r a n g e m e n to fs e i s m o g r a p h u n i t m 从数据可以看出采用同一孔网参数，测点距离 为2 0 0m ，微差间隔时间分别为2 5m s 与2 0m s 时， 质点振速与频率是相近的，而地震效应质点振动持 续时间与主振相持续时间相比，平均分别提高了 1 5 ．0 5 ％与1 9 ．7 4 ％；采用同一孔网参数，测点距离 为2 5 0m 时，这一数据分别为1 6 ．4 8 ％与2 3 ．9 9 ％。 说明选择微差间隔时间为2 5m s ，使总的震动持续 时间大大缩短，同时地震波峰值错开，叠加又在允许 的范围之内，随着距离的增加，余震衰减也较快；另 外在高精度导爆管雷管的支持下，其爆破抛掷方向 与预计一致，爆堆比较集中。 从平均单斗装车与爆堆平均块度来看，微差间 隔时间为2 5m s 也是比较有利的。另外，虽然孑L 网 参数a b 为6 ．0mx 5 ．0m 与7 ．0m 6 ．0m 相比 较，其平均单斗装车与爆堆平均块度较为有利，但从 相同面积的爆区相比，其钻孑L 成本与炸药成本却要 大得多。 表3 爆破数据统计与振动速度测试数据 T a b l e3T h et e s td a t as t a t i s t i c sa n dv i b r a t i o nv e l o c i t yo fb l a s t i n g 结合爆破条件及使用的爆破器材，综合以上数 据分析，推荐的爆破参数列于表4 。 3 结论 1 微差爆破技术的应用，改善了爆破效果，降 低了爆破产生的地震效应，保证了边坡的稳定性。 2 采用同一孔网参数，与微差间隔时间2 0m s 相比，微差间隔时间为2 5m s 时，质点振动持续时间 与主振相持续时间平均分别提高了1 5 ．0 5 ％与 1 9 ．7 4 ％以上。 下转第9 8 页 万方数据 9 8爆破 2 0 1 5 年1 2 月 上接第6 3 页 表4 爆破参数 T a b l e4T h eb l a s t i n gp a r a m e t e r s 3 通过现场工程试验确定其合理的孔网参数 为7 ．0mX 6 ．0m 、微差间隔时间为2 5m s ，使爆破震 动持续时间大大缩短，爆堆比较集中，得到的爆破效 果最为合适，同时节约了生产成本。 参考文献 R e f e r e n c e s 于亚伦．工程爆破理论与技术[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 8 2 3 7 - 2 5 1 ， 王德胜，龚敏．露天矿山台阶中深孔爆破开采技术 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 9 4 8 - 7 4 ． 顾毅成．爆破工程施工与安全[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 8 1 6 6 ．1 7 6 ． 王家臣，王炳文．金属矿床露天与地下开采[ M ] ．徐 州中国矿业大学出版社，2 0 0 8 3 2 ．4 0 ． 李德林，王伟策，高振儒．中深孑L 微差爆破合理间隔时 间的研究[ J ] ．爆破，1 9 9 9 ，1 6 3 7 4 ．7 7 ． U D e - l i n g ，W A N GW e i c e ，G A OZ h e n I L 1 ．E x p e r i m e n t a l s t u d yo nt h er a t i o n a ld e l a yi n t e r v a lo fm i l l i s e c o n db o r e h o l e b l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，1 9 9 9 ，1 6 3 7 4 - 7 7 ． i nC h i n e s e 郑峰，段卫东，钟冬望，等．爆破震动研究现状及存 在问题的探讨[ J ] ．爆破，2 0 0 6 ，2 3 1 9 2 - 9 4 ． Z H E N GF e l l g ，D U A NW e i d o n g ，Z H O N GD o n g - w a n g ，e ta 1 ． R e s e a r c hp r o g r e s sa n de x i s t i n gp r o b l e m so fb l a s t i n gv i b r a t i o n [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 6 ，2 3 1 9 2 - 9 4 ． i nC h i n e s e 罗开军．孔内孔间微差爆破间隔时间的合理选择[ J ] ． 金属矿山，2 0 0 6 4 4 - 6 ． L U O K a i - j u n ．R e a s o n a b l es e l e c t i o no fd e l a yt i m ei ni n h o l e a n db e t w e e n h o l e sm i c r o s e c o n db l a s t i n g [ J ] ．M e t a lM i n e ， 2 0 0 6 4 4 - 6 ． i nC h i n e s e [ 8 ]毛静民．延迟间隔对微差爆破震动效应的影响[ J ] ．爆 破，1 9 9 7 ，1 4 1 8 1 - 8 4 ． [ 8 ] M A tJ i n g - m i n ．I n f l u e n c eo fd e l a yi n t e r v a lo nv i b r a t i o ne f f e c t o fm i l l i s e c o n db l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，1 9 9 7 ，1 4 1 8 l 一8 4 ． i n C h i n e s e [ 9 ]吴腾芳，王凯．微差爆破技术研究现状[ J ] ．爆破， 1 9 9 7 ，1 4 1 5 3 - 5 7 ． [ 9 ] W UT e n g f a n g ，W A N GK a i ．S u m m a r yo fc u r r e n ts t u d i e s o nm i H i s e c o n db l a s t i n gt e c h n i q u e [ J ] ．B l a s t i n g ，1 9 9 7 ， 1 4 1 5 3 - 5 7 ． i nC h i n e s e [ 1 0 ]张志呈．岩体爆破裂纹扩展速度实验研究[ J ] ．爆破 器材，2 0 0 0 ，2 9 3 1 - 8 ． [ 1 0 ] Z H A G NZ h i - c h e n g ．A ne x p e r i m e n t a ls t u d yo fc r a c ke x p a n s i o ns p e e di nr o c kb l a s t i n g [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 0 0 ，2 9 3 l 一8 ． i nC h i n e s e [ 1 1 ]谷存磊，徐明洲，张俊生．孔间微差爆破减震技术在 新岭煤矿东扩区的应用[ J ] ．露天采矿技术， 2 0 1 3 5 3 - 5 ． [ 11 ] G UC u n - l e i ，X UM i n g z h o u ，Z H A N GJ u n - s h e n g ．A p p l i - c a t i o no fm i l l i s e c o n db l a s t i n gt e c h n o l o g yi nX i n l i n gc o a l m i n e [ J ] ．O p e n e a s tM i n i n gT e c h n o l o g y ，2 0 1 3 5 3 - 5 ． i nC h i n e s e [ 1 2 ]甄育才，朱传云．中远区微差爆破振动叠加效应影响 因素分析[ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 2 1 1 一1 6 ． [ 12 ] Z H E NY u e a i ，Z H UC h u a n - y u n ．A n a l y s i so ni n f l u e n t i a l f a c t o r so fv i b r a t i o ns u p e r p o s i t i o ni nm i d d l ea n df a rf i e l d o f m i H i s e c o n db l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 0 5 ，2 2 2 1 1 - 1 6 ． i nC h i n e s e 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J l 2 3 4 5 5 6 6 7 7 ．二 心 p M 哺 ∞ ∞ ∞ 口 口 万方数据