定向卸压隔振爆破在生产实践中的应用.pdf

第3 0 卷第2 期 爆破 V o l 3 0N 0 2 2 0 1 3 年6 月B L A S T I N G J u n ．2 0 1 3 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 l 一4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 2 5 定向卸压隔振爆破在生产实践中的应用 张志呈’，韦家修2 ，罗尧东1 ，丁银贵2 ，黄有望2 1 ．西南科技大学环境与资源学院，绵阳6 2 1 0 l O ；2 ．广西鱼峰水泥股份有限公司矿山部，柳州5 4 5 0 0 8 摘要在过去的矿山生产实践中，通常采用不耦合装药、定向断裂控制爆破等方法来实现降低爆破地震、 改善爆破质量、提高爆炸能量利用率、降低轮廓线以外岩体的损伤，但效果并不理想。通过矿山生产现场不 同装药模式的试验效果对比表明在露天矿边坡工程中，定向卸压隔振爆破技术能极大改善爆破质量、降低 爆破震动，减少对边坡的损伤，从而可加大台阶坡面角和最终边坡角，增加可采矿量，提高矿山经济和社会 效益。 关键词定向卸压；隔振爆破；露天矿边坡；爆破降震 中图分类号0 6 2 5文献标识码 A 文章编号1 0 0 l 一4 8 7 x 2 0 1 3 0 2 一0 1 1 8 一0 4 A p p l i c a t i o no fD i r e c t i o n a lP r e s s u r e - r e l i e V e da n d V i b r a t i o n - i s o l a t e dB l a s t i n gi nP r o d u c t i o nP r a c t i c e 删 ，G 劢i 一如e 昭1 ，聊．，施．戈i M 2 ，￡U D 锄．如昭1 ，D ，ⅣGM n ．伊i 2 ，日删 By o M ．加。昭2 1 ． S c h o o l “E n v i r o n m e n t a lR e s o u r c e sa n dE n 舀n e e r i n g ，S o u t h w e s tU n i v e r s i t y0 fS c i e n c e 锄dT e c h n o l o g y ， M i a n y a n g6 210 1 0 ，C h i n a ；2 ．G u a n g 【iY u f e n gC e m e n tC oL t d ，K u z h o u5 4 5 0 0 8 ，C h i n a A b s t 均c t s o m em e t h o d ss u c h 脑d e c o u p l e dc h a r g es t Ⅲc t u r e 彻dc o n t r o U e db l 嬲t i n go fd i r e c t i o n a lf h c t u 陀w e 弛 u s e dt or e d u c eb l 船t i n gs e i s m i c ，t oi m p m v eb l 鹊t i n gq u a l i t y 柚du t i l i 恐t i o ne m c i e n c y0 fe x p l ∞i v ee n e 唱y 锄dt od e - c r e 鹅et h er o c kd a m a g eo u t s i d et h ec o n t o u rl i n e ．H a w e V e r ，t I I ee 舟- e c tw ∞i m p e r f ＆tu s u a U y ． D a t af 南md i 妊．e 旭m c h a r g i n gm o d e li nt h em i n ep m d u c “o ns i t es h o w st h a td i 他c t i o n a lp 玎e 踮u 静陀l i e v e d 明dv i b m t i o n i n ∞l a t e db l 鹪t i I I g t e c h n o l o g yh e l p sg r e a t l yt oi m p m v et 1 1 eq u a l i t y ，t or e d u c eb l 鹊t i n g 跎i s r I l i c 曲dd 啪a g et oo p e nm i n es l o p ee n g i n e e 卜 i r I g ，w h i c hf u r t h e ri n c 陀a s ∞t h eb e n c ha n g l e ，u l t i 眦t es l o p e 肌d e 明dI I l i I l i I l gq u 曲t i t y ． K e yw o r d s d i r e c t i o n a lp r e s s u 他r e l i e f ；“b r a t i 佣i ∞l a t e db k 峙t i I l g ；o p e nf n j n es l o p e ；b L a s t i n gv i b r a t i ∞r e d u c ． t i o n ‘ 矿山爆破存在不安全因素，主要危害是爆破地 震、冲击波和爆破飞石。只要最小抵抗线和填塞长 度符合设计要求，就能控制冲击波和飞石，使其不产 生危害。但是爆破地震波在地下岩体中传播，由于 岩石结构、构造差异，地震波传递能量不同，控制有 一定的难度⋯。因此，控制或降低爆破地震能量， 只有从源头控制爆炸压力，降低做功的能量。 收稿日期2 0 1 3 一O l 一2 2 作者简介张志呈 1 9 3 3 一 ．男．教授，主要从事T 程控制爆破研究。 通讯作者罗尧东 1 9 8 3 一 。男，助教，主要从事建筑工程安全、岩土 工程方面研究， E I n a i l u a o d o n g q q ．嗍。 西南科技大学与广西鱼峰水泥股份有限公司合 作开展定向卸压隔振爆破技术在露天矿边坡工程中 进行了研究与应用。采用在同等条件下，进行常规 深孔爆破、光面预裂爆破和定向卸压隔振爆破对比 试验，并选择在石灰石矿1 3 0 1 2 0 台阶进行。 1 定向卸压隔振爆破的原理 定向卸压隔振爆破是指在炮孔保留岩体一侧的 药包加装1 层或2 层半圆形管材，做到孔底轴向空 气间隔和径向不耦合装药，达到定向卸压、阻隔爆炸 万方数据 第3 0 卷第2 期张志呈，韦家修，罗尧东，等定向卸压隔振爆破在生产实践中的应用 1 1 9 效应对炮孔保留岩体的直接作用、保护岩体的完整 性稳定性的目的‘2 1 ，避免对保留岩体的破坏和缩小 爆破对保留岩体的损伤范围。相反，对炮孔临空面 一侧汇集大量能量，产生强劲切向剪应力和拉伸应 力作用，有利于自由面方向的岩体破碎，如图1 所示。 a 装药结构俯视图 b 装药结构剖面图 a C h a r g e 栅c t I I 弛p I a I I b C } I a r g es 岫J c t I l 弛p r o f i l e 图l 定向卸压隔振爆破装药结构示意图 F i g ．1 1 ks 咖t u 弛0 f l ⅨI d i I l gD y m l I l i t ei nb l a 8 t i I l g 2 布孔形式及穿爆参数 试验采用Q z l o o K 型潜孔钻机穿孔，钻头直径 9 0 蛐。试验采用单排瞬时爆破，其爆破参数见 表l ，钻孔布置如图2 所示。 3 深孔光面爆破与定向卸压隔振爆破 装药结构 在试验期间对装药结构进行了试验研究，常规 爆破均为耦合装药，光面爆破为底部耦合装药、其余 为不耦合装药。定向卸压隔振爆破为底部空气间 隔、其余为不耦合装药，第3 次试验效果最好，其装 药结构如表2 、图3 所示。 4 爆破结果 此次试验，常规单排微差爆破爆后护壁面达不 到边坡治理目的。定向卸压隔振爆破后护壁面的石 灰岩岩体完整，作为最终边坡的情况下无需再进行 整治，同时临空面方向的岩体得到加强破碎，爆破效 果优于光面爆破，爆后现场摄影对比图片如图4 。 爆破结果见表3 。 T a M e1 瑚鹪痂喀阳峨I m e k r 祭薹譬嚣器器熟器器嚣嚣魏 ““ 系数．厂 m o。 mmmm唧 ～。 光面爆破8 1 0 1 0 ．07 0 一∞7 5 ．03 ．52 ．51 1 ．51 ．09 0 ．O”．5 定向卸压隔振爆破8 一l O 1 0 ．O7 0 一∞7 5 ．O3 ．52 ．51 1 ．51 ．09 0 ．O8 7 ．5 图2 炮孔布置图 F i g ．21 ks t r u c t I 髓o f l 饿- d i I l gd y 腿m i t ei nb k t i l l g 万方数据 爆破2 0 1 3 年6 月 _囊蝥 鏖蔓 塑 圭 土塑巍巍 爆破时间霎篓晕荤；戛三__||_；；三__{手_一萋{} m k g m 。1 昙 k g m “ 兰 k g m 。1 昙 k g m “ 芸} 7 2 0 ，- ／- ／4 薹曩 2o4 6 ．7 加- ／- 届 蠢曩 5 。 - 6 ．7 力霎龛7 ．们．8 3 ．沈2 ．32 ．叭2 ．8 凹．7 为 毫秒延期非电导 毫秒延期非电 a 光面爆破 b 定向卸压隔振爆破 a S m 洲t hb l a B t i 唱 b D i l 僦t i ∞a lb k t i I l gp 瑚s u 陀r e l i e fi ∞I a t i ∞ 图32 种爆破方法装药结构图 F i g ．3 ’n 坼l o 日d i 鸭d y 髓m i t es 缸u c t u 陀t 啪‰吐嘴咣衄，d s a 光面爆破 a S m 0 0 t h b l 鹊t i n g b 定向卸压隔振爆破 b D i 陀c t i o n a lb l 鹞“n gp r e s s u r e r e l i e fi ∞l a t i o n c 光面爆破后炮孔底中 d 定向卸压爆破后炮孔底部 c ‰k 晌mh o l e d ‰b o n 咖h o l e 岬r e h e f 咖0 a t l lb k i n g b l 枷鸭d i r 鲥硼a lV i 蜥∞ 图4 后效果对比图 n 昏41 l e 舭t0 f ∞曲嘲a f I 盱乩洲_ l l g 根据相同条件对比试验 1 光面爆破装药段 半边孔痕率7 9 ％，定向卸压隔振爆破装药段半边孔 痕率踞％； 2 光面爆破台段后冲有显现，定向卸压 隔振爆破无明显后冲痕迹； 3 光面爆破炸药单耗 平均O ．3 7 3k g ／m 3 ，定向卸压隔振爆破单耗平均 O ．2 7 6k g ／m 3 ，比光面爆破炸药降低2 6 ％。而且爆 破后岩体完整，宏观无爆破裂隙，边坡无需再修整， 而临空面方向的岩体得到加强破碎，爆后效果优于 光面爆破。 5 爆破结果分析 5 ．1 技术安全效果 1 定向卸压隔振爆破能克服光面爆破、预裂 爆破、定向断裂控制爆破等控制爆破方法的不足之 处，即定向卸压隔振爆破使轮廓线钻孔保留岩体一 侧，免受爆炸冲击波的直接作用，减少爆炸静态膨胀 的尖劈作用和扩裂作用。减少对岩体的损伤，有利 于保留岩体的完整性，和边坡、围岩的稳定性，更有 利于矿山长期安全生产。避免由于爆破累积损伤造 成的边坡崩塌等恶性事故。 2 定向卸压隔振爆破孔底间隔装药降低冲击 波、应力波压缩相传给岩石的冲量，减轻冲击波对岩 石的直接作用的能量，缩减爆破裂纹区的范围，延长 了应力场在岩体中作用时间2 5 倍H 】。改善了底 部的破碎质量，达到定向卸压和降低爆破震动的 目的。 由于采用定向卸压隔振爆破，对炮孔底部保留 岩体起到了很好的保护作用，为下部平台穿孔提供 了良好的条件，减少了后期的平场工作，也提高了穿 孔效率和成孔率。 3 隔振护壁面方向的隔振材料有反射和聚能 的作用，两端还能产生端部效应，据王树仁先生的研 究采用这种硬质材料，反射波的能量约为总能量的 1 0 ％一1 3 ％。这就有利于临空面岩石的破碎【4J 。 万方数据 第3 0 卷第2 期张志呈，韦家修，罗尧东，等定向卸压隔振爆破在生产实践中的应用 1 2 l 5 ．2 经济效益和社会效益 广西鱼峰水泥股份有限公司水牯山石灰石矿年 产4 1 0 6t ，经过5 0y 开采，1 9 0 台段以上已逐渐形 成最终边坡，其服务年限2 0y 以上。最终边坡开采 高度为8 0 2 6 0m ，最高落差达1 4 8m 。从1 3 0 水 平以下至8 0 水平为凹陷开采。在今后的爆破中，岩 石累积损伤和地震效应将对其边坡稳定性和附近建 筑带来长期的影响。 喀斯特裂隙，岩溶率达1 1 ．0 5 ％，局部地段破碎容易 发生卡钻或炸药装漏影响钻爆工作。原设计台阶坡 面角6 5 0 ，最终边坡角5 6 0 ，根据采用定向卸压隔振 爆破降低岩体的损伤和爆破振动，台阶坡面角可以 增加至7 0 0 。边坡角可提高至6 0 。，增加了可采矿量 和效益。 采用定向卸压隔振爆破与光面爆相比”J ，每年 可节约边坡整治维护费用9 20 3 6 元，在矿山服务年 由于地表水及地下剧烈溶蚀作用形成较发育的限内，可节约边坡维护成本24 8 49 7 2 元。 表3爆破方法的爆破结果 T a b I e3T №r 鹊u I t su n d e rd i 仃b 心n tb I 舔U n gm e t t l o d s 2 0 1 0 ／1 2 ／2 8。．O ．552 3 ．4 0 01 1 7 ．O8 7 ．54 3 7 ．5 p l u I 2 0 o ／2 ／3 t 器集 。．852 5 ．，0 02 6 ．58 2 ．54 - 2 ．5 2 0 l l ／1 ／4 爆破 1 ．262 2 ．7 0 01 3 6 ．28 7 ．55 2 5 ．O ’ 合计 3 9 7 ．71 3 7 5 ．00 ．2 7 61 0 0 2 0 1 1 年1 月4 日爆破，装 药段半边孔 痕率7 0 ％， 无后冲裂纹。 定向卸压隔振爆破对爆炸波起到限制、阻隔、吸 收、反射和滞留时间长的特点，生产实践表明这种爆 破效果优于光面、预裂爆破和定向断裂控制爆破。 装药段的半边孔痕率比光面爆破提高2 1 ．1 l ％，炸 药消耗比光面爆破降低2 6 ％。是目前较为实用的 一种控制方法。 定向卸压隔振爆破装药结构，2 0 1 2 年1 0 月l O 日获国家知识产权局授权的发明专利。 参考文献 R e k m 眦髑 [ 1 ]张志呈。向开伟，鲍罡武．露天深孔爆破地震效应与降 振方法[ M ] ．成都四川科学出版社，2 0 0 3 1 6 6 - 1 7 7 ． [ 2 ] 张志呈．定向卸压隔振爆破机理与试验[ J ] ．科技资 讯，2 0 l l 1 6 2 - 6 4 ． [ 2 ]z H A N Gz h i - c h e l l g ．D i r e c t i 伽I a lr e l i e v i n gp 陀s 8 u 陀a n d “- b r a t i o nb l a s t i n gm e c h a n i s ma n dt e s t [ J ] ．T e c h n o l o 画c a l I n f 0 姗t i 蚴，2 0 1 l 1 6 2 ．“． i nC h i n 镐e [ 3 ]张凤元．集中药包空气问隔层爆破技术的应用[ c ] ∥ 工程爆破文集．武汉中国地质大学出版社，1 9 9 7 ． [ 3 ] z H A N GF e n g y l l 蚰． A p p l i c a t i o no f c o n c e n t r a t e dc h 哪e a i ri n t e r l a y e rb I ∞t i n gt e c h n o l o g y [ C ] ∥E n g i n e e n gB l a 8 - t i n g ．W u h 釉C h i n aU n i v e r s i c y o fG e o s c i e n c e s P r e s s ， 1 9 9 7 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 王树仁，魏有志．岩石爆破中断裂控制的研究[ J ] ．中 国矿业学院学报。1 9 8 5 3 5 6 ．5 7 ． [ 4 ] w A N Gs h u - 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