无底柱分段崩落法中深孔爆破参数试验.pdf

第2 6 卷第1 期 2 0 0 9 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 6N o ．1 M 对．2 0 0 9 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 0 9 0 1 0 0 5 0 0 4 无底柱分段崩落法中深孔爆破参数试验 郑晓硕1 ，王剑2 ，周乃松3 1 ．中国地质大学 武汉 工程学院，武汉4 3 0 0 7 4 ；2 ．武钢集团公司，武汉4 3 0 0 8 0 ； 3 ．武钢集团矿业有限责任公司程潮铁矿，鄂州4 3 6 0 5 1 摘要在调查程潮铁矿东区的工程地质条件和现有采矿结构参数的基础上，根据利文斯顿爆破能量平衡 准则，应用现场系列爆破漏斗试验方法确定了程潮铁矿东区大结构参数条件下无底柱分段崩落法合理的中 深孔爆破参数；并根据相关公式应用V B 语言开发了计算爆破漏斗体积的可视化程序；试验结果表明1 ．4 一 1 ．7m 的炮孔排距、2 ．6 3 ．0m 的孔间距为程潮铁矿合理的中深孔爆破参数。 关键词无底柱分段崩落法；爆破满斗试验；爆破漏斗体积计算；中深孔爆破参数 中图分类号T D2 3 5 ．3 3文献标识码A S e r i a lB l a s t i n gC r a t eT e s t sC o n f i r mM e d i u m - l e n g t hH o l eB l a s t i n g P a r a m e t e ro fN o n p i l l a rS u b l e v e iC a v i n gM e t h o d Z H E N GX i a o - s h u 0 1 ，W A N GJ i a n 2 ，Z H O UN a i S O n 9 3 1 ．E n g i n e e r i n gF a c u l t y ，C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s e i e n e e s ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ； 2 ．W u h a nI r o na n dS t e e lC o r p o r a t i o n ，W u h a n4 3 0 0 8 0 ，C h i n a ； 3 ．C h e n g c h a o I r o nM i n eo fW u h a nI r o na n dS t e e lC o r p o r a t i o n ，E z h o u4 3 6 0 5 1 ，C h i n a A b s t r a c t O nt h eb a s eo fr e s e a r c h i n gt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i cc o n d i t i o na n de x i s t i n gm i n i n gs t r u e t t t r ep a r a m e t e r a n da c c o r d i n gt oL i v i n g s t o n ’sb l a s t i n ge n e r g yb a l a n c el a w ，t h et h e s i su s e dt h es e r i a lb l a s t i n gc r a t et e s t st oc o n f i r mt h e r e a s o n a b l em e d i u m l e n g t hh o l eb l a s t i n gp a r a m e t e ra b o u tn o n - p i l l a r8 u b l e v e le a r i n gm e t h o du n d e rt h el a 噼8 t l l l C t u r e c o n d i t i o n si nt h ee a s ta r e ao fC h e n g c h a oI r o nM i n e ．a n dav i s i b l ep r o g r a mw h i c hw 鹊u s e dt oc a l c u l a t et h ev o l u m eo f t h ef i l l e r i nV B v i s u a lb a s l e l a n g u a g e 砌e m p o l d e r e d ，t h et e s tr e s u l tS H O W St h e1 ．4 1 ．7mb u r d e na n dt h e2 ．6 3 ．0m 叩哦噼t h er e a s o n a b l em e d i u m l e n g t hh o l eb l a s t i n gp a r a m e t e r ． K e yw o r d s l i o n p i l l a rs u b l e v e le a r i n gm e t h o d ；b l a s t i n gc r a t e rt e s t ；b l a s t i n gc r a t e rv o l u m ec a l c u l a t i n g ；m e d i - u r n - l e n g t hh o l eb l a s t i n gp a r a m e t e r 刖吾 国内冶金矿山从2 0 世纪6 0 年代开始应用无底 柱分段崩落采矿方法，该方法有着采矿强度大、矿石 回收率高、矿石贫损指标低、大块率低及二次爆破费 用少等特点，在冶金、化工、黄金、建材等行业的矿山 收稿日期2 0 0 8 1 0 0 6 ． 作者简介郑晓硕 1 9 8 5 一 ，男；武汉中国地质大学 武汉 工程学 院硕士生．． 应用很多引。 程潮铁矿为了进一步提高生产效率及效益，建 设现代化矿井，开始采用大结构参数进行回采，从 一3 7 7 ．51 1 1 分段开始，将进路间距由原来的1 0m 增 加到1 5m ，同时也将分段高度由原来的1 4m 增加 到1 7 ．5m 。由于采场结构参数的大幅度增加，现场 生产中存在着以下问题深孔崩矿参数与采场结构 参数不相匹配；由于中深孑L 爆破回采区域加大，每 排炮孔所担负的矿量大大提高，中深孔爆破区域的 地质结构与地质条件对爆破质量，特别是爆破块度 万方数据 第2 6 卷第1 期郑晓硕等无底柱分段崩落法中深孔爆破参数试验 5 1 的影响进一步增加。 程潮铁矿曾做过多次科研工作提高采矿强度、 降低大块率，但由于地质条件的复杂多变性、爆破条 件和环境的特殊性，使得采场爆破效果仍难以满足 要求。目前采场回采爆破大块多，大块率高达1 0 ％ 以上，二次爆破量大，采矿成本高。 鉴于上述情况，为了优化大结构参数条件的中深 孔爆破参数，提高爆破质量，降低采矿成本，进行了系 列爆破漏斗试验以确定合理的中深孔爆破参数。 1 系列爆破漏斗试验理论基础 大量爆破漏斗的试验结果表明，当药包长径比 不超过8 时，爆破效果同真正的球状药包相接近。 爆破漏斗理论与试验的研究结果也表明一次爆破 传给岩石的能量大小与速度取决于岩性、炸药性能 和药包重量。从传给爆破岩体的能量观点来看，药 包埋置深度不变而改变药包重量，同药包重量不变 而改变药包埋置深度会有相同的效果。据此，利文 斯顿研究了在药包重量不变的情况下，药包埋置深 度对岩石破坏的影响，提出了药包处于临界埋深 ￡。 临界埋深指自由面岩石仅有裂隙或微量片落 发生时的药包中心埋深 时的弹性变形方程式，即 L 。 E Q “3或厶 △；E Q “’ 1 式中，￡。为临界埋深，m ；E 为应变能系数，对于特定 的岩石与炸药，E 为常数；Q 为球状药包重量，k g ；厶 为最佳埋深，即爆破体积最大且爆破块度均匀时的 药包中心埋深；△i 为最佳埋深比，△i L i ／L 。。对于 特定的岩石和炸药△；为常数。 爆破漏斗理论根据之一是所谓“立方根比例规 律”[ 4 刮，这个比例是根据量纲的推理，即大比例的 原型试件与小比例的模型试件之间的线性量纲的比 例因素，是与这2 个模型得出的爆破空间体积及爆 破用药量立方根成正比的。因此，在爆破试验中，一 个特殊的线性量纲￡可以表示为L Q ∽，其中Q 为炸 药当量。原型试件与模型试件上两点之间的线性距 离与炸药当量有如下关系 乏 赛 ㈤ 式中，下标P 与m 分别表示原型与模型。 根据爆破体积与装药量成正比的关系，在柱状 连续均匀装药时，则有 职／％ 叮。／q V 3 3 式中，矾，职为非耦合与耦合装药时的爆破抵抗 线，m ；g 。，q 为非耦合与耦合装药时单位长度炮孔 装药量，k g ／m 。 2 系列爆破漏斗试验 试验区域地层岩性主要是磁铁矿，细至中粒结 构，块状构造，局部地方发现了一些斑岩，颜色灰黑 色或深红色，块状，斑状结构；本区裂隙展布倾角较 大，走向Ⅳ椰、M 朋方向，倾角为6 0 0 _ 7 0 0 ，岩体结 构以块状为主，走向主要是M 阿方向，倾向N N W ， 倾角均大于6 0 0 。 2 ．1 试验地点的选择 爆破漏斗试验地点的选择应尽量使试验矿体地 段与被开采区段矿岩性相同或接近；经现场调查试验 地点选择在程潮铁矿东区一3 7 5m 水平3 0 。3 1 。回采 巷道下盘段的帮壁上；漏斗试验地点见图l 所示。 123 图1系列爆破漏斗试验炮孔平面布置示意图 为了解矿体节理裂隙对爆破漏斗试验的影响程 度和确定试验钻孔的直径与孑L 距，应对试验现场进 行节理裂隙的调查，但由于试验地段巷道进行了锚 喷支护，故试验后，在爆开的漏斗内进行地质调查， 调查结果表明该区域主要为矿体和部分蚀变的闪长 纷岩、矽卡岩，裂隙不发育，岩体稳定性好，与开采地 段的矿岩体性质基本一致。 2 ．2 试验方法 1 进行单孔爆破漏斗试验，寻求最佳爆破漏斗 深度； 2 以最佳爆破漏斗深度为装药深度，进行变孔 距同段爆破漏斗试验，以确定最大孔底距的参数范 围，求得在同段爆破情况下的单位炸药消耗量； 3 采用连续柱状药包斜面台阶爆破试验方法， 利用斜面台阶爆破抵抗线连续变化，进行单孔同段 斜面台阶爆破，测量其爆破的最小抵抗线； 4 根据试验结果和理论分析计算结果，推荐中 深孔爆破参数。 2 ．2 ．1 装药、堵塞与爆破 装药前，对个别较深的炮孔用炮泥调整到设计 装药深度，而后用炮棍装填药包。药包装入设计位 置后，再在孑L 口堵塞约一定长度的炮泥。炸药起爆， 所用2 。岩石炸药用非电毫秒雷管直接起爆，每次爆 破所有试验炮孑L 。 万方数据 5 2爆破2 0 0 9 年3 月 s ； 了B [ 虼 匕 2 匕 y 4 ⋯ K ； ⋯ 测点粤黑兰二 ，7 ．；兰望篓．i ，寰堡氅篓曼．， ．值作为漏斗半径。 各断面面积求出后，按棱台体求得漏斗体积V o ⋯⋯⋯～⋯ y 百B [ s ，蟠。 2 s 。峨 ．．．s ．．． 壹∥『_ 爵】 5 3爆破漏斗试验数据处理与结果分析 在上述公式的基础上，利用‘讫语言编写一可3 l 苎銎璺破漏斗试凳 ⋯ 銎垂辈毳黛爆篓霆兰慧未徽嚣算量，蚶嚣翌f 裟鬈糕凳淼妥豫 提高了戆慧冀警界面如图2所示。麓箍苗2蒜药蚪300l嚣粢淼磊壶妄223．． 爆破漏斗半径测量 脞厮纠．岜．日‘徊叫什．．5 j ’／卜门3 卟俐、亍。巳砜 奄渴然臻骠瓣黧絮勰磊辜篇蒜黧嬲，黧嚣 妻鋈兰口絮羹黧慧脞鬟2 中塞熙 罴淼嚣釜篇嚣禚川畀’圳1 苛刖荆L 8 R 接量取个不同方位的漏斗半径；，然后取其平均 砾恹佣叶砜拟钳不州砜1 ∥| 小。 表1 单孔爆破漏斗试验数据 从爆破漏斗显示的新鲜岩面可以看出，当岩石 结构面倾向与爆破作用方向一致，且其为急倾斜。 这明显出现了有利于炸药能量利用以及岩块沿结构 面抛掷的情况，这几个漏斗的爆堆也出现了沿结构 面剥离的大块，因此出现了3 。、9 。漏斗体积过大的现 象，为不失比较和一般性，在进行数据分析、处理时 应剔除这2 组数据。 由表l 数据得到2 。岩石炸药的爆破漏斗特性 曲线如图3 所示。 根据最d x - - 乘法原理，对炸药爆破漏斗试验数 据进行三次项回归，所得炸药的爆破漏斗体积 y 与药包埋深 ￡ 以及y 与爆破漏斗半径 R 之间的 多项表达式为 ∥Q 1 ．6 5 52 r 一5 ．9 3 65 r 5 ．5 0 79 L 一0 ．9 3 68 6 理论最佳深度与体积L 0 ．6 3n l ，V 0 ．1 8m 3 。 4 图3 药包埋深比与单位炸药漏斗体积关系曲线 y 一o ．3 2 8l 譬 0 ．8 6 02 砰一o ．1 7 25 R o ．0 0 11 7 由上述式得出标准爆破漏斗时的漏斗半径R ￡ 0 ．6m 。此时，2 ’岩石炸药单耗为1 ．6 7k g ／m 3 。 根据上述分析和表1 的结果可知，在该矿岩条件 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 l O 0 O O O O O O 0 O a 支 万方数据 第2 6 卷第1 期郑晓硕等无底柱分段崩落法中深孔爆破参数试验 5 3 下进行单孔爆破漏斗试验所得的主要参数为炸药的 临界埋深1 ．3m ；最佳埋深0 ．6 3m ；最佳埋深比0 ．4 8 ； 最佳爆破漏斗体积0 ．1 8m 3 ；应变能系数1 ．5 2 3 ；单位 炸药消耗量1 ．6 8k g ／m 3 。 由试验可以看出节理裂隙对爆破漏斗形成有 很大影响。具体表现在对漏斗形状、漏斗体积、爆破 块度、炸药单耗等方面。从现场爆破漏斗试验结果 来看，当岩石结构面倾向与炮孔轴向一致且急倾斜， 均出现了爆破体积大、炸药单耗小，爆破块度大的 情况。 3 ．2 变孔距多孔同段爆破漏斗试验结果 根据单孔爆破漏斗试验确定的最佳爆破漏斗深 度钻凿5 个炮孔，相邻两孔间距分别为2 ．2m 、 2 ．0m 、1 ．8m 、1 ．4m ，以最佳炮孔埋深为药包装药 深度，炮孔内分别装填3 0 0g 的2 。岩石炸药。炮孔 布置如图1 中的变1 一变5 。经爆破试验和统计计 算，试验结果如表2 所示。 ” 表2 变孔距多孔同段爆破数据 由现场爆破效果观测可知，由于现场试验巷道 存在有很厚的混凝土喷层和锚杆，所以不同孔间距 同段爆破试验的爆破体积存在不同，孔间距为 2 ．2m 的l 、2 两孑L 及2 ．0m 的2 、3 两孔都未连通成 槽，基本上形成各自独立的爆破漏斗；孔间距为1 ．8 m 的3 、4 两孔虽形成连通，受巷道锚杆支护作用，未 能形成沟槽，但现场爆破效果可见爆破作用使两漏 斗形成联通，量测两孔漏斗体积为0 ．4 5 8m 3 ，但由 节理裂隙控制，形成大块较多；孔间距为1 ．4m 的 4 、5 两孔沿炮孔中心线连通，形成沟槽，受锚杆作 用，孔间留有脊柱，大块较多；分析上述结果，当孔间 距相对较小时，孔间炸药爆能相互叠加，形成的孔脊 柱较小；当孔间距相对较大时，孔间炸药爆能叠加效 果削弱，最终呈现独立的爆破漏斗。变孔距同段爆 破试验结果表明，孔间距等于或小于1 ．8 一1 ．6m 时，相邻炮孔爆破漏斗叠合较好，孔底矿石得到有效 破碎。计算得知此时的最优炸药单耗为1 ．3 3 k g ／m 3 。 3 ．3 斜面台阶爆破漏斗试验结果 斜面台阶法最小抵抗线试验炮孔布置如图l 所 示，爆破结果经过统计得到炮孑L 深度1 ．6 3m ，装药 长度1 ．1 7m ，孔底抵抗线O ．9 4m ，爆破使该孔全部 爆开，测得最大抵抗线0 ．9 4Y n 。 4 结论 1 爆破漏斗试验结果表明，矿岩体节理裂隙对 爆破漏斗形成有很大影响。其控制了爆破漏斗形 状、体积、爆破块度、炸药单耗等重要的爆破效果指 标。在实际生产中，应注重工程地质的现场勘察与 分析工作，并依据其结果及时调整爆破参数。 2 通过统计分析，得出了2 。岩石炸药东区矿体 的爆破漏斗特性曲线的回归多项式，回归曲线的相 关性好，复相关系数均在0 ．7 5 以上。经多项式求 解，求得的爆破漏斗最佳状态下的基本参数理论最 佳深度0 ．6 3m ，体积O ．1 8r n 3 。 3 根据本次现场系列爆破漏斗试验结果，采用 “立方根相似定律”理论，推荐中深孔生产爆破的主 要参数炮孔排距1 0 为1 ．4 一1 ．7m ；孔底距口为 2 ．6 _ 3 ．0r n ；建议在地质地层变化没有完全掌握的 情况下，在上述参数的生产应用中，应当加强对爆破 效果的观察与分析，并随矿体具体开采技术条件的 变化，再行研究矿体的可爆性情况，以调整爆破 参数。 5 致谢 论文以导师周传波教授的采场矿岩体爆破性 质与爆破参数优化研究横向科研项目为依托，张 亮、李杨、王鹏、姚颖康和刘文进等研究生参与了现 场试验与室内数据处理，现场试验工作得到了程潮 铁矿相关技术人员的大力配合，在此对导师、各位同 学和现场技术人员深表感谢 参考文献 【1 ]周传波．爆破漏斗试验在一次爆破成井中的应用研究 [ J ] ．金属矿山，2 0 0 5 8 1 2 - 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