油母页岩爆破粉矿率的控制技术.pdf

第3 2 卷第4 期 2 0 1 5 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 2N o ．4 D e c ．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 6 油母页岩爆破粉矿率的控制技术 章征成1 ，韩新平1 ，李世丰1 ，邹宗藩2 1 ．辽宁工程技术大学，阜新1 2 3 0 0 0 ；2 ．浙江省淳安县城乡建设勘察测绘有限公司，淳安3 1 1 7 0 0 摘要为降低油母页岩的爆破粉矿率，提高资源利用率，抚顺东露天矿在油母页岩爆破施工中，通过控制 炮孔密集系数、采用孔底和上部空气间隔装药结构、减小填塞长度、孔内外延时起爆技术进行爆破试验，利用 S p l i t ．D e s k t o p3 ．1 图像分析软件进行爆破效果分析。结果表明三角形布- ；L L 底0 ．6m 和上部2 ．6m 的空气 间隔装药结构粉矿率较低；三角形与正方形布孔对比正方形最低。该区域的油母页岩体可采用正方形布孔、 起爆密集系数为2 、孔底0 ．6m 和上部2 ．6m 的空气间隔装药结构进行爆破。 关键词 油母页岩；空气间隔装药；密集系数；粉矿率 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 8 4 0 5 C o n t r o l l i n gT e c h n i q u eo fP o w d e rR a t i oi nO i lS h a l eB l a s t i n g Z H A N GZ h e n g ．c h e n 9 1 ，H A NX i n - p i n 9 1 ，L IS h i - f e n 9 1 ，Z O UZ o n g 扣n 2 1 ．L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y ，F u x i n12 3 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．Z h e j i a n gC h u n a nC o u n t yC o n s t r u c t i o nS u r v e ya n dM a p p i n gC oL t d ，C h u n a n3 117 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt or e d u c et h eb l a s t i n gp o w d e rr a t i oi no i ls h o ea n dt oi m p r o v er e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，s o m e m e a s u r e sa sc o n t r o l l i n gt h ec o e f f i c i e n to fh o l e s p a c i n g ，a p p l i c a t i o no fh o l e b o t t o ma n dt o pw i t ha i rd e c kc h a r g i n g ，r e - d u c t i o no ff i l l i n gl e n 昏ha n dd e l a y i n gb l a s t i n gt e c h n o l o g yo u t s i d et h eh o l e ，w e r eu s e dt op e r f o r mb l a s t i n ge x p e r i m e n t s d u r i n gb l a s t i n gp e r f o r m i n gi nt h ee a s ts t r i po p e nm i n eo fF u s h u n ．T h eS p l i t D e s k t o p3 ．1i m a g e a n a l y s i ss o f t w a r ew a s e m p l o y e dt oa n a l y z et h eb l a s t i n ge f f e c t s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el o wp o w d e rr a t i o sw e r eo b t a i n e dw h e nt h ea i rd e c k c h a r g i n gl o c a t e dO f f0 ．6m a th o l e - b o t t o ma n d2 ．6ma tt h eh o l e t o pi nt r i a n g l eh o l ep a t t e r n ．B l a s t i n ge f f e c tf r o mt r i - a n g l eh o l ep a t t e r nw a sb e t t e rt h a ns q u a r eh o l el a y o u t ．A c c o r d i n gt ot h er o c km a s so fO i lS h a l ei nb l a s t i n ga r e a ，t h e b l a s t i n gp a r a m e t e mw e r ep u tf o r w a r dw i t hs q u a r eh o l ep a t t e r na n dr e a s o n a b l eh o l e s p a c i n gc o e f f i c i e n t2 ． K e yw o r d s o i ls h a l e ；b l a s t i n gw i t ha i r - d e c k i n gc h a r g e ；c o e f f i c i e n to fh o l e - s p a c i n g ；p o w d e rr a t i o 抚顺东露天矿是一大型深凹露天矿，油母页岩 沉积于煤层之上，是煤层的顶板，根据其品位不同分 为两层，下部为贫矿，上部为富矿，富矿占油母页岩 总厚6 4 ％强，走向东西偏北1 0 。左右倾斜向北，走向 长6k m ，倾斜宽大部为8 2 0 8 6 0m ，倾角2 5 ．3 。～ 3 4 ．7 0 ，岩石坚固性系数f 1 ．5 ～2 ．4 。油母页岩下 部是老虎台矿、龙风井工煤矿的日伪残采区，其开采 方法不一，处理的方式也不一样，虽然不少采区加以 收稿1 3 期2 0 1 5 0 7 1 6 作者简介章征成 1 9 6 9 一 ，男，高级爆破工程师， E - m a i l 1 0 9 7 4 3 0 8 3 3 q q ．c o r n 。 充填，仍有地表沉陷现象。油母页岩在开采过程因 市场原因造成多次停产，较长一段时间整个矿坑浸 泡在水里，现场掘露的油母页岩节理、裂隙发育并相 互交错，且断层较多，给爆破开采带来了一定困难。 矿山开采设计台阶高度8m ，钻孔孑L 径1 5 0m m ， 孔网参数为炮孔间距口 6m ，排距b 4m ，超深 lm ，填塞长度5 5 ．5m ，炸药单耗0 ．1 7k g ／m 3 。前 期生产过程中粉矿率 块度小于1 ．5c m 在1 2 ．6 4 ％一 1 5 ．4 5 ％之间。在油母页岩采矿爆破过程中，爆后粉 矿率是衡量爆破质量的一个重要指标，油厂把块度 小于1 ．5c m 的油母页岩作尾矿直接排弃，粉矿率的 万方数据 第3 2 卷第4 期章征成，韩新平，李世丰，等油母页岩爆破粉矿率的控制技术 高低直接影响采矿成本，从而影响资源利用率和矿 山服务年限问题。为了充分利用有限的资源，抚顺 东露天矿与辽宁工程技术大学露天矿山研究院对油 母页岩爆破开采的粉矿控制技术进行了系统研究。 经分析影响油母页岩粉矿率的主要因素 有’2J 1 地质因素指矿石在未被开采扰动之前 原始状态下的固有性质对粉矿率产生的影响因素， 如赋存条件、地质构造和物理力学性质等。 2 爆 破因素深孔台阶爆破参数、炸药性能、装药结构、起 爆顺序等条件。 3 生产工序环节采装、运输、转 载、筑路基、风化、碾压等原因在平盘留下的碎渣；炼 油厂破碎、筛分、转载等环节造成的物理破碎。 对爆破粉矿率的控制，国内对中硬岩已进行了大 量的研究【3 。7J ，我们根据抚顺东露天矿单斗- 铁道开采 工艺，台阶坡底线至铁道只有8m 塌落宽度的实际情 况通过控制炮孔密集系数、空气间隔装药、减少填塞 长度、孔外延时起爆技术等措施，在一定程度上降低 了粉矿率，取得了显著的经济效益和社会效益。 1 爆破粉矿率的控制技术 1 ．1 控制炮孔密集系数 矿山正常台阶爆破的孔距口 6m ，排距b 4m ，采用排间起爆方式，炮孔密集系数是1 ．5 。众 所周知，三角形布孔时，采用不同的起爆方式就会出 现不同的密集系数嵋J ，前期采用的是三角形布孔斜 线起爆方式，起爆时的孔距口 5m ，排距b 4 ．8m ， 密集系数就为1 ．0 4 。 在露天深孔台阶爆破中，炮孔密集系数m 是一 个很重要的参数，爆破界一致认为在单孑L 装药负担 面积相同的条件下，采用不同的起爆方式增大密集 系数，可以降低单耗、提高爆渣均匀度、减少粉矿和 大块率、减小残留根底、后冲小”’9J 。国内的宗琦教 授通过近似等值抵抗线原理求得爆破能量利用率最 高的炮孔密集系数为2 【l0 | 。根据以上原理，爆后必 然增多粉矿率和大块率。产生这一现象的原因是设 计时没有处理好布孔密集系数和起爆孔网实际密集 系数的关系，决定爆破质量的是起爆时的孔网实际 密集系数。因此在爆破设计时首先应确保在安全上 可靠，然后再选取爆破质量较优方案。针对本矿台 阶坡底线至铁道只有8m 安全距离，如果朝正前方 爆破就很难保证铁道的安全，所以只能采用侧向起 爆；另一方面从爆破质量方面考虑，采用正方形布孔 和斜线起爆炮孔实际密集系数 是2 见图1 ，这样 正好满足以上爆破质量对炮孔密集系数的要求。 起爆点 图1 正方形布孔斜线起爆网路图 单位m F i g ．1 S q u a r eh o l ea n do b l i q u el i n ei n i t i a t i o nn e t w o r k u n i t m 1 ．2 空气间隔装药 在工程施工中采用的是连续装药结构，经过长 期的观察分析，采装后发现孔底粉矿率较高、上部大 块多，经分析造成此种现象的原因是孔底药量集中、 爆炸压力过高、而上部填塞过长造成的。在炸药性 能一定的条件下，为了减小爆破对岩体的破坏，可采 取空气间隔装药技术措施，降低爆炸压力峰值来减 小对岩体的损伤1 ‘坫J 。对底部柔性垫层装药爆破 技术，近年来国内外多有研究成果。研究的目标都 集中在降低大块率和节药成本方面，研究的结果同 时表明，采用底部空气间隔装药技术对克服根底没 有不良影响，且在爆破减振方面有积极意义。姚尧 教授等研究柔性垫层减振作用的结论是当孔底柔 性垫层高度为药径的6 7 倍时，孔底以下基岩的破 坏深度 从药包底线算起 减小4 0 ％以上。据有关 资料，孔底柔性垫层爆破技术在三峡工程保护层开 万方数据 爆破2 0 1 5 年1 2 月 挖中取得了较好的爆破效果‘1 63 。鉴于此，我们采取 底部和上部空气间隔装药作为主要技术措施 图 2 ，对油母页岩爆破降低粉矿率进行试验。通过使 用这项技术措施，粉矿率由1 2 ．6 4 ％～1 5 ．4 5 ％降低 到8 ．5 ％一1 1 ．2 ％，并且未出现底板抬高现象。 图2 空气间隔装药示意图 F i g ．2 S c h e m a t i cd i a g r a mo fa i rd e c k i n gc h a r g i n g 1 ．3 填塞长度 深孑L 爆破填塞的目的是防止爆炸气体的过早逸 出而产生飞石事故，但是填塞过长容易产生大块。填 塞长度为0 ．7 1 ．0 倍抵抗线时，一般情况下可以保 证不产生飞石。矿山原来的填塞长度为5 5 ．5m ， 由于炮孑L 填塞长度较大，药柱中心偏低，炸药主要集 中在孑L 底，台阶上部未装药部分相对较长，因此沿炮 孑L 轴线炸药能量分布很不均匀，造成台阶上部大块较 高，装载困难，增加了二次破碎的工作量，使得总体成 本变高，对矿山经济效益造成了不良影响。台阶底部 矿岩又过分粉碎，粉矿较多，造成资源浪费【t 7 , 1 9 l 。借 鉴国内外同类矿山的经验，通过现场试验，比较爆破 效果，最终把填塞长度减小到3 3 ．5m ，减小填塞长 度后，沿炮孑L 轴线炸药的能量分布较均匀，爆破过程 中无飞石，大块率由原来的1 5 ％下降到5 ％，且粉矿 减少1 ％，爆破效果如图3 所示。 图3不同填塞长度爆破效果对比图 F i g ．3B l a s t i n gr e s u l t so fd i f f e r e n ts t e m m i n gl e n 殍h 1 ．4 采用孔内外延时接力起爆技术 矿山经常出现拒爆，在南帮顺岩层爆破有时出现 成排拒爆的现象，产生这种情况的原因是网路设计 孔内M S l ，孔外M S 4 不合理。由于导爆管的传播速 度 不大于2 0 0 0m ／s 远小于爆炸应力波的传播速度 3 0 0 0m ／s 以上 ，炮孔内外雷管段别选择不当，先爆 孑L 引起的爆炸应力波就可能先于导爆管传播到后面 炮孔的位置。由于被爆介质的错动而将网路切断或 拉断，从而出现后面炮孑L 的拒爆现象。为避免或减少 先爆炮孔对后排炮孔及地表网路的破坏，把孑L 内的雷 管由1 段改为1 0 段 3 8 0m s 、地表4 段 7 5i n s ，由 于孔内延期时间比地表接力雷管和延期时间长许多， 当前排炮孑L 内的炸药爆炸后，起爆信号已传人数排炮 孑L 内的雷管。这样，后排炮孑L 即使产生错位，由于孑L 内雷管的延期药已被点燃，也不会拒爆9 | 。采用此 种起爆网路解决了拒爆问题。 2 试验方案与结果分析 考虑到现场实际场地的要求，本方案选取台阶 高度为8m 进行试验。将上述措施进行组合，得到 下面试验方案 表1 。 爆破后，在采装过程中每隔1 0m 对爆堆进行拍 照取样，然后利用S p l i t ．D e s k t o p3 ．1 图像分析软件 进行爆破效果分析所得的块度情况见表2 。 从表2 可以看出，随着孔底空气柱长度的增加 粉矿率有下降的趋势。从表2 也可以看出随着孔底 空气柱长度的增加大块 6 0c m 以上 率同样有下降 的趋势。 从以上分析结果可以看出，采取以上综合措施 降低油母页岩爆破粉矿率是有效的，在孔底6 0c m 空气柱时电铲司机反映在采装过程中底板有点硬， 但是没有出现根底，因此孔底空气间隔在1 6 0 1 6 8g ／m 3 单耗时不能再增大了。 3 结论 1 深孑L 台阶爆破在单孑L 负担面积相等的情况 下，采用不同的炮孔密集系数可以得到不同的爆破 效果。 万方数据 第3 2 卷第4 期章征成，韩新平，李世丰，等油母页岩爆破粉矿率的控制技术 8 7 表2 爆破试验块度分布 T a b l e2 F r a g m e n t a t i o nd i s t r i b u t i o no fb l a s t i n ge x p e r i m e n t s 2 采用上下不同的空气间隔长度，调节爆炸 气体压力和作用时间，在空气间隔长度相等的条件 下，上下空气间隔装药可明显改善爆破效果。 3 孑L 底空气间隔可以降低爆炸初始压力峰 值，缩小粉碎圈，使更多的爆炸能量作用于破裂圈， 从而改善整体爆破质量。 4 采用孔内外延时接力式起爆技术，可改善 爆破效果，提高爆破质量，解决网路拒爆问题。 5 孔底和上部空气间隔联合使用原理，值得 从理论上进一步研究它对岩体的爆破机理。 总之通过改变炮孔密集系数、空气间隔装药、减 小填塞长度、采用延时接力式起爆技术等爆破措施， 降低了油母页岩粉矿率，提高矿产资源利用率，延长 矿山服务年限，具有一定的经济和社会效益。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 汪旭光．爆破设计与施工[ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 1 1 ． [ 2 ] 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 7 ． [ 3 ] 刘玲平，唐涛，李萍丰，等．装药结构对台阶爆破粉 矿率的影响研究[ J ] ．采矿技术，2 0 1 0 ，1 0 1 6 7 - 7 0 ． [ 3 ] u uL i n - p i n g ，T A N GT a o ，L IP i n g f e n g ，e ta 1 ．R e s e a r c ho n i n f l u e n c eo f c h a r g es t r u c t u r e o nm i n e r a lf i n e r a t i o i n b e n c hb l a s t i n g [ J ] ．M i n i n gT e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ，1 0 1 6 7 - 7 0 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 郭连军，董丰德，张大宁，等大连石灰石新矿爆破优化 试验研究[ J ] ．爆破，2 0 1 2 ，2 9 3 4 5 ．4 9 ． [ 4 ] G U OL i a n - j u n ，D O N GF e n g - d e ，Z H A N GD a n i n g ，e ta 1 ． E x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nb l a s t i n go p t i m i z a t i o ni nd a l i a n n e wl i m e s t o n em i n e [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 2 ，2 9 3 4 5 - 4 9 ． i nC h i n e s e [ 5 ]叶海旺，康强，赵明生，等．节理裂隙岩体空气间隔 装药爆破试验研究[ J ] ．爆破，2 0 1 2 ，2 9 2 2 6 - 3 0 ． [ 5 ] Y EH a i - w a n g ，K A N GQ i a n g ，Z H A OM i n g - s h e n g ，e ta 1 ．E x - p e i l m e n t a ls t u d y o na i rd e c k i n g c h a r g i n ge x p l o s i o n i n j o i n t e da n df r a c t u r e dr o c km a s s [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 2 ， 2 9 2 2 6 - 3 0 ． i nC h i n e s e [ 6 ]李遥，吴亮，钟冬望，空气间隔装药混凝土爆破试 验块度分析[ J ] ．爆破，2 0 1 4 ，3 1 1 1 0 ．1 5 ． [ 6 ] L IY a o ，w uL i a n g ，Z H O N GD o n g w a n g ．L u m p i n e s sd i s t i l b u t i o na n a l y s i so fc o n c r e t eb l a s t i n gt e s tw i t ha i r d e c k i n g c h a r g e [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 4 ，3 1 1 1 0 - 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