露天矿逐孔爆破技术的应用及效果.pdf

2 0 1 0 年1 2 月露天矿逐孔爆破技术的应用及效果张志呈等 露天矿逐孔爆破技术的应用及效果 张志呈①熊文②吝曼卿① ①西南科技大学 四川绵阳，6 2 1 0 0 0 ②武汉建工股份有限公司 湖北武汉，4 3 0 0 2 3 [ 摘要] 文章介绍了逐孔起爆技术在部分矿山实际应用的炮孔布置网络和爆破技术效果分析，提出今后需积极 探索高精度导爆管雷管孔问延时与孔问应力波幅值叠加原理更好的统一与规范，以推动爆破技术的进步。 [ 关键词] 逐孔起爆起爆网络应力波幅值 [ 分类号] T D 2 3 5 引言 穿孔爆破是矿业工程、岩土工程等生产过程中 的一个至关重要的工作，特别是露天采矿生产过程 中的一个最重要的工序。穿孔爆破成本在矿山生产 成本中占有较大比例，而爆破质量的好坏直接影响 到铲装、运输、矿岩粉碎等工序的生产效率和成本。 良好的爆破质量是采矿工作者一贯追求的工作目 标，而逐孔起爆技术主要特点是爆破振动强度降低、 大块根底率减少、铲装效率提高、穿爆成本降低。目 前，该项爆破技术的推广在冶金、有色、煤炭、建材、 公路等行业部分单位取得了显著的技术经济效益和 社会效益。 1 露天深孔逐孔起爆技术的布孔方法和起爆方式 1 ．1 露天深孔逐孔起爆布孔方法 露天深孔逐孔起爆布孔方法主要是根据爆破起 爆方式和孔问系数的要求而定。一般采用三角形布 孔、正方形布孔和矩形布孔，但以三角形和正方形布 孔为主[ 1 】。正方形布孔适用于V 形起爆系统，等边 三角形布孔适用于斜线起爆系统，等腰三角形布孔 适用于排间起爆和宽孔距小抵抗线布孔起爆系统。 如图1 所示。 ⋯⋯⋯j ⋯⋯⋯j j ；；‘；’；i 雨。。。。。o。。。。 OOo OOO O oo●oO口。口oa OOooOOooOo口 oOOooo OoOOo ooooo oooO● a” c ● a 正方形布孔； b 等边三角形布孔； c 等腰三角形布孔 图I深孔逐孔起爆布孔方法示意图 1 ．2 露天深孔逐孔起爆方式 起爆方式是实现逐孔起爆的关键，起爆的方式 分为两种，即地表延期网络和孔内延期网络。孔内 采用双雷管延时，地表采用单雷管联结，地表延期网 络采用地表接力延期，地表延期雷管引爆孔内延期 雷管 一般情况下孔内用同一段雷管 ，再引爆炸 药。 1 ．3 逐孔起爆网络 逐孔起爆网络，根据不同条件有各种不同网络 方式【2 】 1 斜线逐孔起爆网络，如图2 a 所示。 适用于爆区两个自由面的情况，在这种情况下，爆区 爆破朝一个方向抛掷。 2 “V ”型逐孔起爆网络， 如图2 b 所示。该网络适用于爆区只有一个自由 面的情况，在这种情况下，爆破两边岩块相向抛掷。 3 逐孔平行起爆网络，如图2 c 所示。该网络适 用于平行于台阶的自由面方向有宽广的空间，该方 式起爆顺序是逐孔逐排起爆或前后排依次起爆，沿 台阶走向倾斜抛掷。在逐孔起爆技术推广中平行起 爆应用很少。 a b c a 斜线逐孔起爆； b v 形逐孔起爆； c 平行逐孔起爆 图2 逐孔起爆网络示意图 1 ．4 国内部分矿山实施逐孔起爆的网络实例 1 ．4 ．1 永平铜矿逐孔起爆技术网络 永平铜矿是我国大型露天矿之一，该矿已经成 功地推广应用了逐孔起爆技术，采用斜线逐孔起爆 和“V ”型逐孔起爆方式口】，如图3 a 、 b 所示。 牧稿日期2 0 1 0 - 0 9 - 2 5 作者简介张志呈 1 9 3 3 一 ，男，教授，主要从事工程爆破的理论研究。E m a i l U n m a n q i n 9 8 3 1 2 0 6 1 6 3 ．嘲 万方数据 1 8 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 9 卷第6 期 4 0 m s 孔内 延期雷管 ＼4 2 岬3 4 ； ＼1 9 2 ／1 6 7 4 2 m s 地表延期雷管 ／ 彬梦8 4 0 f ／ 舯 ’6 7 ／4 2 ／／ 2 5 m s 地 表延期 雷管 主控制排方向 b a 斜线逐孔起爆； b V 型逐孑L 起爆 图3 永平铜矿逐孔起爆技术起爆网络 1 ．4 ．2 大孤山铁矿逐孔起爆技术网络 大孤山铁矿是我国大型露天铁矿之一。从5 0 年代到现在，开采深度大，采用逐孔起爆技术降低爆 破振动对露天边坡的影响意义重大，其起爆网络如 图4 和图5 所示【4J 。 图4 二期井尾巷爆破网络图 图5 爆破等时线 1 ．4 ．3 齐大山铁矿逐孔起爆技术垆’ 在爆区第一排自由面大多适合在爆堆整体移动 的位置选择一个炮孔为起爆点，沿第一排炮孔为控 制排，这个控制排为爆破建立孔间延时顺序，往后的 起爆顺序由后返式雁行线上的地表延时控制，地表 采用单管联结，孔内采用双管延时，如图6 所示。 南山一4 51 1 1 水平进行掘沟爆破，爆破岩石为透 图6 逐孔起爆顺序示意图 闪矿和极贫矿，爆破4 6 个钻孔，段高1 5m ，孑L 深1 7 r l l ，爆破量8 ．2 万吨。爆破延米8 0 2m ，炸药单耗 0 ．4 5 k g ／t ，爆破效果1 0 1 ．8t ／m 。爆破联线图见图7 ， 爆破网络等时线如图8 所示。 一9 m s 一2 5 m s 一4 2 m s 图7爆破联线 图8 爆破网络等时线 1 ．4 ．4 双马水泥集团张坝沟石灰石矿 张坝沟石灰石矿有多种岩层，其主要的有纯灰 岩f 9 ～1 1 ，白云质灰岩， 1 0 1 2 ，碎屑灰岩．厂 6 8 ，多数属于中硬和硬岩，工作阶段平均高1 5 ．O 1 1 1 ，钻孔深1 7 ．5I n ，抵抗线4 ．O 一4 ．5m ，排间距3 ．5 4 ．0m ；孔间距6 ．0 ～8 ．0m ，单位耗药量0 ．1 5 一 O ．1 8k g ／t ，炮孔爆破排数一般为3 5 排。其逐孔起 爆技术起爆网络的起爆顺序如图9 所示t 6 1 。 1 ．4 ．5 南芬露天深孔爆破中采用逐孔爆破技术【7 1 南芬露天矿铁矿是我国大型露天矿之一，自 2 0 0 0 年开始，推行逐孔起爆技术，取得了良好的技 术经济效益，并根据不同条件采用不同形式布孔起 h 昵 问衢／揪妙地，驴＼_ 万方数据 2 0 1 0 年1 2 月露天矿逐孔爆破技术的应用及效果张志呈等 1 9 爆网络。主要有一个自由面方形布孔起爆网络，两 个自由面方形布孔起爆网络；一个自由面三角形布 孔起爆网络，两个自由面三角形起爆网络。图1 0 为 南芬露天矿2 0 0 1 年7 月9 日爆区起爆网络。 麓Z 黧麓豢蒜翟溺戋少罗 鹈綮溅嚣 ，秽黧三飘 图1 0 南芬露天矿2 0 0 1 年7 月9 日爆区起爆网络 1 ．4 ．6 江苏船山石灰石矿【8 】 船山石灰石矿年产9 0 0 1 0 0 0 万吨石灰石，为 我国大型辅助原料矿山。2 0 0 2 年4 月实施逐孔起 爆技术，爆破振动大幅降低，破碎效果大大改善，提 高了延米量，降低了炸药单耗，获得显著的技术经济 效益。常用起爆网络如图1 1 所示。 念一起缳点。延时2 5 m s 地衷管一一延时4 2 m s 地袋臀 图1 1起爆网络示意图 2 逐孔起爆爆破效果分析 2 ．1 逐孔爆破可降低爆破振动 逐孔爆破使用高精度毫秒雷管，能够实现炮孔 在时间和空间上的独立起爆。根据国家标准 G B 6 7 2 2 - - - 2 0 0 3 爆破安全规程，从爆破震动的计算 公式y K Q Ⅳ3 ／R 4 中不难看出，式中Q 为同时起 爆的最大药量，由于逐孔起爆把每个孑L 的起爆时间 平均分开，起爆的孔数明显减少，基本达到了单孔起 爆效果，起爆药量的明显降低，使爆破振动速度大幅 度下降，见表1 [ 4 , 7 - 1 3 ] 。 2 ．2 爆破效果分析 2 ．2 ．1 消除应力降低区【2 J 当两个药包齐发爆破，在连心方向形成应力增 高区，当爆破呈辐射状向外传播应力波作用线相交 呈直角时产生应力降低，如图1 2 所示。当A 药包 爆轰时，如图1 2 a ，岩石中I 、Ⅱ单元体均分别受 到沿炮眼径向方向的压力。同时，又分别受沿各自 切向方向的拉应力作用。B 药包爆轰时，情况也是 一样，如图1 2 b 。当A 、B 药包同时起爆时，其各 自产生的应力场相互叠加，如图1 2 c 。结果是I 单元的拉、压应力均得到加强，而Ⅱ单元分别由A 、B 两药包爆轰引起的应力却相互抵消，出现应力降低 区，不利于岩石的破碎。逐孔起爆时，两个药包不同 时起爆，就可以避免应力降低区的出现，有利于岩石 的破碎。 曲曲曲 彩七∑√≮二米彩靠米 A ‘ BA 1 BA ’ B a b c a 药包A 爆轰； b 药包B 爆轰； c 药包A 、B 同时爆轰 图1 2 应力增高区与应力降低区的形成 2 ．2 ．2 增加自由面提高了爆炸药包能量的利用率 实现逐孔起爆时，先爆炮孔为后爆炮孑L 创造更 多的自由面。从以上图例中不难看出，每个孔在爆 前，其前方、侧方的炮孔已经爆炸。后爆孔药柱爆炸 后产生的应力波传至新自由面后将同时发生反射， 反射后形成反射拉伸波【14 。，反射波同时抵达药包位 置。反向拉伸波在传播过程中首先在两个自由面接 触，然后依次向着药包位置在诸点上发生叠加一1 ， 拉应力强度将成倍增加。降低了岩石破碎时弹性变 形能u 引，实际上增加了岩石破碎所需要的能量在总 能量中的比例，提高了爆炸能量利用率。 自由面的增加还会减小岩石之间的夹制作用， 有利于爆炸能的有效利用，也进一步提高能量利用 比例，有助于改善爆破效果。 2 ．2 ．3 增加炮孔问岩石的补充破碎和碰撞 表l我国部分矿山推广逐孔爆破技术爆破振动降低率 ％ 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 9 卷第6 期 爆区内孔间和排间的延期采用不同序列，使得 各炮孑L 的起爆时间按一定规律相互错开，前方和侧 方炮孑L 优先起爆后，岩石正处于被抛离母体和产生 应力波被消失之前的时刻。在创造了新的自由面之 后，后面的炮孔接着爆炸，后起爆炮孔的爆炸所产生 的应力已传到，使岩石连续处于应力作用状态，形成 应力波的叠加和加强，对岩石进行补充破碎。当选 择恰当的孔问和排间延时，能增加相邻炮孔问岩石 的碰撞次数，减小硬根和大块。 2 ．2 ．4 技术经济效益 逐孔起爆技术的应用必然得到好的经济效益。 在穿爆成本的构成因素中，占主体的是炸药成本和 穿孔成本，利用逐孔起爆技术优化孔网参数后，可降 低炸药单耗，提高爆破效率，还可以使穿爆总成本有 所降低。 在采矿总成本构成中，电铲效率是一个很重要 的因素，由于逐孔爆破技术能大大改善爆破质量，减 少大块及根底，可提高电铲效率。因此，又能进一步 降低采矿生产综合成本。 国内部分矿山推广应用逐孔爆破技术经济效益 见表2 [ 3 - 1 2 】。从表2 可以看出，使用高精度雷管实行 逐孔起爆技术，取代传统的普通非电雷管微差毫秒 爆破技术，将是采矿技术发展的趋势。 3 结语 逐孔起爆技术能降低最大段起爆药量，减小爆 破地震强度，保证爆破地震安全。当其与矿山生产 的爆破参数优化、高精度导爆管雷管器材的使用相 结合能使孔间应力波幅值叠加、爆破应力波反射充 分。从以上的爆破实例看出，已明显改善了爆破效 果，规范了爆堆形状，降低了大块率、根底率和地震 强度。经过孑L 网参数优化，可以降低直接穿爆成本， 提高铲装效率，最终能降低总体采矿成本。 今后，要进一步探索如何根据不同岩石性质选 取延期时间，研究布孔方式和炮孔参数，并研究如何 使高精度导爆管雷管炮孔间延时与炮孔间应力波幅 值叠加原理的统一与规范，以推动爆破技术的进步。 表2国内部分矿山推广应用逐孔爆破技术经济效益 万方数据 2 0 1 0 年1 2 月露天矿逐孔爆破技术的应用及效果 张志呈等2 1 参考文献 张志呈，向开伟，鲍罡武．露天深孔爆破地震效应与降 震方法[ M ] ．四川科学出版社，2 0 0 3 1 9 - 2 5 ． 张志呈，王刚，杜云贵．爆破原理与设计[ M ] ．重庆重 庆大学出版社，1 9 9 2 2 5 - 4 5 ． 银开州，王利平，刘军．逐孔爆破技术在永平铜矿的应 用[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ，2 0 2 3 4 3 6 ． 徐连生，张忠海．逐孔减震控制爆破技术在大孤山铁 矿的应用[ J ] ．矿业工程，2 0 0 3 ，2 3 6 4 4 4 7 ． 刘忠卫，尤广生．精确微差延时及逐孔起爆技术在爆 破实践中的应用[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 3 ，2 3 5 3 7 - 4 0 ． 任翔．张坝沟石灰石矿台阶爆破试验研究[ D ] ．西南科 技大学，2 0 0 6 ． 庄世勇，卢文川，高洪亮．逐孔起爆技术在露天采场的 应用[ J ] ．金属矿山，2 0 0 2 8 5 8 - 6 2 ． [ 8 ]徐雪君，沈洪彪．逐孔降震控制爆破在船山石灰石矿 的应用[ J ] ．石灰石白云石矿山通讯，2 0 0 3 3 1 7 一1 8 ． [ 9 ] 罗开军．孔内孑L 问微差爆破间隔时间的合理选择[ J ] ． 金属矿山，2 0 0 6 4 4 石． [ 1 0 3刘汝勇．逐孔起爆技术在庙沟铁矿的应用[ J ] ．矿业 工程，2 0 0 7 ，2 7 3 4 5 - 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p o r o u ss t r e s sw a v ea m p l i t u d ei nap o s i t i v ea c t i v i t y ．叭t h e r e f o r e p r o p o s e dt op r o m o t i n gt h ep r o g r e s so fb l a s t i n gt e c h n o l o g y ． [ K E YW O R D S ] h o l eb yh o l eb l a s t i n g ，d e t o n a t i n gn e t w o r k ，s t r e s sw a v ea m p l i t u d e 乳化炸药工房间自动传输系统隔爆系统研究项目通过验收 乳化和泵送作为乳化炸药生产工艺上的关键危险工序，在国内外已经发生了多起爆炸事故，并且由于引起后续工序的传 爆而大大扩大了事故的危害范围和人员伤亡程度，该问题已引起国内外学者的高度关注。但相关的研究工作主要侧重于相 关设备的安全性、事故产生原因等方面，对于凝聚相炸药爆轰的隔爆研究从理论到应用尚属空白。 2 0 1 0 年9 月8E t ，国防科工局科技与质量司在北京主持召开了由南京理工大学承担，安徽江南化工有限公司参与的国防 基础科研项目“乳化 粉状乳化 炸药工房间自动传输系统隔爆系统研究”验收会。验收专家听取了项目组所作的验收总结报 告，审查了测试报告、财务决算与审计报告及资料审查报告。通过质询和讨论，形成验收意见如下 1 通过对乳化炸药 基 质 临界直径、熄爆直径和熄爆长度等因素的研究，建立了乳化炸药 基质 临界直径和熄爆直径数据库；研究了乳化炸药 基 质 的爆轰波在弯曲装药条件下的衰减规律，获得了爆轰衰减与装药管体的壁厚、直径、药温、弯曲螺距以及弯曲曲率等参数 的关系；建立了乳化炸药爆轰衰减程度、熄爆条件的判定方法；突破了乳化炸药管路传输隔爆等关键技术，设计和制造了乳化 炸药 基质 隔爆系统样机，并进行了初步的工程化应用验证。 2 本项目主要创新点有①乳化炸药和基质弯曲装药爆轰速 度衰减模型；②乳化炸药和基质管路传输系统的隔爆原理和技术；③乳化炸药生产线的隔爆系统。该项目的技术达到国际领 先水平。 3 按计划完成了任务书规定的研究内容，研究目标和技术指标，达到了任务书的要求，取得了预期的研究成果，奠 定了在乳化炸药生产线推广应用的技术基础。 4 验收资料完整、规范，符合验收要求。 5 经具有资质的单位审计表明，项 目经费使用符合验收要求。综上所述，验收组同意该项目通过验收。 该项科研成果为凝聚相炸药爆轰终止的研究及隔爆系统的开发奠定了基础，使我国在该领域的创新研究达到国际领先 水平。为提高我国乳化炸药安全生产水平提供了技术支撑，使我国的乳化炸药生产真正做到无人员伤亡成为可能，将使我国 乳化炸药生产的本质安全性上升到新的水平。该项目所取得的成果应用前景广阔，除了可用于乳化炸药、水胶炸药等液态炸 药的安全生产外，还可用于石油、化工等行业的易燃易爆物质的隔爆，使我国相关领域的安全生产水平得以提升。 倪欧琪 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J n 心 口 H b 随 p 万方数据