中深孔爆破块度控制及其测定方法研究.pdf

中图分类号 Q 墨鱼 U D C6 2 2 硕士学位论文 学校代码幽 密级盟 中深孔爆破块度控制及其测定方法研究 R e s e a r c ho nc o n t r o la n dm e a s u r e m e n tm e t h o df o rb l a s t i n g f r a g m e n t a t i o no fD e e ph o l e 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 戴兵 采矿工程 资源与安全工程学院 赵国彦教授 论文答辩日期 丝 至f 篓基 答辩委员会主 中南大学 2 0 1 3 年5 月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单 位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 储躲让嘞畦年D 丝日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留学 位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅 和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其 它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 期 中南大学硕士学位论文 摘要 中深孔爆破块度控制及其测定方法研究 摘要贵州开磷有限责任公司用沙坝矿为适应集团公司不断发展的需要， 磷矿开采规模将达到15 0 - - , 2 0 0 万吨／a 。目前矿区采用皮带运输系统运输矿石。由 于中深孔爆破参数选择不合理，导致采场中矿石块度不均匀，大块较多，进而 影响皮带运输，导致皮带损坏严重，停工次数多，维修次数与维修时间增加， 由此降低皮带机运输能力，提高运输成本，影响磷矿开采能力，阻碍企业发展 与企业经济效益提高。有鉴于此，本文对中深孔爆破块度控制及其测定方法进 行深入研究，主要开展以下研究 1 开展现场工程地质调查和室内岩石力学试验，得到矿岩的基本物理力学 与岩石稳定性指标参数，运用未确知均值分级理论，对用沙坝矿区矿岩进行可 爆性分级。 2 通过理论计算、工程类比法确定了扇形孔爆破参数的范围，并通过理论 公式确定了预裂爆破主要参数，这对现场工业试验爆破参数的选取提供了理论 依据。 3 首次提出了爆破块度图像处理技术，应用图像处理技术对采场大块进行 测量和统计，并对图像处理技术进行了实际验证，结果证明图像处理技术测量 大块较为准确，符合实际。 4 采用正交原理对试验方案进行了设计，选择排距、孔底距、炸药单耗 作为因素，大块率为指标，根据试验爆破效果和正交试验的原理，计算得到最 佳的爆破参数，结合用沙坝矿矿岩可爆性分级结果，给出了每一级对应的爆破 参数。 5 最后对残余大块处理措施进行了研究，从固定投资、安全性、生产能力、 效率等方面进行对比分析，选择采用液压式碎石台车进行残余大块的二次破碎。 关键词中深孔爆破可爆性分级图像处理技术正交试验爆破参数 分类号T D 8 6 3 中南大学硕士学位论文 R e s e a r c ho nc o n t r o la n dm e a s u r e m e n tm e t h o df o rb l a s t i n g f r a g m e n t a t i o no fD e e ph o l e A b s t r a c t S a n d b a n km i n ew a su s e db yG u i z h o uP h o s p h o r i t eL i m i t e dL i a b i l i t y C o m p a n yi no r d e rt os a t i s f yd e v e l o p m e n tn e e d s ．T h eP h o s p h o r i t em i n i n gs c a l ew i l l r e a c h1 ．5 - 2m i l l i o nt o n sp e ry e a rw i t ht h et r a n s p o r t a t i o np r o b l e mb r o u g h ti n t oa s t h ef i r s to n ei nu r g e n c yt ob es o l v e d ．N o wt h em i n eu s e ss c r a p e r s o r eb e l tc o n v e y o r s y s t e mt ot r a n s p o r tt h em i n er o c kf r o mt h eb o t t o mo fm e d i u md e e ph o l et ot h ee a r t h s u r f a c e ．T h es i z eo fr o c km i n e di sn o tu n i f o r ma n dt h er a t eo fl a r g eb l o c ki sb i g g e r ， h e n c ec a u s i n gs e r i o u sd a m a g eo fb e l t ，i n c r e a s i n gt h et i m e sa n dt i m eo fr e p a i ra s w e l la sl a y i n g - o f f ．F u r t h e r m o r ei tw i l ld e c r e a s et h et r a n s p o r t c a p a c i t yo fb e l t ， i n c r e a s ec o s to ft r a n s p o r t a t i o na n da f f e c tt h ec o m p a n y ’Sm i n i n gc a p a c i t y ，w h i c hi n t u r nh i n d e r st h ec o m p a n y ’Sd e v e l o p m e n ta n dt h ei n c r e a s eo fe c o n o m i cb e n e f i t s ． T h e r e f o r et h er e a s o n a b l eb l o c ks i z ei nb l a s t i n gi st h ek e yt or e a l i z et h ei m p r o v e m e n t o fs a n d b a n km i n i n gc a p a c i t y ． T h i ss t u d yi n v e s t i g a t e dt h em e t h o d sa n dt e c h n o l o g yt oc o n t r o lb l o c ks i z ei n m e d i u md e e ph o l eb l a s t i n gi nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s 1 T h eb a s i cp h y s i c a lm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n ds t a b i l i t yp a r a m e t e r so fm i n e r o c kw e r eo b t a i n e dt h r o u g hs u r v e yo ns i t ee n g i n e e r i n gg e o l o g ya n dm e c h a n i c a l e x p e r i m e n t so fm i n er o c ki nl a b ．T h eb l a s t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o no fs a n d b a n km i n e r o c kw a sg o tb yt h ea p p l i c a t i o no fu n a s c e r t a i n e da v e r a g ec l a s s i f i c a t i o nt h e o r y ． 2 T h el a r g eb l o c kw a sd e f i n e da c c o r d i n gt ot h es t u d yo fb e l tt r a n s p o r ts y s t e m i nt h es a n d b a n km i n ea n dt h er e q u i r e m e n t so fb e l to nm a t e r i a l ss i z ew h i l e t r a n s p o r t i n g ．T h e m e t h o d sf o rm e a s u r e m e n to f l a r g e b l o c k sw e r es t u d i e d c o m p a r a t i v e l y ．T h ei m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , t h a tw a sv e r i f i e di na p p l i c a t i o n ， w a su s e dt om e a s u r ea n dc o u n tt h el a r g eb l o c k si nm i n e ．T h er e s u l t sp r o v e dt h a tt h e m e a s u r e m e n t so fl a r g eb l o c k sb yi m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g yw e r ea c c u r a t ea n d c o n s i s t e n tw i t ha p p l i c a t i o n s ． 3 T h er a n g eo fb l a s t i n gp a r a m e t e r sw a s d e t e r m i n e db yt h et h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n sa n de n g i n e e r i n ga n a l o g ym e t h o d ，a n dt h em e c h a n i s mo fp r e - s p l i t b l a s t i n gi n t oas e a mw a si n v e s t i g a t e d ．T h em a j o rp a r a m e t e r so fp r e - s p l i tb l a s t i n g w e r eo b t a i n e db yt h e o r e t i c a lf o r m u l a sa n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，w h i c ho f f e r s t h e o r e t i c a lr e f e r e n c e sf o rt h ep a r a m e t e rs e l e c t i o no fi n d u s t r i a lb l a s t i n ge x p e r i m e n t s i ns c e n e ． ．1 1 1 ． 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T 4 T h e r ew e r e9o r t h o g o n a le x p e r i m e n t sd e s i g n e db yt h eo r t h o g o n a lt h e o r y w i t hr o ws p a c i n g ，d i s t a n c ef r o mt h eh o l eb o a o ma n du n i tc o n s u m p t i o no fd y n a m i t e a sf a c t o r sa n dr a t eo fl a r g eb l o c k sa si n d e x ．A c c o r d i n gt ot h er e s u l t st h eb e s t o p t i o n a lb l a s t i n gp a r a m e t e r sw e r eo b t a i n e da n db l a s t i n gp a r a m e t e r si ne a c hg r a d e w e r eg i v e nb a s e do nt h eb l a s t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o no fs a n d b a n km i n er o c k ． 5 F i n a l l yt h em e t h o d sf o rp r o c e s s i n gr e s i d u a ll a r g eb l o c k sw e r er e s e a r c h e d ． H y d r a u l i cg r a v e lt r o l l e yw a se m p l o y e df o rt h er e c r u s h i n go fr e s i d u a ll a r g ep i e c e s a f t e rt h ea n a l y s i so ff i x e di n v e s t m e n t ，s e c u r i t y , p r o d u c t i o nc a p a c i t ya n de f f i c i e n c y e t c ． K e y w o r d s m e d i u md e e ph o l eb l a s t i n g ；b l a s t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o n ；i m a g ep r o c e s s i n g m e t h o d ；o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ；b l a s t i n gp a r a m e t e r s C l a s s i f i c a t i o n T D 8 6 3 ．I V ． 中南大学硕士学位论文目录 目录 原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V 1 ．绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l 1 ．1 研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 研究目的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．4 研究内容与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．4 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．4 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 ．矿山地质调查与矿岩可爆性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．1 矿山开采现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 矿岩可爆性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1 未确知均值分级方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 ．2 岩石可爆性评判指标的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 ．3 可爆性评判指标测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 ．4 岩体可爆性评价结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．3d 、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．中深孔爆破块度控制研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．1 爆破块度影响因素研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 0 3 ．2 大块产生原因分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 1 3 ．3 爆破参数理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．3 ．1 炮孔布置形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．3 ．2 孔底距及最小抵抗线 排距 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．3 ．3 单位炸药消耗量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．3 ．4 堵塞长度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 ．5 微差时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3 ．6 装药结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3 ．7 起爆方式和起爆网络⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 预裂爆破参数计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 3 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 4 ．采场大块测定方法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 4 ．1 采场大块定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 中南大学硕士学位论文目录 4 ．1 ．1 大块的物理含义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l 4 ．1 ．2 大块尺寸的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4 ．2 采场大块测定方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 3 4 ．2 ．1 照相法原理描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2 ．2 实例分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．3 采场大块现场测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 5 ．中深孔爆破现场工业试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 5 ．1 试验地点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 5 ．2 试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 5 ．2 ．1 确定试验指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．2 ．2 正交试验表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．3 爆破器材⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 5 ．3 ．1 导爆管雷管⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．3 ．2 炸药⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．3 ．3 施工设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．4 施工组织⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 5 ．5 工业试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 5 ．5 ．1N 3 舸房⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．5 ．2N 4 - 矿房⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 5 ．5 ．3N 2 舸房⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 7 5 ．5 ．4 正交试验计算和优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．5 ．5 试验验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 5 ．5 ．6 分级矿岩对应爆破参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．6 残余大块处理措施研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 5 ．6 ．1 二次爆破法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 5 ．6 ．2 机械破碎法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．6 ．3 残余大块破碎方法选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 5 ．7 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 6 ．总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．1 总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 4 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 0 ．V I ． 中南大学硕士学位论文 绪论 1 ．绪论 1 ．1 研究背景 众所周知，磷矿石是生产磷肥的重要原料，在国民经济中占很重要的地位。 随着社会的进步和人们对物质生活需求的不断提高，粮食的增产与稳定供应是确 保社会安定和我国社会主义建设事业成功的保障，充足、稳定可靠且高品位的磷 矿石供给是实现和发展磷化工产业的先决条件。 贵州开磷集团作为我国三大磷矿石产生基地之一，矿区开采面积为5 0 姘， 探明储量1 0 亿吨，P 2 0 5 平均含量为3 3 ．7 3 ％，集中了全国7 8 ％的优质磷矿石，是 世界少有、目前国内唯一不经选矿便可直接生产优质磷肥的原料产地。公司经过 几十年的发展，现已成为集采矿、科研、化工、建筑安装等于一体的大型国有化 工企业集团。 开磷集团以生产磷矿石、黄磷、硝铵、合成氨等产品为主，磷矿石3 0 0 万t ／a 、 黄磷1 ．5 万t ／a 、重钙1 0 万t ／a 、磷酸氢钙2 万忱、磷酸一铵2 0 万t ／a 、磷酸二铵 2 4 万t ／a 、饲料级磷酸氢钙1 ．5 万t ／a ，N P K 复合肥2 0 万t ／a 的生产能力。集团公 司产品在中国绝大部分地区销售，并进一步出口到亚洲国家如日本澳大利亚、韩 国等。 集团公司制定了“三步走”的发展战略，第一步目标是用五年时间将磷矿石全部 转变为化工产品，并突破2 0 亿的销售收入；第二步目标是利用开磷集团的优势和 科研技术，进一步扩大产生规模，实现销售收入5 0 亿元；现在第一步和第二步已 经全部顺利完成。第三步至2 0 1 5 年，公司在规模化基础上，向深部和高科技进军， 将公司打造成国内外有影响的磷化工大型企业与磷化工生产基地，销售收入突破 1 0 0 亿元。 公司在实现“三步走”战略过程中，矿山规模逐渐扩大，在人员基本不变的情况 下，矿山机械化和自动化是高效安全生产的必要手段。为此，用沙坝矿在井下各 生产工艺全部采用了无轨采矿，并对主要运输巷道安装了皮带运输系统，以满足 矿山生产工艺的要求。 由于中深孔爆破炮孔参数选择不合理，爆破起爆方式、微差时间、装药结构、 装药密度等采用不合理，导致采场中矿石块度不均匀，大块率较多，进而影响到 皮带运输系统，导致皮带损坏严重，停工次数多，维修次数与维修时间增加，由 此降低皮带机运输能力，提高运输成本，影响磷矿开采能力，阻碍企业发展与企 业经济效益提高。因此有必要对用沙坝矿中深孔爆破块度控制与测定方法进行研 究。 中南大学硕士学位论文 绪论 1 ．2 研究目的意义 中深孔爆破方法是开磷集团用沙坝矿中厚破碎矿体的主要破岩方法，针对该 矿目前存在的爆破大块多，破岩效果差， 进而影响矿山生产能力的问题开展研究， 到如下目的意义 导致皮带运输破坏严重、维修时间多， 提供符合矿山要求的合理块度，从而达 1 减少二次破碎工作量，降低矿山开采直接成本； 2 减少爆破大块对皮带的损伤和皮带维修时间，降低矿石运输成本； 3 提高皮带运输效率；减少运输人员数量； 4 提高矿山产生能力，扩大矿山生产规模； 5 尽早实现矿山达产，确保集团公司磷矿产能的稳步上升与战略目标的实现。 1 ．3 国内外研究现状 岩石爆破由炮孔内部炸药起爆引起的，造成某些物质发生强烈的化学反应， 使生成的爆炸气体温度高达几千度。岩石爆炸产生的高温气体扰动引发强烈的冲 击波，冲击波对炮孔周围施加压力，当压力大过岩石的抗压强度时，岩石将呈现 出塑性流动状态。随着冲击波作用时间的延长，岩石的各种应力状态发生变化， 导致岩石发生向心运动，从而使岩石进一步破碎从微小的颗粒，从而产生粉碎区。 粉碎区只是一个很小的区域范围。如图1 ．1 所示。 形成粉碎区以后，冲击波逐渐衰变为应力波，同时沿炮孔四周传播，并带动 岩石随其传播方向产生位移，此时在切向方向产生拉应力。众所周知，岩石的抗 压强度远远岩大于它的抗拉强度，而且岩石的抗拉强度非常小，所以当拉应力大 于岩石的抗拉强度时，岩石将发生拉伸断裂，进一步形成裂隙区。此时，爆炸生 产的气体迅速引入裂隙岩体内，其结果是裂隙进一步扩展，最后导致更大范围的 裂隙区。如图1 ．1 所示，爆破破碎岩体最主要的区域就是裂隙区。 中南大学硕士学位论文绪论 面 图1 ．2a 2 R 时，将产生两个相互独立的破碎区，中间岩石得不到破 碎。 炮 自由k 兰铗√ 图l - 3a W 时应力叠加图 3 图1 ．4 ，W R ，单孔破岩面积为S a W ，此时爆炸区域内所有岩体均 都得到了充分破碎。对此，对S a W 定义0 Q ，若{ c l ，C 2 ，⋯，Q } 满足 C l c 2 ⋯ q 或C l C 2 ⋯ q ，则称属于R { 墨，R ⋯，R } 有序的分类。若 某个样本集有Y 个样本Q 类，则其样本评价指标为，韶，⋯，韶。求得它们的均 值，获得样本分类中心【3 3 ，3 4 ，3 5 1 。 2 指标测度 若以 ／4 x ／∈G 为测量值 属于第七个分类G 的程度，要求满足 0 ≤／u x ／∈G ≤1 ／, x ／∈Q 1 ∥卜蚓 砉删吲 1 一1 1 - 2 1 - 3 其中 i 1 ，2 ，⋯，，l ；_ 『 1 ，2 ，⋯，m ；七 1 ，2 ，⋯，K 。则称∥为测度。称矩阵 碱 。 砖以 露疋 朋成 ⋯以 ⋯疋 ●●● ⋯服 1 - 4 为指标测度的分类矩阵。其中i 1 ，2 ，⋯，以。 3 确定指标的权重 ％为指标x 7 与同样本集指标相比所拥有的相对重要份量，要求M 满足 9 中南大学硕士学位论文 矿山地质调查与矿岩可爆性评价 o ≤吩≤1 ，且∑一，称- 为√的权重，{ Ⅵ，w 2 ，⋯，Ⅵ 称为指标√的权重向量。 j l 设测度以求得的信息熵表示为 v j l 面1 缶K 以．1 9 以 w j v j ／∑_ 1 - 6 1 - 7 则吩体现一的重要份量，且o ≤吩≤1 ，∑吩 l ，故吩可作为一的权重。 4 确定综合测度的评价向量 尸1 令心 ∥ 以∈G 表示样本墨属于第尼个评价分类q 的程度，则 心 ∑■以 1 - 8 j l 由于0 ≤心≤1 ，并且 ∑以 ∑∑％以 ∑I ∑以h ∑一 l i 1 i 1 ， l， l I i 1 j i 所以心为未确知测度【3 5 ，3 6 1 。 称 鸬。，肛，⋯，胀 为样本R 的综合测度分类向量。 5 置信度识别准则 若q C 2 ⋯ Q ，引入置信度识别准则如下设旯为置信度 名常取0 ．6 或O ．7 ，q C 2 ⋯ 五，k 1 ，2 ，⋯，K } 1 - 9 L 1 1 J 则认为分类对象R 属于第‰个评价类。 2 ．2 ．2 岩石可爆性评判指标的选择 影响岩体可爆性的因素有许多，与爆破破岩机理关系密切，可从炸药起爆应 力波传递反射到岩石节理裂隙发展损伤破坏的过程进行考虑。评价岩石可爆性的 指标有岩石物理力学性质、岩体完整性系数、炸药性能、岩体动力学性质等，这 些因素中，与岩石的可爆性存在着不同的相关性，指标选择中，若选取同相关性 较高的两个参数来衡量可爆性，那么岩石可爆性的科学合理性将降低。因此，究 竟怎样选择简单、可靠的指标体系来确定可爆性更为合理和有效是问题关键。参 考国内外相关文献资料，有研究表明单轴抗压强度与单轴抗拉强度存在相关性， 因此在评价指标中仅选取抗压强度作为一个评价指标；岩石容重反映岩石爆破破 1 0 5 ，- 一 ．壤，厂培．声 足∑鲥 ■ 令 中南大学硕士学位论文 矿山地质调查与矿岩可爆性评价 碎过程中消耗的能量，有必要作为一个指标；岩体完整性系数反映岩体中裂隙的 发育程度，裂隙越发育，爆破消耗的能量越少，因此完整性系数指标是必不可少 的评价指标；而岩石动力特性与岩石的抗压或抗拉强度由较高的相关性，前面已 经选取的抗拉强度，岩石动力特性可以忽略不训3 7 1 。综上所述，本项目以岩石容 重，岩石完整性系数，岩石抗压强度作为用沙坝矿岩石可爆性分级的评判指标。 2 ．2 ．3 可爆性评判指标测定 2 ．2 ．3 ．1 岩石物理力学性质测定 1 取样位置 矿岩力学性质试样均取用沙坝矿试验矿段W l l - W 1 7 线同一条矿脉具有代表 性的矿岩。 2 岩样数量、规格及岩性特征 矿石岩样，共4 块。编号分别为矿1 ／4 ～矿4 ／4 ，规格为 2 0 0 m m x 2 0 0 m m x 2 0 0 m m - ～4 0 0 m m x 3 0 0 m m x 3 0 0 r a m 不等；矿石岩性为黑色磷矿石， 较为致密坚硬。取自开挖的 1 1 2 0 m 中段矿体内。 3 基本物理参数测定 对试件基本物理力学参数进行测定，其试验结果见表2 ．1 。 表2 - 1 磷矿石基本物理性质表 4 岩石抗压强度测定 实验所用设备为英国I N S T R O N 公司的电液伺服材料控制机1 3 4 6 型，最大载 荷为2 0 0 0 蝌。 加载速度4 m m ／8 0 0 s 载荷参数采用5 K N ／格的载荷参数； 位移参数0 ．0 2 m m ／格。 通过在三轴刚性压力试验机上进行抗压强度试验，获得用沙坝矿井下主要矿 岩的抗压强度大小，其结果见表2 ．2 。 中南大学硕士学位论文 矿山地质调查与矿岩可爆性评价 表2 _ 4 南4 盘区1 0 8 0 分层节理统计表 节理编号倾向倾角节理编号倾向 倾角节理编号倾向倾角 l 2 2 1 5 33 72 3 35 27 31 6 7 3 9 22 3 25 6 3 82 4 47 87 42 1 l 4 2 32 3 85 53 92 5 17 5 7 52 2 24 3 42 1 86 0 4 02 3 46 97 62 8 66 5 52 2 55 74 12 3 45 4 7 72 1 03 8 62 2 2 5 34 22 4 35 17 82 3 24 7 72 1 55 0 4 32 4 16 37 93 0 26 7 82 2 05 5 4 4 2 3 44 6 8 02 9 06 6 9 2 2 4 5 64 52 3 44 28 l2 8 7 5 5 1 02 1 05 54 62 3 94 28 22 6 5 5 6 1 1 2 3 3 5 44 72 4 15 08 32 5 55 4 1 22 4 36 04 82 4 15 3 8 42 1 l5 8 1 32 4 l6 24 92 2 56 18 52 0 95 9 1 42 1 l5 4 5 0 2 4 0 5 28 61 8 73 5 1 52 0 15 65 l2 3 44 78 71 7 75 6 1 61 8 06 75 22 2 73 58 81 9 8 5 8 1 71 9 9 6 45 3 2 2 6 4 38 91 8 05 6 1 81 9 55 15 42 3 04 69 02 9 34 3 1 99 95 0 5 5 2 4 5 5 79 12 5 66 7 2 01 3 44 95 62 3 04 59 22 4 66 9 2 12 3 l5 l5 72 2 15 09 32 4 44 4 2 22 2 75 6 5 8 2 5 l 6 79 4 2 5 5 4 8 2 38 74 75 92 4 45 59 52 3 35 6 2 45 65 66 02 9 97 09 62 3 55 5 2 52 0 56 06 12 8 77 l9 72 1 26 5 2 6 2 6 1 6 26 22 6 66 89 82 9 93 7 2 72 7 76 16 33 1 17 79 92 8 73 4 2 82 1 35 16 43 0 16 51 0 02 3 94 5 2 91 5 5 5 56 5 2 8 6 5 61 0 1 3 4 5 4 5 3 01 7 75 96 62 3 35 51 0 22 3 46 4 3 l1 6 75 66 72 6 66 51 0 33 5 24 6 3 22 0 15 36 81 7 84 31 0 43 4 56 4 3 32 3 35 96 91 8 93 21 0 53 3 33 4 3 42 2 25 87 01 5 52 71 0 61 7 85 5 3 52 5 5 5 97 1 1 9 9 4 11 0 7 1 9 94 5 3 62 6 76 57 21 3 24 41 0 82 4 55 5 节理统计位置南3 盘区1 0 8 0 分层N 1 、N 4 、S 2 矿房如图2 ．1 1 所示。倾向 优势方位2 0 0 0 - 2 3 0 0 ，倾角多分布在7 0 0 。9 0 0 ，平均间距3 2 ．5 ～3 9 c m 。节理裂隙 统计如表2 ．5 所示，节理裂隙玫瑰图如图2 ．1 2 2 ．1 4 所示。 1 4