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第5 4 卷 第5 期 有 色 金属 矿山部分 2 0 0 2 年9 月 提高坚硬岩石巷道掘进进尺的试验研究 东 北 大 学 陶干强 乔登攀任凤 玉 李清望 张 华 西石 门铁矿 张仲发 李 江 刘 乔 摘要 针对 西 石 门铁 矿 南 区硬 岩 掘进 爆破 效 率低 的现象 ， 首先 分析 其 原 因 ， 然后 对 南 区的岩 石进 行 了可凿 性 分级 ， 不 同的岩 性 采取 不 同 的掏槽 方 式 、 炮孔 参 数和 爆 破 顺 序。 通 过 现场 试 验 ， 提 高 了爆 破 效 率 和 循环 进 尺 ， 降低 了材 料消 耗 。 关键 词 巷 道 掘进楔形 掏 槽硬 岩爆破 1 前 言 西石 门铁 矿南 区为 接触 交 代 矽 卡 岩 型 磁铁 矿 床 ， 矿体走 向长 1 5 0 0 m， 厚 度 5～3 0 m， 倾 角 5 。 ～3 0 。 ， 埋深 1 5 0～3 0 0 m； 围岩 主要 为结 晶灰 岩 、 闪长 岩 、 矽 卡岩 与大理岩 ； 矿石为磁铁 矿 ， 以块状 和致密浸 染状 为主 ， 单 体强度较 高 ， 普 氏系数 为 f 1 0 。南 区现采 用无底柱分段 崩 落 法 开采 ， 分 段 高度 为 9～1 l m， 进 路 间距 l O m， 崩矿步距 1 ． 5 m。 由于 岩石 坚硬 及原有 掏槽方式不尽合理 ， 导致巷道掘进效率低和掘进成 本 高 ， 进尺 为 0 ． 2 5～0 ． 4 m， 炮孔利 用率 为 2 5 ％ ， 严重 影响生 产衔 接 。为提 高巷道 掘进 进 尺 ， 试 验采 用双 楔形掏槽方 式 ， 最 高 进 尺达 1 ． 4 m， 在 坚 硬岩 石 中获 得 良好 的爆破效果 。 2西石 门铁 矿 南 区原 掘 进 布 孔 形 式及 起 爆 顺 序 南 区采准巷道 断面为三心拱 型 尺 寸为 3 ． 5 m 3 ． 2 m ， 掘 进 采 用 7 6 5 5气 腿 式 凿 岩 机 ， 钎 杆 长 度 1 ． 8 m， 孔径 q O mm， 炮孔布置 形式如 图 1 所示 。采用 单楔形 掏槽 方式 ， 炮 孔 总数 为 2 8～3 2个 ， 分 3段起 爆 ， 即掏槽孔 、 辅助 孔与周边孔分 别 同时起爆 。使用 2 岩 石炸药 ， 非 电导爆管 起爆 。 3影响爆破进尺 因素分析 大量工程实践 表明 ， 对于巷道 掘进 ， 影 响进 尺的 因素主要有 3个方 面 岩石性质 和构造 ， 掏槽方 式和 布孔参数 ， 爆破顺序 和微差时 间。 *陶干强博士生辽宁沈阳 1 1 0 0 0 6 在爆破 过程 中 ， 炸 药 的爆 炸 能量 是 以波 动 的形 式在岩体 中传播并破 坏 岩石 的 ， 因而岩 石传递 和 吸 收应力波 的能力是影 响 岩石爆 破 性 的重要 因素 ， 而 岩石 的这种特性 又 与岩 石 的密度 、 孔 隙率 、 脆性 、 塑 性等物理力 学性质和岩石 本身 的结构特征 有关 。各 种岩石乃至 同一 种 岩石 ， 由于它 们 的层 理 、 节理 、 裂 隙 、 风化程度 以及 产状等结构特征 不 同， 都会 导致不 同的爆破 效果 。 ， 、 ＼ O ＼ ／ ， ／ ，。 ③ ，／ o ③ ， U ／ 。 。③ ， 。 9 0 牵 。 。⋯． ． 。 图 1 原掘进炮 孔布 置形式与起爆顺序 3 ． 2 掏槽方式及 布孔参数 掏槽 方式及 布孔参 数的优劣是影 响爆 破进尺最 为关键 的因素 。在 巷道 掘进 时 ， 爆 破 自由面对爆 破 效果 有很 大影 响。 自由面 的数 目和面积 越 多 ， 爆 破 效果 愈好 。 自由面与炮 孔方 向的夹 角对爆破效果也 有很 大关系 。当两者垂直时 ， 爆破效果最差 ； 两者平 行时 ， 效果 最好 ； 两 者斜 交 时 ， 爆 破 效 果 介 于 中间 。 掏糟 的目的就是 为后续爆破提 供爆 破 自由面。由于 掘进爆破可供 利用 的 自由面 只有 一个 ， 岩石 所受 夹 制作用很 大 ， 因此合 理 的掏槽 方 式和 布孔 参 数尤 为 重要 。合理 的掏 槽方式及爆破 参数首先应根据岩石 维普资讯 有 色 金属 矿山 部分 第5 4 卷 物理 力学性 质和炸 药爆 炸性 能进 行 理论计 算 ， 然 后 在 实践中进行修正 ， 使 其 尽量满 足爆 破 原 始条 件 的 要求 ， 达到提 高炮 眼利用率 的 目的 。 3 ． 3起爆顺序和微 差控制 合理 的起爆顺序 和各类炮 眼顺序 起爆段 间微差 间隔对爆 破效果具有很 大 的影 响。动 态光弹性模 型 研究爆破 作用机理 表明 ， 在 多排 孔爆破 中 ， 逐排微差 起爆 的爆 破效果 比多排 同段起爆 的爆破 效果好 。合 理的微差 时 间应 既保 证 先爆 孑 L 应 力 场 波 及 到后 爆 孔 ， 在后爆 孔周 围形成 预应力 场 ， 又要保 证后爆孔应 力场对先爆孔裂纹 扩展 有促 进 作用 ， 使得 先爆 孔 明 显地 产生裂纹 ， 为后爆孔创造 新的 自由面 ， 有利 于后 爆 孔裂纹 的生成 和扩展 。相邻炮 孔 以适 当的延迟 相 继起爆 ， 先爆孔 产生 的应 力 波在后 爆 孔孔 壁 附近产 生动态拉应 力集 中有 利于 在后爆 孔孔壁 上产生沿连 心线方 向的裂缝 ， 更 有 利 于后 爆 孔 的起爆 和改善 爆 破效果 。 此外 ， 良好 的堵 塞 可 以阻止 爆轰 气 体过早 地从 炮孔里 冲出 ， 延 长爆 轰气体作用 时间 ， 提 高炸药 能量 利用率 。 4岩 石 可 凿性 分 级 进行 岩石可凿性分 级的 目的主要 是在巷道掘进 时 ， 针 对不 同的岩 性采 取 与之相 应 的掏 槽 方式及 爆 破参数 。根 据现场情 况 ， 我们 对南 区 8 0 m中段 出露 的矿岩进行 了点荷 载实 验 和结构 面特 性 调查 ， 结 果 见 表 1和表 2 。 表 1 矿岩点荷载试 验结果 岩性 矽卡 岩 磁铁 矿 灰岩 致 密块状磁 铁 矿 闪 长岩 I 。 5 0 MP a 1 ． 2 1 1 ． 4 2 ． 5 4 ． 6 5 ． o 6 岩 体基 本质 量指 标 Q 2 5 5- 8 3 1 2． 6 3 6 9 ． 9 3 8 6 ． 4 4 0 6 ． 7 表 2 岩体 结构面特性 调查结 果 岩性 调 查组 数 风化 程度 坚 硬程 度 类型 完 整程度 岩体结 构 延 米数 条／ m 平均 间距 c m 结 合程 度 灰岩 7 6 未 风化 较 坚硬 节理 较 完整 碎裂 4～1 5 1 9 ． 7 3 好 闪长 岩 6 0 未 风化 坚硬 节理 完整 块状 2～5 3 1 ． 8 6 好 表 3 岩石 可凿性分级 围 岩类别 工 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 矽卡 岩 、 大理 岩 、 灰 岩 、 代表性 岩 石 块 状磁铁 矿 、蚀 变 闪长 岩 闪长岩 、 致 密浸染 状磁铁 矿 致 密块 状磁铁 矿 矽 化磁 铁矿 可凿 性级 别 易掘 围岩 中等难 易程 度掘 进 围岩 难 掘 围岩 极难 掘 围岩 5坚硬 岩 石巷 道 掘 进 优 化 试 验 5 ． 1 合理掏槽方式确 定 西石 门铁矿矿 岩致 密坚 硬 ， 对 此分 别 采用 三角 形掏槽 、 直线掏槽 、 楔形 掏槽 进行 试 验 ， 经对 比双楔 形掏槽效 果较为理想 。双楔形掏槽结 构参数包 括孔 口距 、 孔底距 、 排 间距 以及 倾 角。通 过 多次 试验 ， 确 定 出 Ⅲ类 岩体 的掏槽孔 为 l 0个 ， Ⅳ类岩体 的掏槽孔 为 2 6个 。炸 药 为 2 岩 石 炸 药 ， 掏 槽 孔 每 孔 装 药 6 卷 。 Ⅲ类岩体 的辅 助孔 和周边孔共 2 5个 ， Ⅳ类岩 体 的辅 助孔和周边孔共 3 0个 ， 每孔装药量 为 4～6卷 。 5 ． 2微差起爆 的时 间间隔 在掏槽爆破 区 内 ， 前 一段 爆破 与后 一 段爆 破之 间应有 足够 的微差 时 间， 以确保 岩体 被破 碎 和抛掷 并为后一段爆 破创造 良好 的 自由空 间。根 据 以往 的 露天矿抛掷 试验高速 摄 影结 果 和理论 推 算 ， 掏槽 时 岩体被破碎 并 达 到较 好 的抛 掷 运 动状 态 需要 2 0 m s 以上 。根据 动光弹模 拟结 果 ， 并 考 虑一 定 的抛掷 时 间 ， 试 验 中跳段使 用普 通毫 秒雷 管 可 以满 足微差 起 爆 的时间要 求 。 5 ． 3 试 验效果 在 可凿性分级 的基 础上 ， 通 过 多种 参 数下 的炮 眼布置及 起爆 顺序试 验 ， 结 合现 场 不 断改进 炮孔 参 数 ， 平均进 尺为 1 ． 3 5～1 ． 4 m， 最 高进尺达 1 ． 5 m， 爆破 效率达 到 7 7 ． 8 ％ 以 上 ， 取 得 了 良好 的 技 术 经 济 指 标 。各类 围岩 试验 出的爆 破 参数 见 表 4 ， 硬 岩炮 孔 布 置形 式与起爆顺序 见图 2 。 维普资讯 第 5期 陶干强等 提高坚硬岩石巷道掘进进尺的试验研究 3 1 表 4 围岩类别 与掘进爆破参数 围岩 类别 Ⅲ Ⅳ 炮 孔 总数 3 5 5 6 起 爆 段数 6 6 掏槽 形式 双楔 形掏 槽 双 楔形掏 槽 眼数 个 1 0 2 6 排距 m 内 1 ． O 8外 I ． 4 O 内 I ． 加 外 I ． 7 0 掏槽 孔 间距 m 内 0 ． 5外 0． 6 内 0 ． 2 5外 0 ． 3 5 楔 面角 o 7 5 7 0 起 爆段 数 2 2 装药 量 卷 ／ I L 6 6 眼数 个 1 0 1 0 辅助 孔 起爆 段 数 2 2 装 药量 卷／ I L 5～6 6 炮孔 数 l 5 2 0 周边 孔 起 爆 段数 2 2 装 药量 卷／ I L 4～5 4～5 循 环进 尺 m 1 ． 3 5 1 ． 4 0 炸药 单耗 k g ／ m 2 0 ． 5 6 3 2 ． 7 8 6结 论 1 在 硬 岩 中采用 双楔 形 掏槽 方 式 ， 平 均 进 尺 1 ． 4 m， 爆破效 率 可 达 7 7 ． 8 ％ 以上 ， 比改 进 前 提 高 了 5 2 ． 5 5 ％ ， 取得 了 良好 的技术经 济指 标 。 2 工程实践 表明 ， 针 对不 同的岩性 采取相应 的 掏槽 方式 、 布孑 L 参数 以及合 理的起爆顺 序 ， 可 以获得 良好 的爆破效果 。特 别是在 坚 硬 岩石 中， 若没 有 中 心空孑 L 不宜采用 直线型掏槽方式 。 ， 、 3 在 中等及坚 硬岩石条件 下掘进巷道工 程 ， 爆 破 中应确 保相邻起爆 微差 时 间在 2 5～5 0 r n s ， 以确保 岩体有 足够 的被破碎 和抛掷时 间。 蠖喜 O ； 三 c { 。 。 图 2 难掘 围岩 炮孔布置形式 与起爆顺序 参 考 文 献 l 潘吉 仁 ， 任 天贵 ． 爆 破作用 机理动 态光弹性研 究成果及 最新进 展 ． 东北 大学学报 ， V o l 1 5 ， S u p p ， O c t ． ， 1 9 9 4 2 宗琦 ， 刘积 铭 ． 合 理延迟 时 间的 理论分 析 和试验 研究 ．中国矿 业大 学学报 ， 1 9 9 8 1 8 6～8 9 3 傅 菊根 ． 井 巷掘 进爆 破炮 眼利 用率 的 影响 因素 ． 爆 破 器 材 ， 1 9 9 8 3 2 6 ～ 2 9口 ， 、 ； 国家将加强矿 山环境治理的力度 针对 目前我 国矿 山生 态破 坏 日益严 重 、 恢 复 治 理 工作严重滞后 的状 况 ， 今后 将通 过 多种 措施 全力 保护 矿 山环境 ， 在贯彻落实 国务院批复 的 全 国矿产 资源规划 、 部署省 级 矿产 资源 规划 编 制时 ， 各 地要 把 矿山环境保护作 为重 要 内容纳 入省 级矿产 资源规 划 中 ， 有计 划 、 有 步骤地 对矿 山环 境进 行治理 。 要积极争取 矿 山环境保 护 的优 惠 政策 ， 建 立 多 元化 、 多渠 道 的投 资 机 制 ， 调 动 社 会 各 方 面 的 积极 性 ， 妥善解决 矿 山环境 保护 与 治理 的 资金 问题 。同 时 ， 探讨 建立矿 山环境 治理专项 资金 ， 用 于矿 山环境 的保护 治理 。对于 目前正在 生产 的矿 山和今 后新建 矿 山 ， 遵照“ 谁 开发 、 谁 保护” ， “ 谁破坏 、 谁治理 ” ， “ 谁 治理 、 谁受益” 的原则 ， 积极 推进 矿 山环境 恢 复保 证 金制度 。 各级 国土资源主管部 门将进一步做好 矿 山环境 监督工作 ， 严禁在 自然保 护 区 、 风景名 胜 区 、 森林 公 园 、 饮 用水源地保 护 区 内开矿 ； 严 格控 制在 铁 路 、 公 路等 交通 干线两侧 的可 视范 围内进行 采 矿活 动 ； 要 求采 矿权 人对矿 山开发 活动造成耕地 、 草原 、 林地等 破坏 ， 采取有力措施 进行恢复 治理 ； 对 矿山产生 的废 气 、 废水 、 弃渣 ， 必须按 照 国 家有关 环境 质 量标 准进 行 处置 、 排 放 ； 对 采矿形成 的危 岩体 、 地 面塌陷 、 地 裂 缝 、 地下水 系统破坏等地 质灾害进行治理 。 ， l 、＼ ＼III}ilI 一 苑 一 一 息 一 、吾 } ． 1 _． 、 j ， 维普资讯