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露天矿台阶炮孔爆破降震技术研究
2012-10-23
针对某露天铁矿的地质和地形条件,对原爆破技术参数进行了优化,在保证破碎效果 的前提下,显著降低了采场边坡和附近民居所在位置的爆破震动效应。
Serial No. 522 October. 2012 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2012年总 第105月22第期 10 期 MORDEN MINING 露 天 矿 台 阶 炮 孔 爆 破 降 震 技 术 研 究 衣 ꢀ 方 ꢀ 璩 世 杰 ꢀ 申 旭 鹏 ꢀ 王 福 缘 ( 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 ) ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 某 露 天 铁 矿 的 地 质 和 地 形 条 件 , 对 原 爆 破 技 术 参 数 进 行 了 优 化 , 在 保 证 破 碎 效 果 的 前 提 下 , 显 著 降 低 了 采 场 边 坡 和 附 近 民 居 所 在 位 置 的 爆 破 震 动 效 应 。 关 键 词 ꢀ 降 震 ꢀ 孔 间 微 差 起 爆 ꢀ 地 质 地 形 ꢀ 装 药 结 构 ꢀ 孔 网 参 数 ꢀ ꢀ 露 天 矿 山 采 用 中 深 孔 台 阶 炮 孔 爆 破 , 在 爆 区 外 旦 系 、 震 旦 系 和 第 四 系 为 主 。 矿 区 内 铁 矿 石 以 细 粒 的 一 定 距 离 范 围 内 , 爆 破 引 起 的 地 震 效 应 对 附 近 地 面 和 地 下 建 ( 构 ) 筑 物 、 工 程 设 施 等 造 成 不 同 程 度 的 破 坏 。 研 山 铁 矿 生 产 爆 破 作 业 的 地 点 离 周 边 的 乡 村 相 对 较 近 , 爆 破 引 起 地 震 波 波 及 到 邻 近 村 庄 , 引 起 矿 山 与 当 地 村 民 之 间 的 民 事 纠 纷 。 该 矿 山 企 业 为 减 小 爆 破 震 动 , 采 取 的 主 要 措 施 是 降 低 单 次 爆 破 炸 药 量 , 但 影 响 了 采 矿 强 度 和 生 产 规 模 , 对 生 产 影 响 较 大 。 为 此 , 分 析 爆 破 振 动 的 因 素 , 提 出 降 震 措 施 , 以 改 善 爆 破 震 动 效 果 。 变 晶 结 构 为 主 , 其 次 为 纤 维 粒 状 变 晶 结 构 。 矿 石 构 造 主 要 为 铁 矿 物 和 石 英 组 成 黑 白 相 间 的 条 带 状 。 矿 石 原 生 为 磁 铁 矿 , 近 地 表 氧 化 为 赤 铁 矿 和 假 象 赤 铁 矿 。 整 个 矿 化 带 由 北 向 南 全 长 10 km。 区 内 矿 体 多 呈 层 状 或 似 层 状 , 部 分 呈 透 镜 状 或 扁 豆 状 , 由 于 构 造 和 地 形 的 影 响 , 厚 度 变 化 较 大 , 形 态 变 化 较 复 杂 。 由 于 长 时 间 的 开 采 , 现 阶 段 的 爆 破 工 作 面 处 于 - 6 m 水 平 , 相 对 周 边 村 庄 高 程 差 达 20 m 左 右 , 村 庄 距 离 爆 点 比 较 近 , 最 近 的 130 m 左 右 。 见 图 1。 1 ꢀ 爆 破 震 动 强 度 指 标 大 量 的 研 究 表 明 , 爆 破 震 动 的 强 弱 主 要 取 决 于 WWW.KY114.CN 起 爆 网 络 、 装 药 结 构 、 装 药 参 数 以 及 爆 破 作 业 时 所 处 的 地 质 地 形 条 件 等 因 素 , 如 萨 道 夫 斯 基 公 式 所 描 述 : 3 Q α 槡 v = k( ) , ( 1) R 式 中 , v 为 质 点 峰 值 振 速 , cm/ s; Q 为 最 大 段 药 量 , 图 1ꢀ 某 矿 采 区 及 周 边 情 况 示 意 kg; R 为 爆 心 距 , m; k 和 α 分 别 为 与 场 地 、 装 药 等 情 2 . 2ꢀ 台 阶 炮 孔 爆 破 技 术 参 数 [ 1] 。 况 有 关 的 拟 合 参 数 该 矿 设 计 台 阶 高 度 12 ~ 15 m, 采 用 牙 轮 钻 机 钻 目 前 , 国 内 外 学 者 提 出 降 震 技 术 方 案 大 都 以 萨 氏 公 式 为 基 础 , 设 计 合 理 的 参 数 值 以 减 小 爆 破 震 速 , 并 取 得 了 一 些 进 展 , 本 文 将 从 地 质 地 形 和 爆 破 参 数 两 个 方 面 详 细 分 析 影 响 爆 破 震 动 的 因 素 , 并 提 出 相 应 的 降 震 方 案 。 凿 直 径 310mm 的 垂 直 孔 , 干 孔 和 有 水 炮 孔 中 分 别 使 用 铵 油 和 乳 化 炸 药 , 单 孔 装 药 量 一 般 450 ~ 650 kg, 孔 内 采 用 分 段 间 隔 装 药 ( 顶 部 使 用 空 气 间 隔 器 ) 。 采 用 地 表 微 差 逐 孔 起 爆 网 络 , 孔 内 和 地 表 连 线 使 用 奥 瑞 凯 高 精 度 导 爆 管 雷 管 , 一 般 硬 岩 中 采 用 25 ~ 65 ms 微 差 , 软 岩 中 采 用 42 ~ 100 ms 微 差 。 2 ꢀ 爆 破 条 件 影 响 爆 破 震 动 的 因 素 一 般 包 括 被 爆 介 质 的 性 质 爆 破 技 术 参 数 主 要 包 括 孔 距 a、 排 距 b 及 炮 孔 超 深 h。 铁 矿 的 孔 距 和 排 距 选 取 根 据 岩 石 类 型 而 定 : 较 软 岩 石 处 孔 网 参 数 为 9 m × 8 m, 其 他 位 置 处 孔 网 参 数 为 8 m × 8 m。 钻 孔 超 深 的 设 计 依 照 经 验 , 超 深 取 值 为 2. 5 ~ 3 m, 其 中 前 排 孔 超 深 3 m, 后 排 孔 超 深 2. 5 m。 与 参 数 、 地 质 ( 介 质 的 物 理 力 学 性 质 及 其 沿 爆 破 地 震 波 传 播 路 径 的 变 化 ) 、 地 形 条 件 ( 地 表 标 高 及 其 随 爆 破 地 震 波 传 播 距 离 的 变 化 ) 2] 。 [ 2 . 1ꢀ 地 质 地 形 该 铁 矿 地 质 属 于 非 均 质 岩 体 , 出 露 地 层 以 前 震 现 阶 段 的 最 小 抵 抗 线 方 向 朝 西 , 村 庄 位 于 爆 破 工 作 面 的 东 南 方 向 , 处 于 最 小 抵 抗 线 两 侧 。 采 用 压 ꢀ ꢀ 衣 ꢀ 方 ( 1987— ) , 硕 士 研 究 生 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30 号 北 京 科 技 大 学 372 信 箱 。 7 7 总 第 522 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 现 代 矿 业 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 10 月 第 10 期 渣 爆 破 时 , 前 排 孔 的 抵 抗 线 一 般 取 为 3 ~ 4 m。 且 可 扩 大 爆 破 规 模 , 满 足 生 产 要 求 。 孔 间 微 差 时 间 也 会 对 爆 破 效 果 有 一 定 的 影 响 , 根 据 经 验 及 研 究 结 果 , 选 用 42 ms/ 100 ms 的 微 差 时 间 组 合 较 合 适 , 可 明 显 提 高 降 震 率 。 3 ꢀ 降 震 技 术 措 施 以 《 国 家 爆 破 安 全 规 程 》 规 定 的 安 全 允 许 标 准 为 基 础 3] , 考 虑 到 当 地 房 屋 的 材 料 和 构 造 及 采 矿 场 实 际 情 况 , 尽 量 把 爆 破 最 大 震 速 控 制 在 1 cm/ s 以 下 , 主 要 从 以 下 几 个 方 面 来 达 到 降 震 的 目 的 。 [ ( 4) 爆 破 规 模 及 最 大 单 段 起 爆 药 量 。 由 萨 氏 公 式 可 知 , 一 次 起 爆 的 炸 药 量 大 小 与 爆 破 震 动 大 小 成 正 比 , 减 小 一 次 起 爆 药 量 可 以 降 低 爆 破 震 动 , 在 不 影 响 生 产 要 求 的 前 提 下 , 爆 区 不 超 过 3 排 , 每 次 爆 破 尽 量 20 个 孔 左 右 , 单 孔 装 药 量 不 超 过 650 kg, 总 装 药 量 小 于 20 t, 根 据 起 爆 网 络 设 计 , 控 制 最 大 单 段 起 爆 量 为 单 孔 装 药 量 。 ( 1) 孔 径 。 有 学 者 研 究 提 出 在 同 样 的 爆 破 条 件 下 , 爆 破 震 动 强 度 随 孔 径 的 增 大 而 增 大 , 孔 径 310 mm 炮 孔 比 孔 径 250 mm 炮 孔 的 爆 破 震 动 强 度 平 均 约 大 13% , 孔 径 250 mm 炮 孔 又 比 孔 径 170 ~ 200 mm 炮 孔 的 爆 破 震 动 强 度 平 均 约 大 52% , 且 爆 破 震 [ 4] 。 靠 动 强 度 的 增 大 率 随 药 量 比 例 的 减 小 而 增 加 ( 5) 炮 孔 超 深 。 在 保 证 台 阶 底 部 有 效 破 碎 的 前 提 下 , 尽 量 选 取 较 小 的 超 深 值 , 既 可 减 小 爆 破 对 下 一 台 阶 顶 部 的 破 坏 , 也 可 减 小 爆 破 震 动 的 强 度 8] 。 炮 孔 超 深 : 矿 石 和 硬 岩 中 暂 取 1. 5 m, 特 别 情 况 炮 孔 超 深 尽 量 不 超 过 2 m。 同 时 观 察 电 铲 铲 装 后 台 阶 底 板 的 标 高 是 否 达 到 设 计 要 求 ; 其 他 岩 石 中 超 深 1. 0 ~ 0. 5 m。 近 东 边 坡 台 阶 , 由 于 与 村 庄 距 离 近 , 震 动 影 响 大 , 建 议 此 处 孔 径 选 用 150 mm, 其 他 区 域 孔 径 暂 取 310 mm。 [ ( 2) 装 药 结 构 。 有 研 究 表 明 , 在 露 天 深 孔 爆 破 中 采 用 不 耦 合 装 药 , 能 有 效 利 用 爆 破 能 量 、 改 善 爆 破 效 果 , 使 爆 破 振 动 速 度 降 低 40% ~ 60% , 而 采 用 孔 [ 5] 。 底 空 气 间 隔 装 药 可 降 低 爆 破 震 动 10% ~ 15% ( 6) 炮 孔 抵 抗 线 。 前 排 抵 抗 线 过 大 , 只 能 形 成 裂 隙 或 出 现 很 多 大 块 , 严 重 影 响 采 装 作 业 , 地 震 效 应 也 会 相 应 增 大 9] ; 最 小 抵 抗 线 过 小 时 , 不 仅 浪 费 炸 药 , 增 大 钻 孔 工 作 量 , 而 且 岩 块 易 抛 散 , 产 生 飞 石 危 不 耦 合 装 药 或 空 气 间 隔 装 药 可 以 提 高 炸 药 能 量 的 有 效 利 用 率 、 有 效 地 减 小 震 动 。 孔 内 仍 采 用 分 段 装 药 结 构 , 空 气 间 隔 长 度 可 达 总 药 柱 长 度 的 30% 。 [ WWW.KY114.CN ( 3) 起 爆 方 式 及 微 差 时 间 。 孔 间 微 差 逐 孔 起 爆 害 以 及 较 大 的 空 气 冲 击 波 , 造 成 极 大 的 安 全 隐 患 。 所 以 在 满 足 钻 机 安 全 作 业 要 求 的 前 提 下 , 前 排 孔 抵 抗 线 尽 量 减 小 , 采 用 2 m 左 右 。 网 络 与 排 间 微 差 爆 破 相 比 , 实 施 逐 孔 起 爆 时 , 爆 破 应 力 波 反 射 充 分 , 炸 药 用 量 最 经 济 、 合 理 , 产 生 的 爆 破 震 动 速 度 和 空 气 冲 击 波 明 显 减 小 6] 。 在 条 件 相 同 的 情 况 下 , 网 络 雷 管 逐 孔 起 爆 的 震 动 速 度 要 比 排 间 微 差 爆 破 震 动 速 度 降 低 l/ 3 ~ 2 / 3 7] , 因 此 研 山 铁 矿 采 用 地 表 微 差 逐 孔 起 爆 网 络 , 作 业 时 适 当 减 少 前 段 爆 孔 数 , 增 加 后 段 爆 孔 数 , 不 仅 可 控 制 爆 破 震 动 , 而 [ 经 验 表 明 , 保 持 炮 孔 的 负 担 面 积 不 变 , 减 小 排 距 加 大 孔 距 , 不 仅 可 使 爆 破 质 量 得 到 改 善 , 而 且 可 以 降 低 爆 破 震 动 效 应 [ 10] 。 [ 综 上 , 降 震 爆 破 的 技 术 参 数 见 表 1。 表 1ꢀ 降 震 爆 破 的 技 术 参 数 单 段 起 爆 药 量 孔 网 / m 采 用 三 角 型 逐 孔 爆 破 网 络 , 矿 孔 径 / mm 微 差 时 间 / ms 超 深 / m 最 小 抵 抗 线 最 大 单 段 起 爆 药 量 一 般 为 310; 靠 近 村 矿 石 和 硬 岩 : 1. 5; 尽 量 减 小 前 排 抵 抗 线 , 且 不 采 用 压 渣 爆 破 。 4 2 / 100 不 超 过 650 kg。 石 和 硬 岩 8 × 8; 其 他 9 × 7。 庄 处 150。 其 他 : 0. 5 ~ 1。 表 2ꢀ 村 庄 某 处 的 震 动 监 测 结 果 4 ꢀ 降 震 爆 破 试 验 试 验 爆 破 工 作 面 处 于 该 矿 采 区 东 南 部 , 采 用 降 测 试 仪 器 编 号 总 装 药 量 / kg 最 大 段 测 点 距 最 大 震 速 平 均 震 速 项 目 装 药 量 爆 点 距 离 震 方 案 设 计 的 参 数 , 测 点 布 置 在 村 庄 边 沿 ( 见 图 1) , 使 用 IDTS3850 型 爆 破 震 动 记 录 仪 记 录 测 点 爆 速 。 试 验 结 果 见 表 2。 / ( cm/ s) / ( cm/ s) / kg / m # 1 8. 71 8. 71 5. 35 5. 35 500 500 500 500 364 364 427 427 1. 24 1. 13 0. 41 0. 37 1 . 185 减 震 前 减 震 后 # # # 2 1 2 减 震 率 η 0 . 39 η = ( ( v - vh ) / vq ) × 100% = 67% . ( 2) q ꢀ ꢀ 计 算 结 果 显 示 采 取 降 震 措 施 后 , 震 动 速 度 明 显 5 ꢀ 结 ꢀ 语 减 小 , 达 到 了 比 较 好 的 降 震 效 果 。 ( 1) 通 过 降 震 技 术 措 施 , 并 通 过 ( 下 转 第 93页 ) 7 8
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