第 30 卷 第 10 期 2008 年 10 月 武 汉 理 工 大 学 学 报 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol. 30 No. 10 Oct. 2008 孔 底 空 腔 微 差 爆 破 的 试 验 研 究 房 泽 法 ,徐 海 波 ,马涛 ,王进 武 汉 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 ,武 汉 430070) ( 摘 要 : 针 对 某 采 石 场 由 于 开 采 初 期 大 块 率 高 、根 底 多 而 导 致 总 成 本 偏 高 的 原 因 进 行 了 分 析 研 究 ,提 出 了 以 改 善 爆 破 效 果 为 中 心 的 技 术 措 施 。 根 据 孔 底 空 腔 爆 破 的 作 用 机 理 ,结 合 微 差 爆 破 理 论 ,在 该 采 石 场 进 行 了 孔 底 空 腔 微 差 爆 破 的 对 比 试 验 研 究 。 对 比 试 验 为 孔 底 不 设 空 腔 和 设 0. 5 m 空 腔 2 种 ,并 且 对 2 种 方 法 的 爆 破 效 果 进 行 了 对 比 。 结 果 表 明 ,孔 底 空 腔 爆 破 对 改 善 爆 破 效 果 、降 低 炸 药 单 耗 起 到 了 明 显 的 作 用 ,从 而 有 效 地 提 高 了 经 济 效 益 。 关 键 词 : 孔 底 空 腔 ; 微 差 爆 破 ; 装 药 结 构 ; 爆 破 效 果 中 图 分 类 号 : TD 235. 3 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :167124431(2008) 1020092203 Experimental Study on Millisecond Blasting for Base Air2deck FA N G Ze2f a , XU Hai2bo , MA Tao , WA N G Jin ( School of Resources and Environmental Engineering , Wuhan University of Technology , Wuhan 430070 ,China) Abstract :Based on the analysis and research on the cause of the higher total cost resulted from high blounder yield and fre2 quent rock toes in a certain quarry , a series of technical measures , which takes improving blasting effects as center , are put out. According to the mechanism of base air2decked blasting ,combined with millisecond blasting theory ,the contrast tests of millisec2 ond blasting for base air2decked were carried out in the quarry. The contrast tests were taken with two means : overdrilled blast2 holes and 0. 5 meter2long air2decked blasting at the bottom of the blastholes , and then their blasting effects were contrasted. The test results indicated that millisecond blasting for air2decked blasting at the bottom of the blastholes has taken an obvious ef2 fect for improving blasting effects and reducing explosive unit consumption , and therefore improved economic effect effectively. Key words :　 base air2deck ; millisecond blasting ; loaded constitution ; blasting effects 在 矿 山 爆 破 中 ,为 了 获 得 最 佳 的 爆 破 效 果 ,使 成 本 最 小 化 ,工 程 师 们 经 常 会 研 究 和 试 验 不 同 的 爆 破 技 术 。 空 气 间 隔 (空 腔 ) 装 药 爆 破 又 称 为 轴 向 不 耦 合 装 药 爆 破 ,是 将 炮 孔 原 装 药 段 的 部 分 体 积 用 空 气 柱 取 而 代 之 的 [ 1 ,2 ] 一 种 爆 破 技 术 。 工 程 实 践 证 明 ,装 药 结 构 及 起 爆 方 式 的 改 进 可 有 效 地 提 高 炸 药 的 能 量 利 用 率 。 按 照 空 气 柱 在 炮 孔 内 的 位 置 不 同 ,空 气 间 隔 爆 破 大 致 可 以 分 为 底 部 留 空 气 柱 、药 包 中 间 留 空 气 柱 和 药 包 与 堵 塞 之 间 留 空 气 柱 等 3 种 爆 破 类 型 。 目 前 工 程 实 践 中 第 一 种 空 气 间 隔 爆 破 应 用 较 多 ,该 试 验 也 着 重 对 炮 孔 底 部 空 气 间 隔 装 药 爆 破 的 原 理 及 矿 山 应 用 进 行 分 析 和 研 究 。 1 孔 底 空 腔 爆 破 的 作 用 机 理 及 研 究 现 状 [3 ,4 ] 空 气 间 隔 装 药 技 术 在 爆 破 作 用 过 程 中 一 方 面 降 低 了 爆 压 的 峰 值 ,避 免 了 对 孔 壁 岩 石 的 过 度 破 碎 作 用 ;另 一 方 面 延 长 了 爆 压 作 用 时 间 ,以 获 得 更 大 的 爆 破 冲 量 ,从 而 提 高 了 爆 破 的 有 效 能 量 利 用 率 。 国 内 外 许 收 稿 日 期 :2008205219. 作 者 简 介 :房 泽 法 (19542) ,男 ,教 授 . E2mail :fangzefa @whut. edu. cn 第 30 卷 第 10 期 房 泽 法 ,等 :孔 底 空 腔 微 差 爆 破 的 试 验 研 究 93 [ 5 ] 1993 多 研 究 人 员 曾 经 对 空 气 间 隔 装 药 爆 破 技 术 的 理 论 和 实 践 作 过 研 究 。 印 度 中 央 采 矿 所 的 Pal Roy P 等 年 首 先 在 Jambad 和 Chasnalla 矿 山 采 用 木 间 隔 器 试 验 空 气 间 隔 爆 破 ,1994 年 在 Bermo 矿 山 进 行 了 推 广 试 验 ,并 取 得 了 较 好 的 爆 破 效 果 。 文 献 [627 ]中 介 绍 ,在 澳 大 利 亚 BHP 某 铜 矿 ,将 空 气 间 隔 置 于 柱 状 药 包 自 上 向 下 算 起 的 35 % — 45 %处 ,炸 药 用 量 减 少 20 % — 40 % ,堵 塞 段 减 少 1 — 2 m ,与 连 续 装 药 爆 破 效 果 相 同 ;我 国 莱 源 钢 厂 支 家 庄 铁 矿 ,在 孔 底 装 1 — 1. 2 m 的 竹 筒 ,实 现 了 无 超 深 爆 破 而 不 留 根 底 ,并 使 大 块 率 降 低 32 % ,节 省 炸 药 34 % ,电 铲 效 率 提 高 15 %;鞍 钢 东 鞍 山 铁 矿 也 采 用 类 似 的 方 法 ,在 超 钻 部 分 装 1. 3 — 1. 5 m 空 腔 ,节 省 炸 药 16. 6 % ,大 块 率 降 低 50 % ,远 区 地 震 强 度 降 低 28 % — 36 %。 文 献 [8 ]对 本 钢 南 芬 露 天 铁 矿 的 深 孔 进 行 了 底 部 和 中 间 2 种 空 气 间 隔 装 药 结 构 的 试 验 ,2 种 试 验 装 药 结 构 对 改 善 爆 破 效 果 ,降 低 炸 药 单 耗 起 到 了 明 显 作 用 。 2 爆 破 试 验 研 究 2 . 1 工 程 概 况 广 东 珠 海 市 某 区 拟 建 一 座 电 厂 ,需 要 采 用 爆 破 的 方 法 对 电 厂 的 场 地 进 行 平 整 。 为 减 少 成 本 ,在 该 区 新 建 一 座 采 石 场 。 爆 破 区 域 100 — 500 m 范 围 内 为 居 民 区 和 游 艇 厂 ,爆 区 环 境 相 当 复 杂 。 爆 区 岩 石 为 花 岗 石 ,表 面 弱 风 化 ,普 氏 系 数 f 为 8 — 14 ,部 分 区 域 岩 体 裂 隙 发 育 ,可 爆 性 较 好 。 2 . 2 爆 破 参 数 采 用 潜 孔 钻 机 钻 孔 ,钻 孔 直 径 140 mm ,梅 花 形 布 孔 ,其 余 孔 网 参 数 见 表 1。 孔 # 内 装 <120 条 状 2 岩 石 乳 化 炸 药 ,孔 深 小 于 10 m 时 单 层 装 药 ,孔 深 不 大 于 18 m 时 分 2 层 装 药 ,孔 深 大 于 18 m 时 分 3 层 装 药 ,每 层 用 2 发 雷 管 ,采 用 正 向 装 药 起 爆 , 上 部 装 药 用 低 段 位 雷 管 ,下 部 用 高 段 位 雷 管 ,间 隔 层 采 用 1. 0 m 的 岩 渣 充 填 ,装 药 结 构 如 图 1 所 示 。 根 据 国 外 对 中 深 孔 现 场 试 验 研 究 成 果 ,要 获 得 最 佳 爆 破 块 度 ,其 合 理 的 微 差 时 间 间 隔 与 抵 抗 线 大 小 有 关 ,每 米 抵 抗 线 延 期 时 间 在 6 — 15 ms 之 间 。 该 次 台 阶 爆 破 ,最 小 抵 抗 线 为 4 — 5 m ,孔 外 用 2、3 段 非 电 雷 管 联 结 ,排 间 延 期 时 间 为 25 — 50 ms。 为 降 低 爆 破 振 动 ,每 次 爆 破 排 数 不 超 过 3 排 ,并 采 用 对 角 线 顺 序 起 爆 网 路 。 2 . 3 试 验 目 的 和 试 验 方 法 爆 破 初 期 采 场 大 块 率 高 ,2 次 破 碎 工 作 量 大 ;爆 破 后 底 板 根 底 多 ,影 响 铲 装 效 率 ,且 使 下 一 台 阶 钻 孔 困 难 ,造 成 矿 山 爆 、装 、运 总 体 成 本 偏 高 。 显 然 ,降 低 大 块 率 ,减 少 根 底 ,是 降 低 总 成 本 的 关 键 ,为 此 ,尝 试 对 炮 孔 底 部 有 无 空 气 间 隔 进 行 爆 破 对 比 试 验 。 爆 破 试 验 分 2 种 ,一 是 钻 孔 超 深 取 1. 5 m ,孔 底 不 设 空 腔 段 ;一 是 钻 孔 超 深 取 1. 0 m ,孔 底 采 用 空 气 间 隔 。 孔 底 空 气 间 隔 长 为 0. 5 m、采 用 两 端 堵 塞 的 <100PVC 管 放 入 孔 底 来 实 现 。 2 . 4 爆 破 效 果 对 比 一 共 作 了 6 次 3 组 对 比 性 爆 破 试 验 。 该 采 石 场 矿 仓 上 部 铺 设 600 mm 资 700 mm 格 筛 ,规 定 爆 落 的 岩 块 单 向 尺 寸 超 过 700 mm 即 为 大 块 。 爆 破 后 的 石 方 用 挖 掘 机 装 车 外 运 过 程 中 ,标 定 装 车 速 度 和 2 次 破 碎 工 作 [ 9 ] 量 ,以 检 查 大 块 率 。 计 算 方 法 采 用 体 积 法 ,即 用 2 次 爆 破 的 大 块 总 体 积 与 爆 破 总 体 积 之 比 来 确 定 大 块 率 , 公 式 为 : D0 = ( N V 0/ Q0) 资 100 %。 式 中 , D0 为 单 次 台 阶 爆 破 的 大 块 率 , %; N 为 单 次 台 阶 爆 破 的 大 块 个 数 ; 3 3 V 0 为 单 次 爆 破 大 块 的 平 均 体 积 ,m ; Q0 为 单 次 台 阶 爆 破 的 总 体 积 ,m 。 单 次 爆 破 大 块 的 平 均 体 积 采 用 当 量 体 积 确 定 ,即 用 多 向 卡 点 法 测 得 各 方 向 的 尺 寸 ,然 后 取 其 平 均 值 作 为 3 3 大 块 的 当 量 尺 寸 ,算 法 为 : V 0 = kd 。 式 中 , V 0 为 单 次 爆 破 大 块 的 当 量 体 积 ,m ; d 为 单 体 大 块 的 当 量 边 长 , m ; k 为 与 大 块 形 状 有 关 的 修 正 系 数 ,当 大 块 为 准 立 方 体 时 k = 1. 0 ;当 大 块 形 状 为 拟 球 体 时 k = 0. 6 — 1. 0 。 单 次 台 阶 爆 破 的 总 体 积 由 单 次 爆 破 的 布 孔 参 数 及 台 阶 高 度 决 定 。 因 单 个 大 块 的 体 积 接 近 于 原 岩 的 实 际 体 积 ,故 爆 破 总 体 积 的 计 算 亦 采 用 原 岩 体 积 。 挖 运 结 束 ,观 察 台 阶 下 部 留 根 底 情 况 ,并 且 用 L T 系 列 电 子 经 纬 仪 测 量 爆 破 后 的 底 盘 标 高 ,对 比 基 准 面 标 高 之 后 即 可 得 到 爆 后 底 盘 标 高 变 化 值 。 无 空 腔 装 药 爆 破 和 孔 底 空 腔 爆 破 的 爆 破 效 果 对 比 ,如 表 1 所 示 。 　 9　4 武 汉 理 工 大 学 学 报 2008 年 10 月 表 1 无 空 腔 装 药 爆 破 和 孔 底 空 腔 爆 破 的 爆 破 效 果 对 比 试 验 号 1 2 3 4 5 6 岩 石 风 化 程 度 台 阶 高 度 / m 平 均 孔 深 / m 超 深 / m 未 风 化 6. 8 未 风 化 12. 5 14. 0 1. 2 未 风 化 20. 5 22. 0 1. 5 弱 风 化 20. 0 21. 0 1. 0 微 风 化 25. 7 26. 7 1. 0 未 风 化 27. 5 28. 5 1. 0 7. 8 1. 0 底 盘 抵 抗 线 / m 孔 距 资 排 距 / (m 资 m) 堵 塞 长 度 / m 4. 5 5. 0 6. 5 6. 5 8. 0 6. 5 4 资 4 3 — 3. 5 0. 6 4. 5 资 4 3. 0 5 资 4 3 — 4 0. 6 5. 5 资 5 3. 5 — 4 0. 514 0. 5 5. 5 资 5 3. 5 — 4 0. 48 0. 5 5. 5 资 5 3. 5 - 3 ) 炸 药 单 耗 / (kg房m 空 腔 长 度 / m 根 底 0. 64 0 0. 485 0. 5 0 0 无 根 底 少 10. 2 0 根 底 较 多 9. 8 无 无 无 大 块 率 / % 12. 5 - 0. 2 5. 5 5. 0 6. 2 爆 后 底 盘 标 高 变 化 / m 0. 3 - 0. 6 - 0. 6 - 0. 5 　 从 表 1 中 的 试 验 结 果 可 以 得 出 以 下 结 论 :1) 对 于 花 岗 岩 采 石 场 的 爆 破 ,孔 底 无 空 腔 孔 内 外 微 差 爆 破 时 的 钻 孔 超 深 值 ,对 于 10 m 以 下 台 阶 ,可 取 0. 5 — 1. 0 m ;对 于 10 m 以 上 台 阶 ,可 取 1. 0 — 1. 5 m。 采 用 孔 底 空 腔 装 药 孔 内 外 微 差 爆 破 技 术 ,台 阶 超 深 只 需 取 0. 5 m 左 右 即 可 达 到 设 计 要 求 标 高 。 即 孔 底 空 腔 装 药 减 少 了 钻 孔 量 ,提 高 了 延 米 爆 破 方 量 。 2) 孔 底 空 腔 爆 破 对 改 善 爆 破 效 果 、降 低 炸 药 单 耗 起 到 了 明 显 的 作 用 。 较 之 无 空 腔 装 药 爆 破 ,前 者 爆 后 无 根 底 ,而 且 大 块 率 明 显 降 低 。 同 时 ,由 于 提 高 了 药 柱 高 度 ,减 少 了 底 部 装 药 ,使 能 量 达 到 了 有 效 、合 理 的 利 用 ,从 而 明 显 降 低 了 炸 药 单 耗 ,节 省 了 爆 破 成 本 。 3) 岩 石 的 风 化 程 度 和 底 盘 抵 抗 线 对 底 盘 平 整 度 、根 底 情 况 、大 块 率 等 爆 破 效 果 均 有 影 响 ,对 于 岩 石 风 化 严 重 或 底 盘 抵 抗 线 较 小 的 台 阶 ,可 适 当 减 小 钻 孔 超 深 ;反 之 ,则 需 加 大 超 深 。 孔 底 空 腔 装 药 爆 破 降 低 了 孔 内 爆 破 峰 值 压 力 ,延 长 了 爆 轰 气 体 在 炮 孔 内 的 作 用 时 间 ;减 少 大 块 率 ,使 爆 落 的 岩 石 破 碎 块 度 更 加 均 匀 ;减 少 台 阶 爆 破 中 留 根 底 现 象 ;提 高 了 延 米 爆 破 方 量 。 总 之 ,孔 底 空 腔 装 药 爆 破 可 以 改 善 爆 破 效 果 ,降 低 爆 破 成 本 。 3 结 语 将 孔 底 空 腔 爆 破 结 合 微 差 爆 破 理 论 应 用 于 某 采 石 场 ,一 方 面 可 以 减 少 台 阶 爆 破 中 的 留 根 底 现 象 ,降 低 大 块 率 ,使 爆 破 块 度 更 均 匀 ;另 一 方 面 降 低 了 炸 药 单 耗 ,同 时 由 于 减 少 了 钻 孔 量 ,提 高 了 延 米 爆 破 方 量 ,从 而 节 省 了 爆 破 成 本 。 虽 然 底 部 空 腔 爆 破 在 花 岗 岩 采 石 场 取 得 了 一 定 的 经 济 效 益 ,但 空 腔 爆 破 破 岩 机 理 的 研 究 、最 佳 的 空 气 柱 长 度 和 最 佳 空 腔 数 量 的 量 化 确 定 还 需 要 在 实 践 中 进 一 步 地 探 索 和 总 结 。 参 考 文 献 [ [ [ [ [ 1 ] 于 亚 伦 . 工 程 爆 破 理 论 与 技 术 [ M]. 北 京 :冶 金 工 业 出 版 社 ,2004. 2 ] 周 游 , 程 康 , 陈 世 华 . 空 气 间 隔 装 药 技 术 在 水 布 垭 地 下 厂 房 开 挖 中 的 应 用 [J ]. 爆 破 ,2005 ,22(2) :56257. 3 ] 朱 红 兵 , 卢 文 波 , 吴 亮 . 空 气 间 隔 装 药 爆 破 机 理 研 究 [J ]. 岩 土 力 学 ,2007 ,(5) :9872991. 4 ] 莫 克 森 N T , 米 德 D , 理 查 森 S B , 等 . 空 气 隔 层 爆 破 技 术 的 研 究 [J ]. 国 外 金 属 矿 山 ,1993 ,(11) :50257. 5 ] Pal Roy P , Singh R B. 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