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组合控制爆破技术在露天矿山的研究与应用
2012-07-31
矿山边坡的稳定性,关乎到整个矿山未来的发展。针对层状岩体边坡稳定性提出了预裂缓冲组合控 制爆破技术,分析了介于主爆区、预裂区之间的缓冲区爆破参数合理选取方法以及各爆区的相互影响。该项技术 在矿山中应用,不增加工艺环节,改善了爆破质量,同时有效的控制边坡的稳定性。
中 国 采 选 技 术 十 年 回 顾 与 展 望 组合控制爆破技术在露天矿山的研究与应用 王 ꢀ 涛 ꢀ 张 建 华 ( 武 汉 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 矿 山 边 坡 的 稳 定 性 , 关 乎 到 整 个 矿 山 未 来 的 发 展 。 针 对 层 状 岩 体 边 坡 稳 定 性 提 出 了 预 裂 缓 冲 组 合 控 制 爆 破 技 术 , 分 析 了 介 于 主 爆 区 、 预 裂 区 之 间 的 缓 冲 区 爆 破 参 数 合 理 选 取 方 法 以 及 各 爆 区 的 相 互 影 响 。 该 项 技 术 在 矿 山 中 应 用 , 不 增 加 工 艺 环 节 , 改 善 了 爆 破 质 量 , 同 时 有 效 的 控 制 边 坡 的 稳 定 性 。 关 键 词 ꢀ 预 裂 爆 破 ꢀ 缓 冲 爆 破 ꢀ 控 制 爆 破 ꢀ 参 数 分 析 ꢀ ꢀ 露 天 矿 靠 近 最 终 边 邦 爆 破 时 , 随 着 开 采 的 延 伸 , 裂 孔 孔 口 间 距 , 与 主 爆 孔 间 距 , 缓 冲 孔 孔 距 等 。 见 图 固 定 边 邦 越 来 越 高 , 边 邦 的 稳 定 性 问 题 尤 其 突 出 。 因 此 , 确 保 永 久 边 邦 的 稳 定 性 , 是 矿 山 持 续 开 采 首 要 考 虑 问 题 。 目 前 对 边 帮 控 制 爆 破 技 术 主 要 有 预 裂 爆 破 、 缓 冲 爆 破 、 减 震 爆 破 、 密 集 空 孔 爆 破 。 国 内 矿 山 多 采 用 预 裂 爆 破 技 术 , 国 外 矿 山 主 要 以 预 裂 爆 破 、 缓 冲 爆 破 技 术 为 主 。 然 而 , 针 对 极 不 稳 定 的 、 水 文 地 质 丰 富 的 层 状 岩 体 而 言 , 单 一 的 预 裂 爆 破 、 缓 冲 爆 破 技 术 并 不 能 达 到 理 想 的 效 果 。 必 须 采 用 组 合 控 制 爆 破 1。 * +' ()' %&' C 2 b 3 C 1 ! "#$ β b 2 b 1 W d 技 术 , 即 缓 冲 爆 破 、 预 W 裂 孔 爆 W 破 技 术 W 相 结 合 使 . 用 K 。 Y114.CN 图 1ꢀ 台 阶 布 孔 断 面 1 ꢀ 组 合 控 制 爆 破 预 裂 缓 冲 爆 破 即 预 裂 爆 破 与 缓 冲 爆 破 同 时 采 W — 底 盘 抵 抗 线 ; b — 主 爆 孔 排 距 ; b2 — 主 爆 孔 与 缓 d 1 冲 孔 间 距 ; b — 缓 冲 孔 孔 距 ; C — 预 裂 缓 冲 孔 3 1 用 。 在 靠 近 永 久 边 邦 钻 一 排 密 集 炮 孔 , 采 用 不 耦 合 装 药 方 式 , 预 裂 孔 在 相 邻 缓 冲 区 起 爆 之 前 同 时 起 爆 , 爆 后 形 成 一 条 预 裂 缝 , 反 射 缓 冲 区 应 力 波 , 从 而 有 利 于 岩 体 的 破 碎 , 同 时 保 护 了 边 邦 受 损 。 缓 冲 孔 位 于 主 爆 孔 与 预 裂 孔 之 间 , 在 主 爆 孔 起 爆 之 后 起 爆 , 由 于 缓 冲 孔 单 孔 装 药 量 仅 为 主 爆 孔 药 量 50% 左 右 , 一 次 起 爆 药 量 大 大 减 小 , 应 力 波 强 度 随 之 削 弱 , 有 效 地 控 制 了 爆 破 震 动 对 边 邦 的 影 响 。 二 者 同 时 使 用 , 即 保 证 了 边 坡 的 稳 定 性 又 改 善 了 边 坡 附 近 岩 体 的 爆 破 效 果 。 底 距 ; C 2 — 预 裂 缓 冲 孔 口 距 ; β— 最 终 边 坡 角 2. 1ꢀ 缓 冲 孔 直 径 缓 冲 孔 直 径 根 据 实 际 情 况 , 考 虑 到 对 边 坡 稳 定 的 影 响 , 缓 冲 孔 孔 径 尽 可 能 小 , 减 少 一 次 装 药 量 , 降 低 震 动 。 通 常 , 接 近 于 预 裂 孔 孔 径 。 不 宜 太 小 , 太 小 影 响 矿 山 生 产 规 模 , 增 加 穿 孔 量 , 生 产 效 益 降 低 。 2. 2ꢀ 预 裂 孔 与 缓 冲 孔 孔 底 水 平 距 离 C1 缓 冲 区 岩 石 的 破 碎 效 果 和 预 裂 爆 破 的 坡 面 质 量 是 评 价 欲 裂 爆 破 成 败 的 重 要 依 据 , 合 理 选 择 预 裂 孔 与 缓 冲 孔 孔 底 的 水 平 距 离 是 成 败 的 关 键 因 素 之 一 。 因 此 , 考 虑 到 边 坡 面 得 完 整 性 , 此 参 数 依 据 炮 孔 破 碎 圈 半 径 取 值 。 根 据 冲 击 波 作 用 下 岩 石 的 压 缩 破 坏 机 理 可 求 得 : 2 ꢀ 缓 冲 孔 爆 破 参 数 分 析 缓 冲 爆 破 主 要 起 着 保 护 边 帮 和 降 低 爆 破 振 动 的 作 用 。 它 的 关 键 是 要 使 得 正 常 装 药 时 的 主 爆 孔 爆 破 漏 斗 半 径 加 上 缓 冲 孔 的 爆 破 的 地 表 漏 斗 半 径 正 好 达 到 预 裂 面 的 位 置 。 缓 冲 爆 破 实 际 上 是 在 不 改 变 炸 药 单 耗 的 情 况 下 , 通 过 调 整 孔 网 参 数 , 以 使 得 单 孔 装 药 量 比 主 爆 孔 减 少 , 从 而 降 低 爆 破 振 动 。 P0 ( 1 - sinψ) ] 1 / α rc = [ rb , ( 1) 2 Ccosψ 冲 击 波 作 用 取 “ + ” , 压 缩 应 力 波 作 用 下 取 “ - ” , u 王 ꢀ 涛 ( 1988— ) , 男 , 硕 士 研 究 生 , 430070 湖 北 省 武 汉 市 。 缓 冲 孔 主 要 考 虑 孔 径 、 与 预 裂 孔 孔 底 间 距 , 与 预 · 369· 中 国 采 选 技 术 十 年 回 顾 与 展 望 为 岩 石 的 泊 松 比 , ψ 为 岩 石 动 态 内 摩 擦 角 , 对 于 大 多 W = kd , ( 8) 1 式 中 , k 为 日 本 取 k = 40, 国 内 铁 路 上 建 议 取 k = 32 ~ 数 岩 石 , ψ = 30° ~ 50°, C 为 岩 石 的 动 态 内 聚 力 , Pa。 P 为 岩 石 的 初 始 压 力 峰 值 , Pa。 r 为 药 包 半 径 , α 38; d 为 孔 径 , mm。 0 为 波 的 衰 减 指 数 。 b 2. 5ꢀ 孔 距 a μ 对 于 逐 孔 起 爆 技 术 而 言 , 当 炮 孔 密 集 系 数 大 于 α = 2 ± ꢀ ( μ 为 岩 石 的 泊 松 比 ) . ( 2) 1 - μ 2 时 , 可 按 单 孔 炸 药 所 承 担 的 岩 石 方 量 进 行 调 整 。 缓 冲 爆 破 孔 距 : 2 . 3ꢀ 预 裂 孔 与 缓 冲 孔 孔 口 距 C 2 缓 冲 孔 爆 破 要 保 证 爆 破 漏 斗 的 底 圆 半 径 不 超 过 α = Q/ bHq , ( 9) 预 裂 缝 。 因 此 , 孔 口 距 主 要 依 据 爆 破 漏 斗 大 小 确 定 。 依 据 利 文 斯 顿 爆 破 漏 斗 理 论 可 知 , 如 果 保 持 药 包 重 量 和 炸 药 种 类 不 变 , 药 包 埋 置 深 度 从 临 界 深 度 逐 渐 减 少 , 当 药 包 埋 置 深 度 减 小 到 某 一 值 时 、 爆 破 漏 斗 体 积 达 到 最 大 值 、 炸 药 能 量 得 到 最 充 分 的 利 用 。 此 时 , 药 包 埋 深 为 最 佳 埋 置 深 度 d0 , 药 包 埋 置 深 度 dc 与 临 界 深 度 N 的 之 比 , 称 为 深 度 比 。 式 中 , Q 为 缓 冲 孔 单 孔 装 药 量 ; q 为 炸 药 单 耗 ; H 为 台 阶 高 度 。 2 . 6ꢀ 堵 塞 长 度 堵 塞 能 保 证 炸 药 充 分 反 映 , 产 生 最 大 热 量 , 防 止 爆 生 气 体 过 早 溢 出 炮 孔 , 是 炸 药 能 量 更 多 的 转 化 成 破 碎 岩 石 的 有 用 功 , 提 高 炸 药 能 量 利 用 率 。 堵 塞 过 短 , 容 易 冲 孔 , 堵 塞 过 长 , 孔 口 易 产 生 大 块 。 因 此 , 合 理 的 堵 塞 长 度 是 影 响 岩 石 破 碎 效 果 的 一 个 重 要 原 因 。 通 常 , 堵 塞 长 度 L = ( 0. 8 ~ 1) Wd 。 ꢀ ꢀ 深 度 比 Δ = dc / N , ( 3) ( 4) 药 包 埋 置 深 度 3 ꢀ 露 天 矿 山 应 用 3 d = ΔE Q . 3. 1ꢀ 工 程 背 景 c b 槡 ꢀ ꢀ 当 药 包 埋 置 深 度 为 最 佳 深 度 时 , 即 d = d 时 , 某 露 天 坑 采 场 开 采 境 界 长 轴 沿 矿 体 呈 WN - ES c j 此 时 的 深 度 比 称 为 最 佳 深 度 比 , 则 最 佳 深 度 与 装 药 走 向 , 矿 体 呈 层 状 , 向 南 倾 斜 , 倾 角 35° ~ 48°。 矿 石 量 关 系 为 : 主 要 以 磷 灰 岩 为 主 , 属 中 等 硬 度 岩 石 。 目 前 , 已 开 采 3 WWW.KY114.CN d = Δ E Q . ( 5) 到 + 90 m 水 平 , 该 水 平 矿 石 节 理 裂 隙 发 育 , 水 文 地 质 丰 富 。 在 + 110、 + 100、 + 90 m 水 平 帮 坡 实 行 了 并 段 , 并 段 边 坡 呈 68°, 必 须 对 其 实 行 控 制 爆 破 , 确 保 边 坡 稳 定 。 j j b 槡 ꢀ ꢀ 利 文 斯 顿 理 论 是 基 于 集 中 药 包 , 而 矿 山 生 产 爆 破 主 要 采 用 条 形 药 包 , 因 此 单 孔 漏 斗 半 径 无 法 采 用 该 理 论 进 行 , 但 是 , 由 于 距 预 裂 孔 较 近 的 缓 冲 孔 深 度 小 , 药 柱 短 , 选 取 药 柱 重 心 , 可 近 似 以 该 理 论 进 行 计 算 。 通 过 现 场 试 验 校 正 , 可 得 漏 斗 半 径 , 即 预 裂 孔 与 缓 冲 孔 孔 口 距 C2 。 3. 2ꢀ 爆 破 设 计 3. 2. 1ꢀ 岩 石 力 学 参 数 及 炸 药 参 数 该 露 天 矿 靠 近 永 久 边 邦 采 用 了 组 合 控 制 爆 破 技 术 。 紧 邻 边 邦 岩 石 岩 性 主 要 为 浅 粒 磷 灰 岩 , 弹 性 模 量 E 为 6. 84 GPa, 泊 松 比 u 为 0. 35, 粘 结 力 C 为 10. 1 MPa, 内 摩 擦 角 φ 为 48. 5°, 岩 石 的 抗 压 强 度 2 . 4ꢀ 主 爆 孔 与 缓 冲 孔 排 间 距 b 2 此 参 数 主 要 决 定 了 缓 冲 孔 的 破 碎 效 果 , 可 将 缓 冲 孔 视 为 台 阶 爆 破 的 第 一 排 孔 , 主 爆 和 缓 冲 孔 的 排 间 距 不 能 大 于 以 缓 冲 孔 计 算 的 底 盘 抵 抗 线 。 有 以 下 几 种 确 定 方 法 。 σ 为 60. 7 MPa, 抗 拉 强 度 σ 为 3. 82 MPa。 炸 药 密 m t 3 度 1. 1 kg / m , 爆 速 4 500 m/ s。 3. 2. 2ꢀ 爆 破 参 数 设 计 ( 1) 根 据 钻 孔 作 业 安 全 条 件 确 定 W ≥ Hcotα + c , ( 6) 通 过 理 论 计 算 及 多 次 现 场 试 验 , 得 出 了 最 佳 爆 破 参 数 : 主 爆 区 台 阶 高 度 12 m, 设 计 超 深 1. 5 m。 主 爆 区 炮 孔 直 径 250 mm, 孔 深 12 m, 超 深 1. 5 m, 孔 网 参 数 9 m × 7 m, 乳 化 炸 药 耦 合 装 药 , 堵 塞 深 度 6 m, 预 裂 孔 孔 径 110 mm, 采 用 乳 化 炸 药 不 耦 合 装 药 , 导 爆 索 同 时 起 爆 。 缓 冲 孔 孔 径 140 mm、 主 爆 孔 和 缓 冲 孔 间 距 4. 5 ~ 5. 0 m、 预 裂 孔 和 缓 冲 孔 间 距 5. 0 m、 缓 ( 下 转 第 373 页 ) 1 式 中 , W1 为 底 盘 抵 抗 线 , m; H 为 台 阶 高 度 , m; α 为 台 阶 坡 面 角 , 一 般 为 60° ~ 75°; c 为 从 深 孔 中 心 到 坡 顶 边 线 的 安 全 距 离 , c≥2. 5 ~ 3 m。 ( 2) 按 台 阶 高 度 确 定 W = ( 0. 6 ~ 0. 9) H . ( 7) ꢀ 岩 石 坚 硬 , 系 数 取 小 值 , 反 之 , 系 数 取 大 值 。 ( 3) 按 钻 孔 直 径 确 定 。 1 ꢀ · 370·


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