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德兴铜矿改善台阶爆破效果方法的研究
2013-09-16
台阶爆破是露天矿山最重要的生产环节之一,爆破效果直接影响着矿山后续的生产工艺。鉴于德兴 铜矿台阶爆破中出现的爆破振动大、大块率高、爆堆松散程度不够、后冲、侧冲严重的情况,就现场布孔、充填、导爆 管起爆网络提出一些改进措施,现场应用表明改进的措施对爆破效果有着显著的提高,大大地提高了电铲效率,降 低了矿山生产成本,增加了矿山的生产效益;同时,对其他矿山生产有重要的借鉴意义。
中 国 矿 业 科 技 文 汇 — 2013 德兴铜矿改善台阶爆破效果方法的研究 1 1 2 1 1 何 皇 兵 ꢀ 璩 世 杰 ꢀ 许 文 耀 ꢀ 张 敏 哲 ꢀ 舒 凑 先 ( 1. 北 京 科 技 大 学 资 源 与 土 木 学 院 ; 2. 中 国 冶 金 矿 山 企 业 协 会 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 台 阶 爆 破 是 露 天 矿 山 最 重 要 的 生 产 环 节 之 一 , 爆 破 效 果 直 接 影 响 着 矿 山 后 续 的 生 产 工 艺 。 鉴 于 德 兴 铜 矿 台 阶 爆 破 中 出 现 的 爆 破 振 动 大 、 大 块 率 高 、 爆 堆 松 散 程 度 不 够 、 后 冲 、 侧 冲 严 重 的 情 况 , 就 现 场 布 孔 、 充 填 、 导 爆 管 起 爆 网 络 提 出 一 些 改 进 措 施 , 现 场 应 用 表 明 改 进 的 措 施 对 爆 破 效 果 有 着 显 著 的 提 高 , 大 大 地 提 高 了 电 铲 效 率 , 降 低 了 矿 山 生 产 成 本 , 增 加 了 矿 山 的 生 产 效 益 ; 同 时 , 对 其 他 矿 山 生 产 有 重 要 的 借 鉴 意 义 。 关 键 词 ꢀ 布 孔 ꢀ 充 填 ꢀ 导 爆 管 起 爆 网 络 ꢀ 爆 破 效 果 ꢀ ꢀ 台 阶 爆 破 是 露 天 矿 山 日 常 生 产 活 动 中 最 重 要 的 数 爆 破 情 况 下 , 爆 破 区 域 前 方 存 在 压 碴 , 无 自 由 面 一 道 工 序 之 一 , 其 爆 破 效 果 的 好 坏 对 随 后 的 铲 装 、 运 输 、 粗 碎 等 工 序 的 工 作 效 率 和 矿 石 的 生 产 成 本 , 都 具 有 很 大 的 影 响 。 合 理 的 分 析 影 响 爆 破 效 果 的 主 要 因 素 , 研 究 提 高 台 阶 爆 破 效 果 的 方 法 , 对 提 高 矿 山 生 产 效 率 , 降 低 矿 山 生 产 成 本 有 着 重 要 意 义 。 ( 如 图 1) , 这 就 给 台 阶 爆 破 效 果 带 来 一 定 的 影 响 。 1 ꢀ 德 兴 铜 矿 露 天 采 场 概 述 1 . 1ꢀ 露 天 采 场 概 况 图 1ꢀ 爆 破 区 域 压 碴 , 无 自 由 面 德 兴 铜 矿 是 亚 洲 第 一 大 露 天 铜 矿 , 其 露 天 采 矿 WWW.KY114.CN 目 前 , 德 兴 铜 矿 台 阶 爆 破 在 安 全 与 经 济 上 基 本 都 能 达 到 要 求 , 但 是 在 爆 破 也 存 在 一 些 问 题 。 爆 破 效 果 没 有 达 到 最 优 化 , 爆 堆 松 散 程 度 不 够 , 大 块 率 高 场 分 为 铜 厂 采 矿 场 和 富 家 钨 采 矿 场 , 目 前 矿 山 生 产 能 力 为 13 万 t/ d。 台 阶 高 度 15 m, 炮 孔 直 径 250 mm, 孔 深 17. 5 m, 台 阶 坡 面 角 65°, 孔 边 距 为 2 ~ 3 m, 钻 孔 设 备 选 用 YZ - 35D 牙 轮 钻 机 。 ( 如 图 2) , 后 冲 、 侧 冲 较 难 控 制 , 影 响 铲 装 效 率 及 下 次 穿 孔 作 业 。 德 兴 铜 矿 目 前 的 台 阶 爆 破 技 术 非 常 成 熟 , 爆 破 采 用 三 角 形 布 孔 方 式 , 并 根 据 不 同 的 岩 石 的 普 氏 系 数 一 般 有 以 下 几 种 不 同 的 孔 网 参 数 : 8 m × 6 m、 8 m × 7 m、 7 m × 6 m; 同 时 与 不 同 的 地 表 延 期 搭 配 ; 采 用 现 场 混 装 炸 药 车 生 产 的 乳 化 炸 药 进 行 耦 合 装 药 ; 一 直 采 用 澳 瑞 凯 导 爆 管 起 爆 网 络 , 实 施 孔 间 微 差 起 爆 技 术 , 炮 孔 采 用 双 发 雷 管 双 发 起 爆 弹 , 其 雷 管 延 期 秒 量 分 别 为 孔 口 375 ms, 孔 底 400 ms。 图 2ꢀ 爆 破 后 的 大 块 ꢀ 改 善 爆 破 效 果 的 技 术 措 施 影 响 爆 破 效 果 的 因 素 主 要 有 地 质 地 形 条 件 、 岩 1 . 2ꢀ 台 阶 爆 破 中 存 在 的 问 题 2 深 孔 爆 破 在 改 善 和 控 制 爆 破 质 量 、 提 高 大 型 机 械 设 备 装 运 效 率 和 经 济 效 益 方 面 的 优 越 性 已 明 显 地 为 人 们 认 识 与 重 视 。 德 兴 铜 矿 作 为 特 大 型 露 天 矿 山 对 安 全 和 经 济 的 要 求 更 是 从 高 、 从 严 。 石 物 理 力 学 特 性 、 爆 破 参 数 。 其 中 爆 破 参 数 包 括 孔 距 、 排 距 、 底 盘 抵 抗 线 、 充 填 长 度 、 炸 药 单 耗 、 装 药 结 构 、 起 爆 位 置 、 单 孔 装 药 量 、 起 爆 网 络 及 炸 药 特 性 。 露 天 采 矿 场 矿 岩 石 主 要 为 花 岗 闪 长 斑 岩 体 与 千 枚 岩 , 岩 石 坚 硬 性 小 。 按 理 论 来 说 德 兴 铜 矿 的 爆 破 效 果 应 该 是 比 较 好 的 , 但 由 于 生 产 组 织 原 因 , 绝 大 多 何 皇 兵 ( 1988— ) , 男 , 硕 士 研 究 生 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30 号 。 · 259· ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 中 国 矿 业 科 技 文 汇 — 2013ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 在 现 场 施 工 工 艺 中 主 要 包 括 从 图 纸 爆 破 设 计 到 现 场 隙 , 为 后 爆 炮 孔 创 造 了 更 多 的 临 时 瞬 时 自 由 面 , 先 爆 炸 药 已 使 岩 体 的 部 分 破 坏 , 但 在 岩 体 中 所 引 起 的 应 力 波 尚 未 消 失 , 而 后 爆 炮 孔 所 产 生 的 应 力 波 刚 又 传 到 先 爆 炮 孔 位 置 , 使 岩 体 连 续 处 于 应 力 状 态 , 形 成 了 应 力 波 叠 加 增 强 。 挤 压 爆 破 由 于 自 由 面 前 有 压 渣 , 阻 碍 了 岩 石 裂 隙 的 扩 张 , 同 时 延 长 了 岩 石 的 应 力 状 态 , 提 高 了 炸 药 爆 炸 能 量 的 利 用 率 , 改 善 了 爆 破 效 果 。 放 样 的 布 孔 、 装 药 和 起 爆 网 络 3 个 方 面 。 2 . 1ꢀ 布 孔 现 场 布 孔 采 用 步 幅 或 皮 尺 测 距 人 工 摆 放 标 志 物 的 方 式 , 爆 区 与 设 计 有 变 化 的 孔 位 孔 深 等 异 常 情 况 都 有 很 好 的 标 记 , 但 在 现 场 布 孔 时 , 由 于 上 一 次 爆 破 存 在 严 重 后 冲 , 布 孔 时 按 照 孔 边 距 2. 5 m 进 行 实 施 , 底 盘 抵 抗 线 过 大 。 抵 抗 线 过 大 , 爆 破 质 量 将 会 恶 化 , 特 别 是 在 厚 层 岩 石 中 将 会 产 生 根 底 , 后 冲 作 用 大 , 甚 至 会 出 现 岩 坎 , 单 位 耗 药 量 也 会 显 著 增 加 ; 延 米 爆 破 量 减 少 , 致 使 单 位 体 积 岩 石 的 钻 孔 费 增 加 等 。 对 于 矿 山 生 产 由 于 是 自 由 面 压 碴 , 控 制 底 盘 抵 抗 线 最 为 关 键 。 争 对 以 上 情 况 , 从 以 下 几 个 方 面 进 行 改 进 : 孔 间 微 差 起 爆 技 术 通 过 不 同 时 间 间 隔 的 地 表 雷 管 的 联 接 , 使 每 个 炮 孔 按 照 爆 破 设 计 的 延 期 时 间 顺 序 起 爆 , 使 每 个 炮 孔 在 起 爆 时 都 有 两 个 瞬 时 自 由 面 , 爆 炸 应 力 波 反 射 充 分 , 爆 破 能 量 能 更 有 效 地 用 于 破 碎 岩 石 , 更 好 地 改 善 爆 破 效 果 。 导 爆 延 期 时 间 遵 循 了 快 排 慢 列 的 原 则 , 主 控 排 一 般 使 用 17 ms, 25 ms 或 42 ms, 爆 破 列 一 般 使 用 42 ms, 65 ms 或 100 ms。 鉴 于 目 前 采 矿 场 的 压 碴 爆 破 情 况 , 为 了 更 好 的 克 服 压 碴 对 爆 破 效 果 的 影 响 , 减 少 设 备 移 动 , 提 高 采 掘 效 率 , 对 目 前 起 爆 网 络 进 行 以 下 改 进 : ( 1) 根 据 前 方 压 碴 和 钻 机 的 具 体 情 况 , 在 保 证 钻 机 安 全 作 业 的 情 况 下 可 适 当 减 小 孔 边 距 至 1. 5 m 或 2 m。 ( 2) 加 密 前 排 孔 的 孔 距 , 使 得 前 排 孔 的 单 耗 比 后 排 孔 增 加 30% 以 上 , 以 克 服 自 由 面 压 碴 的 夹 制 作 ( 1) 主 控 排 统 一 采 用 17 ms, 并 逐 渐 向 9 ms 过 渡 , 这 更 有 利 用 提 高 脆 性 和 硬 度 较 高 的 岩 石 的 爆 破 效 果 。 爆 破 列 也 仍 然 采 用 42 ms 或 者 65 ms, 但 为 控 制 后 冲 最 后 一 排 的 延 期 可 调 整 为 100 ms( 如 图 3 所 示 ) 。 用 。 ( 3) 难 爆 区 域 应 该 适 当 加 密 孔 网 参 数 。 2 . 2ꢀ 装 药 WWW.KY114.CN 现 场 装 药 时 , 充 填 人 员 对 装 了 药 的 炮 孔 立 即 充 填 , 而 乳 化 炸 药 正 常 发 泡 敏 化 后 才 能 达 到 预 期 的 爆 破 性 能 , 否 则 炸 药 敏 感 度 下 降 , 爆 速 下 降 , 甚 至 造 成 拒 爆 。 同 时 , 由 于 炸 药 密 度 太 大 , 重 心 太 低 , 炸 药 能 量 分 布 不 利 于 炮 孔 上 部 岩 石 的 破 碎 , 从 而 造 成 大 块 过 多 , 后 冲 严 重 的 情 况 。 争 对 以 上 情 况 , 从 以 下 几 个 方 面 进 行 改 进 : 图 3ꢀ 布 孔 和 导 爆 管 地 表 延 期 示 意 —100 ms ( 1) 单 个 孔 装 药 结 束 后 需 要 等 待 乳 化 炸 药 发 —17 ms; —42 ms; 泡 , 不 同 制 乳 工 艺 和 品 种 的 乳 化 炸 药 在 不 同 环 境 温 度 下 都 会 有 不 同 的 发 泡 时 间 , 所 以 需 要 对 乳 化 炸 药 密 度 进 行 测 定 。 建 议 对 每 辆 装 药 车 的 炸 药 进 行 至 少 一 次 每 车 检 测 密 度 。 ( 2) 通 过 应 用 Blast - Code 软 件 对 爆 破 区 域 的 炮 孔 进 行 模 拟 , 对 地 表 延 期 时 间 做 出 适 当 的 调 整 , 实 现 孔 间 微 差 起 爆 。 3 ꢀ 现 场 应 用 通 过 提 高 爆 破 效 果 技 术 措 施 的 实 施 , 并 加 强 爆 ( 2) 充 填 工 作 需 要 在 等 待 炸 药 发 泡 结 束 后 方 能 进 行 。 破 工 艺 管 理 , 在 之 后 的 爆 破 中 , 爆 破 效 果 均 达 到 了 预 期 的 效 果 : 爆 破 振 动 小 、 飞 石 及 空 气 冲 击 波 危 害 小 、 块 度 均 匀 、 大 块 率 低 、 根 底 少 , 提 高 了 采 场 平 整 度 , 降 低 了 机 械 设 备 的 磨 损 , 爆 堆 大 小 合 适 易 于 铲 装 , 提 高 了 装 运 效 率 和 炸 药 利 用 率 。 2 . 3ꢀ 起 爆 网 络 微 差 挤 压 爆 破 用 于 多 排 孔 爆 破 可 获 得 良 好 的 效 果 , 主 要 是 前 两 个 孔 的 爆 破 为 后 一 个 孔 的 爆 破 提 供 了 自 由 面 , 同 时 应 力 波 的 叠 加 、 岩 块 相 互 间 的 碰 撞 挤 压 及 地 震 波 的 相 互 作 用 的 结 果 。 ( 1) 降 震 效 果 。 通 过 成 都 中 科 院 TC4850 爆 破 前 排 炮 孔 爆 破 的 岩 体 一 部 分 已 经 发 生 向 前 发 生 移 动 , 对 后 爆 破 的 岩 体 有 一 定 的 破 坏 , 造 成 了 一 些 裂 振 动 仪 器 测 试 , 振 速 符 合 《 爆 破 安 全 规 程 》 要 求 , 降 · 260· ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 爆 破 工 程 ꢀ 振 效 果 明 显 , 表 1 为 西 破 振 动 监 测 情 况 。 表 1ꢀ 西 破 振 动 监 测 情 况 测 试 仪 总 装 药 最 大 段 装 测 点 距 爆 点 最 大 震 速 平 均 震 速 矿 深 孔 台 阶 爆 破 的 效 果 和 质 量 。 ( 1) 矿 山 爆 破 地 震 效 应 是 一 个 很 多 因 素 相 互 影 响 的 复 杂 问 题 , 经 过 认 真 分 析 和 研 究 , 孔 间 微 差 起 爆 技 术 大 大 地 降 低 了 单 段 起 爆 炸 药 量 , 完 全 减 弱 了 爆 破 振 动 对 边 坡 、 采 场 设 备 和 矿 区 相 邻 建 筑 物 的 影 响 。 既 使 被 保 护 对 象 不 受 损 坏 , 确 保 了 正 常 的 矿 山 生 产 秩 序 。 项 目 器 编 号 量 / t 药 量 / kg 距 离 / m 451 / ( cm/ s) / ( cm/ s) # 1 9. 82 9. 82 6. 46 6. 46 750 750 750 750 1. 35 1. 23 0. 47 0. 35 1. 29 降 振 前 降 振 后 # 2 451 # 1 394 0. 41 # 2 394 ꢀ ꢀ 减 振 率 计 算 : ( 2) 微 差 起 爆 网 络 设 计 简 单 , 网 络 检 查 简 便 易 η = ( v - v后 ) / v前 · 100% 前 行 , 提 高 了 爆 破 施 工 效 率 。 = ( 1. 29 - 0. 41) / 1. 29 × 100% = 68. 3% . ( 3) 爆 破 效 果 提 高 , 减 少 了 二 次 破 碎 的 成 本 , 提 ꢀ ꢀ 由 此 可 见 , 振 动 速 度 明 显 降 低 了 , 有 效 的 减 弱 了 高 了 机 械 设 备 效 率 , 为 很 大 程 度 节 约 了 矿 山 生 产 成 本 提 供 了 有 力 保 障 , 达 到 了 降 本 增 效 的 目 的 。 爆 破 边 坡 的 影 响 , 同 时 有 利 于 保 护 采 区 机 械 设 备 及 设 施 , 达 到 了 比 较 好 的 降 振 效 果 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 ( 2) 爆 堆 块 度 和 形 状 。 对 露 天 台 阶 爆 破 而 言 , 爆 破 效 果 主 要 包 括 爆 堆 矿 岩 块 度 和 爆 堆 形 状 2 个 指 标 。 在 采 用 提 高 爆 破 效 果 的 布 孔 设 计 及 施 工 工 艺 后 , 爆 堆 块 度 和 形 状 都 达 到 了 满 意 的 要 求 ( 如 图 4) 。 [ 1] ꢀ 赵 兆 龙 , 等 . 地 质 地 形 条 件 对 小 龙 潭 露 天 矿 爆 破 震 动 的 影 响 [ J] . 露 天 采 矿 技 术 , 2007( 5) : 2022. [ [ [ [ 2] ꢀ 王 志 华 . 澳 瑞 凯 公 司 高 精 度 导 爆 管 雷 管 及 逐 孔 爆 破 技 术 的 应 用 [ J] . 矿 业 快 报 , 2005( 11) : 4344. 3] ꢀ 夏 红 兵 , 汪 海 波 , 宗 ꢀ 琦 . 爆 破 震 动 效 应 控 制 技 术 综 合 分 析 [ J] . 工 程 爆 破 , 2007, 13( 2) : 8386. 4] ꢀ 蒲 传 金 . 炮 孔 因 素 对 露 天 台 阶 爆 破 效 果 的 影 响 分 析 [ J] . 爆 破 , 2 008, 25( 1) : 2528. 5] ꢀ 曾 ꢀ 鸣 , 等 . 单 孔 单 响 微 差 起 爆 技 术 在 路 堑 开 挖 中 的 应 用 [ J] . 爆 破 , 2006 ( 6) : 4346. 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