别矿台阶深孔爆破孔排距优化试验及应用.pdf

第 35 卷 第 1 期 2018 年 3 月 爆 破 BLASTING Vol. 35 No. 1 ▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂▂ Mar. 2018 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2018. 01. 010 别矿台阶深孔爆破孔排距优化试验及应用* 郭春阳 1， 2， 池恩安1， 2， 3， 赵明生1， 2， 欧阳天云1， 4， 汪帅文1， 2， 邹 锐1 （1. 贵州新联爆破工程集团有限公司， 贵阳 550025 ; 2. 贵州大学 矿业学院， 贵阳 550025; 3. 保利久联控股集团有限责任公司， 贵阳 550025; 4. 武汉科技大学 理学院， 武汉 430065 摘 要 别斯库都克露天煤矿剥采工程为探寻细砂岩地矿条件下 120 mm 孔径台阶深孔爆破合适的孔排 距， 寻求爆破效果与采装设备之间的匹配； 在立足现有施工工艺、 机械设备条件下， 采用工程试验法调试最适 孔排距。先后在 ▽1240、 ▽1204、 ▽1228 平台试用孔排距 7 m 4 m、 7 m 3. 5 m、 6. 5 m 3. 5 m， 结合 运输设备与车辆计数仪采用间接法统计采装效率、 大块率， 借助 GPS 空间定位、 RTK 测量、 CASS7. 0 辅助绘 图而计算爆挖方量； 摸索出适合别矿细砂岩 120 mm 孔径台阶深孔孔排距为 6. 5 m 3. 5 m。爆后采装效率 达 5. 8 车/ h， 大块率 4. 3 4.4， 爆破单耗 0. 48 kg/ m3， 爆挖率达 97 98， 一个双班期间产生特大块 数为 1， 甚至无特大块， 爆破综合效果最优。 关键词 孔排距；采装设备；爆破效果；采装效率；爆破单耗；大块率；爆挖率 中图分类号 TD235. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X 2018 01 -0059 -07 Optimization Test and Application of Holes Distance of Deep Holes Bench Blasting in Biesikuduke Mine GUO Chun-yang1， 2， CHI En-an1， 2， 3， ZHAO Ming-sheng1， 2， OUYANG Tian-yun1， 4， WANG Shuai-wen1， 2， ZOU Rui1 （1. Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Co Ltd， Guiyang 550025， China; 2. College of Mining， Guizhou University， Guiyang 550025， China; 3. Poly Union Group Co Ltd， Guiyang 550025， China; 4. College of Science， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430065， China Abstract In order to explore the appropriate holes distance of bench blasting with 120 mm hole diameter in fine sandstone in Biesikuduke open coal mine and to match the blasting effect with equipment based on the existing tech- nology and mechanical equipment. The most suitable distance of the holes space is carried out by engineering test ， and successively tested with 7 m 4 m， 7 m 3. 5 m， 6. 5 m 3. 5 m on bench of ▽1240、 ▽1204、 ▽1228， combined with vehicle counter statistics and transportation equipment for digging efficiency and boulder yield. Meanwhile， the amount of blasting excavation was calculated depending on GPS for positioning and RTK for measuring CASS7. 0 for drawing. The suitable hole distances for φ 120 mm holes in fine sandstone was 6. 5 m 3. 5 m， with loading efficiency 5. 8/ h， the boulder yield 4. 3 4.4 and the specific charge 0. 48 kg/ m3， and the rate of excavation 97 98. During a two-shift work period， the number of largest blocks is one， the overall effect is opotimum. Key words holes distance;excavation and loading equipment;blasting effect;excavation and loading efficien- cy;specific charge;boulder yield;rate of blasting excavation 万方数据 收稿日期 2017 -12 -10 作者简介 郭春阳 （1990 - ， 男， 硕士研究生、 助理工程师，（E-mail guocy2536274503 outlook. com。 通讯作者 池恩安 （1968 - ， 男， 博士， 工程技术应用研究员， 保利久 联控股集团有限责任公司总工程师、 安全总监，（E-mail chi8888 sina. com。 基金项目 黔科合支撑 [2016] 2312; 黔科合人才 [2016] 4030; 黔科合 平台人才 [2017] 5643; 黔科合成果 [2017] 4774 当前研究者大多借助理论研究、 数值模拟、 半经 验法等手段研究露天台阶深孔爆破的孔排距， 其研 究结果的可靠性往往禁不住工程实践检验 [1]。朱 家包包铁矿优化孔网参数 [2]， 黄麦岭露天矿台阶爆 破探索最优孔排距 [3]， 白登磷矿优化孔网参数降低 大块率和根底 [4]， 湖北某页岩矿山开采探索页岩爆 破的最佳孔网参数等一系列矿山工程问题的解决都 采用了工程试验法 [5]。工程试验为工程爆破技术 的发展开辟了新的研究途径， 现场工程试验是优化 爆破孔排距最直接、 最有效的方法之一。 我国葛洲坝砂岩 170 mm 孔径爆破试验试用过 孔排距 3. 5 m 4. 25 m [6]; 美国科罗威欧矿砂岩 250 mm孔径孔排距采用7. 8 m 5. 4 m [6]; 而根据多 次的爆坡效果观测、 分析与总结， 别矿细砂 岩 120 mm孔径的单孔爆破作用范围 3. 5 4 m。爆剥 工程开始以来， 在别矿坑北帮 1240 平台试用孔排 距 7 m 4 m; 1204 平台试用孔排距 7 m 3. 5 m、 6. 5 m 3. 5 m; 1228 平台试用孔排距 6. 5 m 3. 5 m; 通过工程试验法综合衡量爆破效果、 挖运效 率、 大块率、 特大块数、 爆挖率、 炸药单耗， 判衡别矿 细砂岩 120 mm 孔径合适的孔排距。 1 工程概况 别斯库都克露天煤矿 （简称别矿 位于新疆巴 里坤县城北西方向约 150 km 处， 矿田位于科克塞尔 克山与纸房盆地的交接处， 地形总体趋势北高南低、 东高西低， 地貌形态为残丘状剥蚀平原， 海拔 1269 1339 m。该矿采用爆破破岩、 单斗挖掘机采装、 自卸 卡车由坑内移动坑线或半固定坑线运至井田外排土 场排弃。2017 年末， 剥采工程地表以下形成十个 12 m台阶高的工作平盘 1288 m 1180 m。 位于别矿矿坑北帮 1240、 1204、 1228 三 个平台是最典型的细砂岩为主的爆剥平台; 水平掌 子面由西向东观察， 岩层没有较大的起伏， 以浅灰色 细砂岩为主、 少部分区域夹有中砂岩 （厚 0. 2 0. 5 m 和泥岩 （厚 0. 1 0. 5 m 。矿坑内细砂岩为 钙质胶结， 胶结好; 层厚， 坚实， 裂隙不甚发育; 岩质 新鲜， 未风化; 其粒径粒径 0. 01 0. 1 mm; 密度 2. 6 g/ cm3， 岩石单轴抗压强度 30 MPa、 单轴抗拉强 度 5 6 MPa; 矿坑细砂岩台阶物理概貌如图 1 所示。 图 1 别矿细砂岩台阶 Fig. 1 The sandstone bench of Biesikuduke Mine 2 现场施工技术 2. 1 布孔 根据爆破设计中的孔网参数， 运用 GPS 空间定 位， 使用 RTK 按照梅花形方式布设炮孔， 并对每个 炮孔的位置、 深度和孔号等作业记录进行存储， 利用 CASS7. 0 绘图管理。通过摆设折叠成型的白色编织 袋标记钻孔孔位; 并在白色编织袋记载炮孔编号、 钻 孔深度等为下一钻孔工序传递信息。 2. 2 钻孔 现场钻孔钻机 HCR2200RD、 志高 D440、 志高 450D， 均装配直径 120 mm 钻头。钻孔技术要求 孔 深为超欠不超 0. 5 m， 间距偏移不超 0. 3 m， 方位 角和倾角为不超 130; 不合格的炮孔酌情采取清 孔、 补钻、 回填等措施。 2. 3 台阶爆破 矿山内部对外部环境无安全危害的爆破工程不 实行分级管理 [7]， 根据台阶高度， 钻孔直径和岩石 性质， 设计别矿台阶深孔爆破的部分主要参数 孔深 Id13 13. 5 m; 前排最佳抵抗线 w 2. 8 m; 超深 h 1 m; 线装药密度 q113 kg/ m; 填塞长度 IS3 4m; 联网方式 排间间隔微差延时逐排起爆。 别矿深孔台阶爆破使用现场混装乳化炸药， 其 密度 1. 12 1. 18 kg/ m3、 爆速 4300 4500 m/ s; 靠 近临空面的第一排炮孔填塞长度 4 m， 第二、 三排填 塞 3. 5 m， 最后一排填塞 3 m; 采用排间间隔微差延 时逐排起爆， 双回路; 孔内采用 9 段导爆管雷管， 延 时310 ms， 前三排排间采用3 段管导爆管雷管， 延期 时间为 50 ms， 最后一排排间 5 段导爆管雷管延时 100 ms。 2. 4 机械设备安排 结合现场爆破效果、 采装效率而调配挖掘机与 运输矿卡的匹配数量， 杜绝 “车等挖机， 挖机等车” 现象。在保障机械设备的灵活调度与合理安排前提 06爆 破 2018 年 3 月 万方数据 下， 爆区机械设备出勤数量、 挖运作业做到有条不 紊， 爆区挖运设备安排如表 1 所示， 部分设备作业如 图 2 所示。 表 1 爆区机械设备安排作业表 Table 1 Work schedule of machinery and equipment in blasting area 设备名称设备型号作业内容出勤数量作业备注 车辆计数仪记录双班车次1 部双班时长 20 h 挖掘机 HITACHI 670采装普通爆块2 台自配斗容 3. 8 m3 Komatsu 850LC采装普通爆块、 大块1 台自配斗容 4. 7 m3 矿卡 MT 86运输普通尺寸爆块实际情况而定平装 32 m3/ 车 Komatsu HD465专运输大块2 台堆装 35 m3/ 车 破碎锤LiuGong 933破碎特大块1 台流动作业 注 上述是机械设备的参数值取自别矿实际发生情况 图 2 机械设备作业示意图 Fig. 2 Mechanical equipment working status 3 爆破试验 郭兆雷在冬瓜山铜矿通过爆破漏斗试验来确定 孔排距等爆破参数 [1]; 刘朋友在白云岩区通过爆破 参数计算公式对爆破参数进行优化 [8]; 白登磷矿从 爆破生产入手进行爆破试验而获取爆破孔网参 数 [9]; 别矿通过工程试验法探寻细砂岩深孔台阶爆 破 120 mm 孔径。经山寺露天铁矿优化开采综合爆 破技术 [10]， 黑岱沟露天煤矿优化爆破孔排距参等运 用了工程试验法 [11]。通过对露天矿的中小型设备 高强度开采技术系统分析和经验总结， 孔排距参数 优化试验的指导思想是爆破效果要与采装设备相谐 和， 爆破综合效果最优， 寻追最大经济效益 [12]。以 下是探寻适合别矿矿情条件下展开的工程试验。 3. 1 1240 平台实践 7 m 4 m 北帮 1240 平台主要以细砂岩为主， 层理不甚 发育， 夹有少量的砂砾岩和泥岩 （较薄 ， 岩层倾角 16 18。实施爆破孔排距 7 m 4 m， 通过对 GPS 空间定位， RTK 现场测量， 借助 Cass7. 0 对爆前方量 应用 DTM 土方算法计算预爆方量为 4. 8301 万 m3。 现场使用乳化炸药 17. 39 t， 爆破效果如图 3 所示 爆后孔间、 排间岩石拉裂、 爆破效果均较差， 部分区域 破坏效果甚至不明显， 除靠近临空面的第一排、 第二 排岩石爆破推出， 第三排岩石绝大部分推出， 第四排 岩石水平推出效果不明显; 有 2 m 左右的拉沟宽度， 有轻微的整体沉降效果; 为后续开挖造成极大困难。 图 3 1240 平台孔排距7 m 4 m 整体与局部爆破效果图 Fig. 3 Overall and partial blasting effect of 1240 bench with space of 7 m 4 m 3. 2 1204 平台实践 7 m 3. 5 m 北帮 1204 平台主要为细砂岩， 夹有少量砂砾 岩， 岩层倾角 15 17， 层理不甚发育， 实施孔排距 7 m 3. 5 m， 使用混装乳化炸药 25. 6 t， 通过对 GPS 空间定位， RTK 现场测量， 借助 Cass7. 0 对爆前方量 应用 DTM 土方算法计算预爆岩方为 6. 0521 万 m3。 爆后效果图如图 4 所示 爆后排距之间的岩石拉裂、 破碎效果整体明显， 孔距之间岩石破坏效果不甚明 显， 部分区域甚至产生了大块; 除靠近临空面的第一 排、 第二排、 第三排岩石外推明显， 第四排岩石水平 外推效果略微不明显; 后排有 2 3 m 拉沟宽度， 整 体沉降效果明显， 局部区段后续开挖困难。 3. 3 1204 平台实践 6. 5 m 3. 5 m 北帮 1204 1192 平台实施孔排距 6. 5 m 3. 5 m， 使用混装乳化炸药 20. 09 t， 预设岩石爆破方 量 4. 3152 万 m3。爆破效果如图 5 所示 爆后孔距、 排距之间岩石拉裂、 破碎明显， 炮区岩石外推效果显 著， 爆块分布均匀， 后排有4 5 m 的拉沟宽度， 整体 沉降效果明显; 爆破块度符合采装设备的作业能力。 16第 35 卷 第 1 期 郭春阳， 池恩安， 赵明生， 等 别矿台阶深孔爆破孔排距优化试验及应用 万方数据 图 4 1204 平台孔排距 7 m 3. 5 m 整体 与局部爆破效果图 Fig. 4 Overall and partial blasting effect of 1204 bench with space of 7 m 3. 5 m 图 5 1204 平台孔排距 6. 5 m 3. 5 m 整体 与局部爆破效果示意图 Fig. 5 Overall and partial blasting effect of 1204 bench with space of 6. 5 m 3. 5 m 3. 4 1228 平台实践孔排距 6. 5 m 3. 5 m 1228 平台水平掌子面由西向东观察， 岩层没 有大的起伏， 岩层倾角 15 17岩性整体以细砂岩 为主、 局部夹有少量中砂岩 （0. 4 m 厚 和泥岩 （较 薄 。如图 6 所示 现场实施孔排距 6. 5 m 3. 5 m， 预设爆破岩石 4. 5816 万 m3， 使用混装乳化炸药 21. 55 t。 爆后孔距、 排距之间岩石拉裂、 破碎明显， 炮区岩石外推效果显著， 爆块分布均匀， 后排有 4. 5 m左右的拉沟宽度， 整体沉降效果明显; 爆破块 度符合现场采装设备的作业能力。 图 6 1228 平台孔排距 7 m 3. 5 m 整体 与局部爆破效果示意图 Fig. 6 Overall and partial blasting effect of 1228 bench with space of 7 m 3. 5 m 4 爆破质量综合分析 4. 1 采装效率比较 对于爆破大块尚没有公认的定义， 判断是否是 大块需结合现场采装设备的实际情况而定。别矿对 于大块的判据 介于挖掘机 HITACHI 670 （自配斗容 约 3. 8 m3 与挖掘机 Komatsu. 850LC （自配斗容约 4. 7 m3 采装能力区间的爆破岩块称之为大块。 车辆计数仪记录挖掘机在爆区内双班 （20 h 采 装、 运输总车次， 采用间接法统计采装效率 车辆计 数器在一个双班时长内记录矿卡 MT 86、 PC 325 运 输总车次分别为 X、 Y， 由式 （1 可获知爆区挖掘机 双班 （20 h 采装总车数 N 为双班装运总车次; X 为 双班 MT 86 运输总车次; Y 为双班 Komatsu HD465 运输总车次; 由式 （2 可获知 1 台挖掘机 1 h 的平均 采装车数， 即现场挖掘机采装效率; ζ 为采装效率， 车/ h; 由此制表， 统计挖运设备在不同孔排距条件下 产生的爆破效果所对应的采装效率 （一个双班时长 内 ， 如表 2 所示。 N X Y（1 ζ N 3 20 （2 表 2 采装效率统计表 Table 2 Loading efficiency statistics 1240 平台 1204 平台 1204 平台 1228 平台 孔排距 7 m 4 m 7 m 3.5 m6.5 m 3.5 m 6.5 m 3.5 m X192260334337 Y18161414 N210276348351 ζ3. 54. 65. 85. 8 如表 2 所示， 1240 平台、 1204 平台、 1204 平台、 1228 平台分别实施爆破孔排距 7 m 4 m、 7 m 3.5 m、 6.5 m 3.5 m、 6.5 m 3.5 m 时， 采装效 率分别为3.5 车/ h、 4.6 车/ h、 5.8 车/ h、 5.8 车/ h。 4. 2 大块率比较 利用车辆计数仪记录矿卡的运输车次， 结合矿 卡的单次运量， 可获知双班内爆区挖运大块方量、 挖 运爆块总方量; 如式 （3 、（4 、（5 所示 V1为MT. 86 双班运输爆块方量， V2为 Komatsu HD465 双班运输 大块方量， V 为挖掘机双班采装总方量，f 为大块 率， ， 计算公式如式 （6 由上式 V1 32X（3 V2 35Y（4 V V1 V2（5 f V2 V （6 如表 3 所示， 在相同地况、 相同爆剥工艺条件 26爆 破 2018 年 3 月 万方数据 下， 实施孔排距为 7 m 4 m、 7 m 3. 5 m、 6. 5 m 3. 5 m 时， 产生大块率的比例为 9、 6. 3、 4. 4、 4.3。 表 3 大块率统计表 Table 3 Block rate statistics 1240 平台 1204 平台 1204 平台 1228 平台 孔排距 7 m 4 m 7 m 3.5 m6.5 m 3.5 m 6.5 m 3.5 m V16144832010 68810 784 V2630560490490 V6774888011 17811 274 f/ 9. 36. 34. 44. 3 4. 3 特大块 别矿台阶爆破爆后的岩块一般分为爆渣、 大块、 特大块; 如表 1 爆区机械设备作业安排表所示， 超出 现场挖掘机最大采装能力的， 需由破碎锤辅助处理 的岩块， 称之为特大快。以一个双班时长为统计周 期， 期间出现的特大块由破碎锤辅助处理， 操作员记 录各平台处理过的特大块数量， M 为一个双班时长 采装过程中出现的特大块数量; 记录如表 4 所示。 表 4 特大块记录表 Table 4 Large block record table 1240 平台 1204 平台 1204 平台 1228 平台 孔排距 7 m 4 m 7 m 3.5 m6.5 m 3.5 m 6.5 m 3.5 m M12710 一般来讲 特大块出现越多， 爆破质量越差; 特 大块不仅阻碍平台行车， 而且降低挖运效率。如表 4 所示， 一个双班时长的挖运作业期间， 孔网参数为 7m 4m、 7 m 3 . 5 m、 6 . 5 m 3 . 5 m、 6 . 5 m 3. 5 m出现的特大块数分别为 12 块、 7 块、 1 块、 0 块。 4. 4 炸药单耗 利用 GPS 空间定位， RTK 仪器对孤台爆前、 爆 后进行收方， 利用 CASS7. 0 进行绘图管理， 用 DTM 计算两期间土方算法， 如图 7 所示， 分别是 1240 平台、 1204 平台、 1204 平台、 1228 平台分别 实施爆破孔排距 7 m 4 m、 7 m 3. 5 m、 6. 5 m 3. 5 m、 6. 5 m 3. 5 m 时爆挖岩方方量。 如图 7 所示， 在相同爆破作业施工工艺下， 探寻 细砂岩的爆破单耗。如表 5 所示， V设为设计爆破方 量， m3; V实为实际挖方量， m3; Qt为爆破平台炸药消 耗量， t; η 为爆破挖方率， 简称爆挖率， 表达式如式 （7 ; q 为炸药单耗， kg/ m3， 表达式如 （8 ; 结合图 4 爆挖方量与下式 （7 、 式 （8 制表， 爆挖率、 炸药单耗 等如表 5 所示。 η V实 V设 （7 q Qt V实 （8 表 5 爆挖率与炸药单耗 Table 5 Blasting rate and the specific charge 1240 平台 1204 平台 1204 平台 1228 平台 a b7 m 4 m 7 m 3.5 m6.5 m 6.5 m 6.5 m 3.5 m V设48 30160 52143 15245 816 V实43 47156 89041 85844 900 Qt17. 3925. 620.0921. 55 q0. 40. 450.480. 48 η/ 90 949798 图 7 各实践平台爆挖方量计算图 Fig. 7 Calculation of blasting excavation amount of each stairs 36第 35 卷 第 1 期 郭春阳， 池恩安， 赵明生， 等 别矿台阶深孔爆破孔排距优化试验及应用 万方数据 如表 5 所示， 炸药单耗提高了， 相应的爆挖率也 提高了。当 1204 平台、 1228 平台实施孔排距为 6. 5 m 6. 5 m 时， 炸药单耗分别较 1240 平台 （7 m 4 m 、 1204 平台 （7 m 3. 5 m 炸药单耗 提高20、 7; 而 1204 平台、 1228 平台 （6.5 m 3. 5 m 的爆挖率近乎是 1240 平台、 1204 平台 的 108、 104。 4. 5 综合比较 综合上述挖运效率 （ζ 、 大块率 （f 、 特大块数 （M 、 炸药单耗 （kg/ m3 、 爆破挖方率 （ 等工程实 践结果， 如表 6 所示。 表 6 不同孔排距工程爆破试验结果 Table 6 Engineering blasting test results of different holes distance 1240 平台 1204 平台 1204 平台 1228 平台 a b7 m 4 m 7 m 3.5 m6.5 m 6.5 m 6.5 m 3.5 m ζ3. 54. 65. 85. 8 f9.36.34.44.3 M12710 q0. 40. 450. 480. 48 η/ 90 949798 如表 6 所示， 当实施孔排距 6. 5 m 3. 5 m 时， 爆区的采装效率分别较孔排距为 7 m 4 m、 7 m 3. 5 m 提高 66、 26。 如表 6 所示， 当实施孔排距为 7 m 4 m、 7 m 3. 5 m 时， 爆后产生的大块率是孔排距为 6. 5 m 3. 5 m时的 2. 1 倍、 1. 4 倍。 如表6 所示， 当实施孔网参数为7 m 4 m、 7 m 3. 5 m 时， 一个双班时长的采装作业期间产生的特 大块数量近乎是孔排距 6. 5 m 3. 5 m 时的 12 倍、 7 倍; 甚至当孔排距为 6. 5 m 3. 5 m 时， 一个双班 采装作业期间未出现特大块。 如表6 所示， 当实施孔排距为6.5 m 3.5 m 时， 炸药单耗分别较7 m 4 m、 7 m 3. 5 m 炸药单耗约 提高20、 7; 而孔排距为6.5 m 3.5 m 时， 爆破挖 方率约是7 m 4 m、 7 m 3.5 m 的108、 104。 5 结论 孔排距的优化需立足现有施工工艺、 机械设备; 别斯库都克露天煤矿剥采工程运用工程试验法， 探 寻到细砂岩 120 mm 孔径台阶深孔爆破孔排距为 6. 5 m 3. 5 m 时 爆后采装效率达 5. 8 车/ h， 爆破 效果与采装设备实现谐和; 大块率 4. 3 4. 4; 爆破单耗 0. 48 kg/ m3; 爆挖率达 97 98; 一个 双班期间产生特大块数为 1， 甚至无特大块， 实现了 良好的综合爆破效果; 对于露天台阶深孔爆破提供 了工程经验实鉴。 参考文献 References [1] 彭静波. 极硬岩条件下露天台阶深孔爆破质量改善研 究 [D] . 武汉 武汉工程大学， 2015. 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