钙结砾岩空气间隔装药爆破试验及应用.pdf

第37卷第4期 2020年12月 Vo l . 37 No . 4 Dec . 2020 bMg do i10. 3963/j. issn . 1001 -487X. 2020.04. 011 钙结砾岩空气间隔装药爆破试验及应用 北方爆破科技有限公司，北京100097 摘要为改善钙结砾岩爆后大块情况，以纳米比亚湖山铀矿爆破开采为工程背景，在施工现场进行空气 间隔装药爆破试验。对相同炸药单耗下三种不同孔径的合理空气间隔长度进行研究，综合考虑大块率和块 度级配情况。结果表明直径165 mm的炮孔，空气间隔装药爆破间隔长度宜为1.5 m;直径251 mm的炮孔， 空气间隔宜为2 m；孔径311 mm的炮孔，空气间隔宜为2.5 m；且当炮孔孔径251 mm时空气间隔2 m是最合 理的装药结构。对试验得到的合理空气间隔结构进行工程应用，并从爆后效果、块度分布和经济效益三个方 面与连续装药结构进行对比研究，实践表明两者爆后的级配情况均符合铲装要求，采用间隔装药后没有出 现1 m以上大块，大块率及级配情况略好于连续装药；空气间隔装药单孔可节省炸药量81. 15 kg,节约炸药 成本43.01美元。 关键词钙结砾岩；空气间隔装药；爆破块度；工程应用 中图分类号TD235.4 文献标识码A 文章编号1001 -487X202004 - 0063 - 06 Test and Application of Calcium Cong lomerate Air-decked Charg e Blasting XIE Feng, JIANG Ya-q in, YU De-yu n ,LI Ze-hu a, GAO Ting No r t h Bl a st in g Tec h n o l o gy Co LTD, Beijin g 100097 , Ch in a Abstract In o r der t o impr o v e t h e c a l c iu m c o n gl o mer a t es l a r ge bl o c ks a f t er bl a st in g, t a kin g t h e ex pl o sio n min in g o Hu sa b Ur a n iu m Despo sit es in Na mibia a s t h e en gin eer in g ba c kgr o u n d, t h e a ir -dec ked c h a r ge bl a st in g t est wa s c o n du c t ed t o st u dy t h e r ea so n a bl e spa c in g l en gt h o f t h r ee a per t u r e u n der t h e sa me po wer f a c t o r . Co n sider in g big bl o c k r a t e a n d gr a din g, t h e r esu l t s sh o w t h a t t h e a ir -dec ked c h a r ge bl a st in g spa c in g l en gt h sh o u l d be 1.5 m f o r t h e dia met er o f 165 mm,2 m f o r t h e dia met er o f 251 mm,a n d 2. 5 m f o r t h e dia met er o f 311 mm. Th e mo st r ea so n a bl e c h a r ge st r u c t u r e is t h a t t h e bl a st in g h o l e dia met er is 251 mm a n d t h e a ir spa c in g l en gt h is 2. 5 m. Th e r ea so n a bl e a ir -dec ked st r u c t u r e o bt a in ed f r o m t h e t est wa s v er if ied. Co mpa r ed wit h t h e c o n t in u o u s c h a r gin g st r u c t u r e a n d a ir -dec ked c h a r ge st r u c t u r e in t h r ee a spec t s bl a st in g ef f ec t, r o c k f r a gmen t a t io n dist r ibu t io n a n d ec o n o mic ben ef it, t h e r esu l t s sh o w t h a t t h e gr a da t io n o f bo t h c a n meet wit h t h e r equ ir emen t s o sh o v el l o a din g, bu t t h er e is n o l a r ge bl o c k wit h mo r e t h a n 1 m f o r a ir -dec ked c h a r ge bl a st in g, a n d t h e big bl o c k r a t e a n d gr a din g a r e sl igh t l y bet t er t h a n t h e c o n t in u o u s c h a r gin g bl a st in g. Air -dec ked c h a r ge bl a st in g c a n sa v e 81. 15 kg o ex pl o siv es f o r ea c h sin gl e h o l e, r edu c e t h e c o st o ex pl o siv es 43.01. Key words c a l c iu m c o n gl o mer a t e; a ir -dec ked c h a r ge; bl a st in g f r a gmen t a t io n ； en gin eer in g a ppl ic a t io n 收稿日期2020 - 07 - 09 作者简介谢 烽1988 -男，工程师、博士，主要从事工程爆破研 究，E-ma il 731785179 qq. c o mo 通讯作者江雅勤1990-女,工程师、博士，主要从事工程爆破研 究,E-ma il 13552339726 163. c o m。 湖山铀矿位于西南非洲纳米比亚境内的西部沙 漠地区，其铀资源储量位列世界第三,年开采剥离量 约1.4亿吨。以白岗岩型铀矿和钙结型铀矿为主。 钙结砾岩主要分布在爆破区域表层,钙质或硅质胶 64爆破2020年12月 结，砾岩成分以花岗岩砾石为主。由于钙结砾岩孔 隙丰富，造成了爆破能量的损失，因此经常在爆堆表 层形成大量的大块如图1所示。爆后产生的钙结砾 岩大块不仅尺寸大,而且数量多。爆破块度过大则 需要进行二次破碎,增加成本的同时还会产生粉尘 和有毒气体，污染工作环境。但是依靠单纯地增加 改变炸药单耗虽可以缓解表面大块率,却会造成爆 破冲孔能量浪费。随着开采工作强度不断加大，穿 孔成本增加,急需在钙结砾岩爆破装药结构上进行 研究。控制钙结砾岩的爆破块度，不仅可为工程爆 破开采控制岩石块度提供技术参考，同时对保证湖 山铀矿爆破质量以及成本控制有着重大意义。 图1爆破后钙结砾岩大块 Fig. 1 La r ge bl o c k o c a l c iu m c o n gl o mer a t e bl a st in g 不同矿山工程对矿石的规格要求不一,而这些 不同规格的矿石主要依靠爆破开采获得并有一定的 级配要求。这要求在爆破开采中既要控制大块率, 又要降低粉矿率，为此国内外学者对空气间隔装药 技术改善块度问题进行了深入研究。早在19世纪 40年代，前苏联学者Mel n io ko提出采用空气间隔装 药结构控制爆破效果⑴。空气间隔装药通过延长 爆压作用时间，增加爆破冲量,提高爆破的有效能量 利用率⑷。在露天矿深孔台阶空气间隔装药爆破中， 影响爆破效果的重要参数有空气间隔长度与装填炸 药长度之比，对于不同岩石岩体结构对应不同的 值曲打为了保证钻孔的利用率和避免大块产 生9〕，空气间隔长度一般不超过3.0 m,每个装药 段都设起爆体来起爆各装药段。 针对湖山铀矿位于表层的钙结砾岩爆后块度分 布差的问题，尝试利用中部空气间隔装药技术进行 一系列现场爆破试验,探讨爆破采场合理空气间隔 装药结构，从而保证钙结砾岩爆破块度及块度级配 满足矿山开采的质量和进队要求。 1空气间隔装药爆破试验 11试验方案试验方案 为研究湖山铀矿钙结砾岩混装炸药最佳空气间 隔装药结构，在现场进行了 165 mm、251 mm、 311 mm三组不同炮孔直径下中上部空气间隔装药 爆破试验,各组试验根据间隔长度分别将爆区分为 三块，单耗相同，试验时使用的空气间隔袋如图2所 示,孔网参数如表1所示。 图2空气间隔袋 Fig. 2 Air po c ket 表1孔网参数 Table 1 Blasting hole parameters 直径/ mm 台阶/m超深/m孔距/m排距/m 填塞 长度/m 空气间隔 长度/m 炸药单耗/ kg * m-3 165151.34.55.03.01.0/1.5/2.00.64 251151.57.06.05.01.5/2.0/2.50.64 311151.88.57.57.02.0/2.5/3.00.64 12试验结果及分析试验结果及分析 在爆破现场进行了炮孔直径165 mm,251 mm、 311 mm三组不同空气间隔装药爆破试验，试验结果 采用图像分析法统计爆后块度，即每次爆破后用篮 球作为参照物拍摄爆堆，利用软件Spl it -Deskt o p3. 0 对图片进行处理，块度分析图如图3所示，所得各组 试验爆破块度分析结果见表2。 图3块度分析图 Fig. 3 Fr a gmen t a t io n a n a l ysis dia gr a m 第37卷第4期谢烽，江雅勤,余德运，等钙结砾岩空气间隔装药爆破试验及应用65 表2各组试验爆破块度分布结果 Table 2 Distribution results of blasting frag mentation in each g roup tests 孔径/ mm 间隔 长度/m W1200 mm 块度占比％ W1000 mm 块度占比％ W600 mm 块度占比％ W500 mm 块度占比％ W400 mm 块度占比％ 1.099.5998.3092.0882.2182.72 1651.5100.00100.0098.1193.3284.31 2.0100.0099.9792.1987.2280.72 1.597.3396.3392.5992.2480.53 2512.0100.0097.7295.2994.1083.68 2.593.3991.5690.3587.6078.56 2.094.1292.1187.2082.1177.02 3112.5100.0095.0790.4683.6181.58 3.091.2290.0283.5180.1275.31 从表2可以看出 1 大块率。在孔径相同的情况下，不同空气 间隔装药爆后大块率不同。对于165 mm炮孔， 1-5 m间隔时没有1000 mm以上的大块,1 m间隔 时大块率最高;对于251 mm炮孔,2 m间隔时没有 1200 mm以上的大块,2.5 m间隔时大块率最高;对 于311 mm炮孔，2. 5 m间隔时没有1200 mm以上 的大块，3 m间隔时大块率最高。 2 块度级配。为提高铲装效率，湖山矿对非 矿石区域爆后块度级配有一定的规定,要求岩石块 度1200 mm以下控制到100 , 600 mm以下控制到 90, 400 mm以下控制到80。可知，对于 165 mm炮孔,1.5 m和2 m间隔时爆后岩石块度均 符合级配要求;对于251 mm炮孔,2m间隔时块度 符合级配要求。对于311 mm炮孔,2.5 m间隔时块 度符合级配要求;其余工况下,爆后岩石块度均不符 合级配要求。 综合考虑三种炮孔孔径爆后大块率和块度级配 情况,各得到一组较合理的空气间隔装药长度。对于 165 mm炮孑L,宜取1.5 m间隔;对于251 mm炮孑L,宜 取2 m间隔;对于311 mm炮孑］,宜取2.5 m间隔。 三种不同孔径下的爆后块度分布如图4 6所 示，三种合理间隔装药爆后块度分布如图7所示。 从图4 图6可以看出三种孔径下，块度范围 与块度占比组成的曲线均是呈整体上升趋势，曲线 上升的陡缓反映了爆后岩石块度级配情况。当块度 从400 mm以下过渡到600 mm时，其上升趋势很明 显;当块度从600 mm以下过渡到1200 mm的过程 中，上升逐渐减缓。说明岩石的块度越大占比越少， 块度级配越好，可知三种孔径下对应的合理空气间 隔与通过表2所得结论一致，即孔径165 mm、 251 mm、311 mm分别对应的合理间隔为1. 5 m、 2 m、2.5 mo由此可见，随着炮孔孔径增大，空气间 隔可以适当增加，这为大型矿山爆破开采使用大孔 径装药提供了可靠依据。由图7可见，在试验范围 内，251 mm炮孔2 m间隔是最合理的空气间隔装 药结构。 0-400 0-600 0-800 0-1000 0-1200 块度范围/mm 图4孔径165mm爆后块度分布 Fig. 4 Bl a st in g f r a gmen t a t io n dist r ibu t io n o f 165 mm dia met er 图5孔径251mm爆后块度分布 Fig. 5 Bl a st in g f r a gmen t a t io n dist r ibu t io n o f 251 mm dia met er 2 m空气间隔装药爆后块度分布如图8所示。 可以看出,空气间隔均为2 m时,251 mm孔径的炮 孔,爆后块度分布更好。这是因为炸药单耗相同, 165 mm小直径炮孔填塞过低，导致爆炸冲孔严重, 66爆破2020年12月 能量损失大,破碎半径小,孔口位置过度破碎,有效 做功能量低;311 mm炮孔直径过大，填塞过大，炸药 重心低，炮孔上层炸药少,导致顶部出现大块。由此 可见,炸药单耗和空气间隔长度相同时，填塞高度对 爆后块度也有一定的影响。 00 1 7575 5 0 5 5 0 5 9 9 8 9 9 8 0-400 0-600 0-800 0-1000 0-1200 块度范围/mm 由钙结砾岩和花岗岩组成，表层5m为钙结砾岩，爆 区及岩石分布情况如图9所示。爆区台阶高15 m, 超深1.5 m, JL距为6 m,排距为7 m,孔径251 mm, 炮孔内装填现场混装鞍油炸药。为便于进行对比, 将爆区分为左右两部分，其中左半区域为连续装药, 右半区域为间隔装药，布孔情况如图10所示。间隔 装药结构的堵塞长度为3. 5 m。空气间隔装药以 2 m的空气间隔袋将药柱分上、下两部分，使炸药高 度提高，用以破碎上部钙结砾岩，底部装填8 m炸 药，上部装填3 mo把空气柱长度与装填炸药长度 之比定义为空气间隔比例，则其值为18。 图6孔径311 n u n爆后块度分布 Fig. 6 Bl a st in g f r a gmen t a t io n dist r ibu t io n o f 311 mm dia met er 00 1 5 59 9 - 亠俎翌盘 o 5 o 5 9 8 9 8 8080 75 1---------1-----------1----------1---------1 0-400 0-600 0-800 0-1000 0-1200 块度范围/mm 图9钙结砾岩爆区及岩石分布情况 Fig. 9 Ca l c iu m c o n gl o mer a t e ex pl o sio n a r ea a n d r o c k dist r ibu t io n 图7三种孔径下合理间隔装药爆后块度分布 Fig. 7 Bl a st in g bl o c k dist r ibu t io n o f r ea so n a bl y a ir -dec k c h a r ge u n der t h r ee dia met er s 100 165 mm间隔孔径1.5 m空气间隔 251 mm间隔孔径2.0 m空气间隔 311 mm间隔孔径2.5 m空气间隔 0-400 0-600 0-800 0-10000-1200 块度范围/mm 图8 2 m空气间隔装药爆后块度分布 Fig. 8 Bl a st in g bl o c k dist r ibu t io n a t 2 m a ir -dec k c h a r ge 2工程应用 2.1现场概况现场概况 钙结砾岩待爆区位于纳米比亚湖山铀矿，岩石 图10爆前布孔情况 Fig. 10 Ho l e pl a c emen t bef o r e bl a st in g 2.2应用结果分析应用结果分析 现场爆后效果如图11所示。整体看来,两种装 药结构爆破效果相近，爆堆松散,大块少,不用进行 二次爆破，爆堆高度低，方便装运。右半部分采用空 气间隔的爆后块度好于左半部分连续装药的部分, 这是因为空气间隔装药在同等装药量下上段炸药重 心高，恰好能对表层钙结砾岩进行有效破碎。将爆 破区域每隔一个开采排班后的开挖面进行块度分 析，结果如表3所示，单孔炸药成本对比如表4 所示。 第37卷第4期谢烽，江雅勤,余德运，等钙结砾岩空气间隔装药爆破试验及应用67 图11爆后效果 Fig. 11 Ef f ec t pic t u r e a f t er ex pl o sio n 从表3可以看出，采用间隔装药后没有出现 1 m以上大块,两者爆后的级配情况均符合铲装要 求，间隔装药爆破后块度及级配情况均略好于连续 装药。因此，利用空气间隔技术处理钙结砾岩爆破 块度的方法是行之有效的。 由表4可以看出，间隔装药比连续装药单孔可 节省炸药81.15 kg,节约炸药成本43. 01美元。对 于湖山铀矿这样的特大型矿山，通过采用空气间隔 装药调整装药结构后，每年可节省炸药近200 t ,节 约成本近10万美元，经济效益非常明显。 表3爆后块度分布结果 Table 3 Results of blasting block distribution 装药结构 W1200 mm 块度占比％ W1000 mm 块度占比％ W600 mm 块度占比％ W500 mm 块度占比％ W400 mm 块度占比％ 连续装药10099.9792.1987.2280.72 间隔装药100100.0094.7789.3381.32 表4单孔炸药成本对比 Table 4 Cost comparison of sing le hole explosive 类别连续装药间隔装药 间隔装药 节省量 单孔装药量/kg527.47446.3281.15 单孔炸药成本/美元279.56236.5543.01 3结论 根据以上试验及工程应用情况，可得出以下 结论 1 在钙结砾岩爆区空气间隔装药结构，炮孔 孔径增大，空气间隔可以适当增加，这为大型矿山爆 破开采使用大孔径装药提供了可靠依据。 2 试验结果表明，空气间隔相同时，炸药单耗 相同，不同炮孔孔径下填塞高度对爆破块度也有一 定的影响。 3 从工程应用情况来看，空气间隔装药与连 续装药爆破效果相近，采用间隔装药后没有出现 1 m以上大块,两者爆后的级配情况均符合铲装要 求，间隔装药爆破后块度及级配情况均略好于连续 装药。采用空气间隔装药既降低了单孔炸药量，同 时又改善了爆破质量，明显减少了钙结砾岩大块。 可见,利用空气间隔技术改善铀矿钙结砾岩爆破大 块是非常有效的,不仅能节省爆破成本,又能保证爆 破效果利于铲装，这对于大型矿山进行钙结砾岩爆 区爆破具有非常重要的意义。 参考文献参考文献References [1 ] MELNIKOV N V. 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