江西金龙公司露天采场高边坡预裂爆破参数优化.pdf

第5 9 卷第2 期 2 0 07 年5 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 9 ．N O ．2 M a y 20 0 7 江西金龙公司露天采场高边坡预裂爆破参数优化 焦永斌，彭敏杰，高赛红，陆哲祥 江西理工大学，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘 要研究在江西金龙公司露天矿裂隙发育的最终边坡上预裂爆破的参数优化。结果表明，预裂孔孔径1 0 0 m m ，孔深 2 0 m 左右，} L 间距1 ．O m ，平均线装药密度0 ．4 4 5 k g ／m 时，半孔率仍可达6 0 ％左右。预裂孔前的缓冲孔孔间距1 ．5 m ，预裂孔与缓冲 孔间距1 ．3 m ，取得理想的爆破效果。 关键词采矿工程；高边坡；预裂爆破；参数优化；钻孔质量 中图分类号T D 8 5 4 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 2 0 0 7 9 0 4 江西金龙公司露天矿是一个日处理矿石量 1 5 0 0 t ，日剥离废石量约7 0 0 0 t ，日采剥总量达8 5 0 0 t ， 服务年限仍有2 0 年的中小型民营矿山。该矿采用 移动边坡开采，设计最终开采标高为十1 9 0 m ，开采 境界的封闭圈为 2 8 0 m ， 2 8 0 m 以上为山坡露天， - t - 2 8 0 m 以下为凹陷露天。目前最低开采标高已达 2 4 0 m ， 4 2 0 m 台阶以下均未达到最终开采境界。 有9 个台阶作业，台阶高度1 8 ～2 2 m 。矿山所用爆 破方法是在台阶下部凿水平浅孔，孔深6 ～8 m 的药 壶爆破，1 m 3 挖掘机出矿。这种爆破方法，在节理裂 隙发育条件下，可充分利用矿岩自重下落使矿岩再 次破碎，使该矿的爆破直接费用仅为2 元／m 3 左右 矿山承包给爆破队的承包价为2 ．1 6 元／m 3 。然 而药壶爆破使边坡很不平整，台阶坡面线弯弯曲曲， 易造成超挖和欠挖。台阶坡面上松石较多，爆破裂 隙深入到台阶内6 ～7 m 以上，个别情况下甚至超过 1 0 m ，极易造成滑坡，安全隐患很大。根据矿山发展 的需要，金龙公司决定进行露天矿最终边坡整治，在 最终边坡处进行预裂爆破，以形成较为平整，符合设 计和安全要求的最终边坡，减少和杜绝超挖或压矿 的现象，确保最终边坡在矿山服务年限内的稳定性， 为矿山创造最大的经济效益。 1 工程地质概况 矿体赋存于火山凝灰熔岩与花岗斑岩的内外接 触带，顶板围岩为火山凝灰熔岩与花岗斑岩，底板围 岩为花岗斑岩。最终边坡上的岩石基本上为花岗斑 收稿日期2 0 0 6 1 0 2 5 作者简介焦永斌 1 9 4 8 一 ，男，江苏徐州市人，副教授，主要从事 工程爆破等方面的教学与科研工作。 岩，岩石本身较致密坚硬，f 8 ～1 2 ，但裂隙发育，大 部分裂隙的走向、倾向和倾角与矿区的断裂构造的 走向、倾向和倾角一致，但也有小部分不规则裂隙。 现场统计，1 m 2 的范围内，有东西走向，倾向南，倾角 6 0 。左右的裂隙6 ～1 0 条，北北东走向，倾向南东，倾 角7 0 左右的裂隙8 ～1 5 条，北偏西走向，倾向南西， 倾角5 5 。左右的裂隙8 ～1 3 条，还有一些不规则裂隙 5 ～1 0 条。这些裂隙多被矿液或硅质物质充填，胶 结程度较好，但若在炸药等强大外力作用下，岩体一 般在这些裂隙处破裂，故该矿一般很少出现爆破大 块。 2 最终边坡处的预裂爆破设计 2 ．1 基本原则和要求 1 药壶爆破爆破后，其破碎边缘距最终边坡不 得小于8 ．0 m ，以避免药壶爆破对最终边坡有较大的 损伤。 2 最终边坡前8 ～1 5 m 的范围内都作为最 终边坡上进行预裂爆破统一考虑，统一布孑L ，同次爆 破的范围。 3 尊重矿山目前开采现状，边坡整治和 预裂爆破不改变目前存在的台阶现状，台阶高度仍 为1 8 ～2 2 m 。 4 设计的最终平台坡面角为6 5 。，而 潜孔钻机钻孔倾角为7 5 。～9 0 。，故按7 5 。钻预裂孔。 因此，最终边坡线上的预裂面倾角为7 5 。。为避免 出现超挖，可通过计算，适当前移坡顶线，使坡底线 与设计一致。 2 ．2 凿岩参数设计 1 孔径d l O O m m ，炮T L N 角8 7 5 。。 2 超深h 1 及孑L 深 。预裂孔h 】 2 ．0 m ，预裂 孔前的所有炮孔h 1 1 ．0 m ， 厶1 ．H ／s i n 7 5 。 1 9 ～2 3 m ，台阶高度H 1 8 ～2 2 m 。 万方数据 有色金属第5 9 卷 3 预裂孔孔间距跪是预裂爆破中最重要的参 数之一。孔间距大，则线装药密度增高，将可能破坏 光面层。若不加大线装药密度，预裂缝将可能难以 形成。孔间距小，将大大增加预裂孔的数量，增大凿 岩费用。 前苏联学者A ．A 费先柯等从主要考虑应力波 的动作用，提出的预裂孔连心线上岩体受到的切向 拉应力S ，≥岩石的极限抗拉强度S 。，导出的孔间 距的计算公式为式 1 。按应力波与爆轰气体的综合 作用导出的公式为式 2 。各种半经验半理论及经验 公式，如式 3 和式 4 所示。 a 3 ．2 [ 扎户／s 。 p ／ 1 一p ] 2 乃r 1 a 2 5 P ／s r 2 口 r D { 3 , u p ／[ 1 一岸 ＆] } 忱 3 n 8 ～1 2 d 4 式中，z 一空气冲击波遇到障碍物时，在障碍物 上的增长系数，n 6 ～8 ；P 一作用在孔壁上的冲击 波压力；屯一岩石的极限抗拉强度；∥一岩石的泊松 比；r ～钻孔半径；D 一爆速；f 一炸药密度；d 一钻孔 直径。 根据计算，并参考类似工程，试验选用的孑L 间距 露 O ．8 ～1 ．3 m ，从1 ．0 m 开始试验。 4 光面层厚度 即预裂孔至预裂孔前的缓冲 孔之间距离 N 。光面层厚度是确保预裂爆破效果的 重要参数之一，N 过小，缓冲孔的爆炸应力波可能 会穿过预裂缝，破坏永久边坡，N 太大，可能造成缓 冲孔与预裂孔之间的岩石不能充分破碎，设计选用 N 1 ．0 ～1 。3 r n 。 5 缓冲炮孔 即预裂孔前的第一排炮孔 孔间 距a ， 1 ．4 ～2 ．O m 。 6 缓冲孔至常规炮孔的排间距b ， 1 ．8 ～ 2 ．2 m ，常规炮孔的排间距b 2 2 ．5 ～3 ．0 m ，底 盘抵抗线W 窿 2 ．5 ～4 ．0 m ，第一排孔距坡顶线 的距离S ≮2 ．0 m 。若通过实测计算，w 底 4 ．0 m ， 则在台阶底部打水平浅孔，若W 底过大，也可适当扩 壶，并与前排炮孔同时或超前前排 1 0 ～2 5 m s 起 爆，确保前排孔的爆破效果。 7 常规炮孔的孔间距a ， 2 ．5 ～3 ．0 m 。 8 炮孔布置。首先在最终边坡线上布置预裂孔， 然后按N 和a 2 布置一排缓冲孔，再根据b 1 ，b 2 ，S ，a 3 布置常规孔，常规孔采用梅花形布孔，见图1 。最后根 据w 雇来确定台阶底部是否布置水平扩壶孔。 图1 爆孔布置图 F i g ．1 S e h e m eo fb o r e h o l e sl a y o u t 2 ．3 爆破参数设计 1 爆破器材品种和规格。普通岩石- 乳化油炸 药，药卷直径中 3 2 m m 时，每节炸药质量2 0 0 9 ，每 节炸药长2 3 0 m m 。药卷直径中 7 0 m m 时，每节炸 预裂孔 缓冲孔 常规孔 常规孔 常规孔 上台阶陂面段 药质量1 0 0 0 9 ，每节炸药长2 4 0 m m 。普通岩石导爆 索，普通2 0 段毫秒导爆管雷管。 2 预裂孔的线装药密度q L 是预裂爆破中最重 要的参数之一。线装药密度过大，破坏预裂孔孑L 壁 万方数据 第2 期焦永斌等江西金龙公司露天采场高边坡预裂爆破参数优化8 1 及周围的岩石，半孑L 率难以实现。线装药密度不足， 预裂缝难以形成。线装药密度的计算与确定有理论 计算法、经验公式计算法与经验数值法3 种方法。 理论计算法由于许多参数确定困难，其次其准确度 也存在问题，故研究中未采用，经验公式常见的有式 5 ～式 8 。 q L 2 ．7 5 1 0 G 。 o ”r o 3 8 5 q L 0 ．3 6 1 0 G 。 o 6 3 a o 6 7 6 q L 3 D 口 o ～G 。1 力 7 qr 4 2G ，o 。5 a o 6 8 式中G ，一岩石的极限抗压强度，M P a ；厂一预 裂孔半径，m m ；a 一预裂孔孔间距，c m ，式 8 中的 单位为m ；D 一预裂孑L 直径，c m ；q I ，一线装药密度， g ／m 。 若考虑a 1 0 0 c m ，r 3 5 m m ，D 7 ．0 c m ，G r 8 0 M P a ，按公式 5 ～ 8 计算q I ，分别为3 6 7 ， 5 3 1 ，3 4 2 和3 7 6 9 ／m 。参考一些已成功的工程实例和 实际经验，从地质条件、炸药性能、钻孔孔径、爆破规 模和施工等进行类比，综合考虑孔间距及钻孔所在 位置情况，取线装药密度q L 0 ．3 ～0 ．6 k g ／m 。 3 缓冲孔的炸药单耗K ， 0 ．4 5 ～ 0 ．5 5 k g ／m 3 ，每孑L 装药量Q 1 K l a 2 b 1 H 4 常规孔的炸药单耗K 2 0 ．4 2 ～ 0 ．5 3 k g ／m 3 ，每孔装药量Q 2 K 2 惶3 b 2 H 或 K 2 6 ／．3 W 底H 单位k g 。 2 ．4 装药结构与充填设计 2 ．4 ．1 预裂孑L 的装药结构与充填设计。为克服孔 底较大的夹制作用，采取孔底1 。0 m 二节中3 2 m m 的 炸药卷并排连续，紧接着2 ．0 m 一节夺3 2 m m 的药卷 连续，剩余的炸药沿预裂孑L 剩余的装药长度均匀间 隔分布。毫秒导爆管雷管装在孑L 下部的炸药卷内。 全炮孔敷设导爆索和竹片。导爆索、炸药、雷管、脚 线 导爆管 均用胶带 胶布 捆扎在竹片上，在孔外 加工好，多人 4 ～5 人 把按设计要求加工好的装药 慢慢放入预裂孔内，见图2 b 。 预裂孔的充填长度设计考虑L ， 1 ．0 ～2 ．0 m ，根据试验效果调整。用钻孔的岩粉进行充填，充 填前，要先用炸药包装纸堵塞到装药部位，以避免充 填的岩粉掉入装药部位，见图2 b 。 2 ．4 ．2 缓冲孔的装药结构与充填设计。缓冲孑L 的 装药结构为孔底2 ．0 m 为中7 0 m m 的炸药卷连续装 药，剩余的炸药量约2 ／3 用d p 3 2 m m 药卷二节并排连 续装药装在孔的下部，余下的约l ／3 炸药量用 串3 2 m m 的药卷单节连续装在孑L 的上部至充填部位。 除孔底2 ．0 m 外，缓冲孔剩余长度上均敷设导爆索 和竹片。导爆索，拳3 2 m m 的药卷，导爆管均用胶布 捆扎在竹片上，毫秒导爆管雷管装在孔中下部的药 卷内，在孑L 外加工好后，慢慢装孔内。见图2 a 。 缓冲孔的充填长度L 2 1 ．2 ～2 ．0 I T I ，用岩粉 充填，充填前先用包装纸堵塞到装药部位，见图2 a 。 图2 预裂孔与缓冲孔装药结构 F i g ．2 S t r u c t u r eo fc h a r g eo fp r e s p l i t t i n g h o l ea n db t f f f e rh o l e 2 ．5 起爆网路设计 预裂孑L 和缓冲孔采用孔内一发导爆管雷管和导 爆索双重引爆炸药，常规孔采用孔内二发同段导爆 管雷管引爆炸药。孔外用一段毫秒导爆管雷管作联 接元件，最后用二发火雷管激发的非电起爆网路。 预裂孔和预裂孔前的所有炮孔同次引爆。 试验期间爆破规模不大，每次预裂孔控制在1 5 个孔左右，总炮孔4 0 ～6 0 个。预裂孔超前常规孔 1 5 0 m s 以上同时 预裂孔一般用一段毫秒雷管 起 爆。预裂孔前的炮孔采用排间微差。前排超前后排 1 ～2 段起爆。 3实际应用效果 预裂爆破参数优化现场试验研究工作从2 0 0 6 年4 月初开始至2 0 0 6 年9 月底暂告一段落，历时半 年。共进行预裂爆破试验2 0 余次，获得了大量的试 验数据。 1 孔间距的大小对充填长度影响不大，爆破地 点的地质条件和孑L 径D 、排间距b 或说最小抵抗 线 对充填长度的影响较大。在孔径为1 0 0 m m 时，在 岩石较为破碎地带，预裂孔的充填长度L ， 1 ．9 m 万方数据 8 2有色金属第5 9 卷 左右，一般破碎地带L ， 1 ．6 m 左右时，预裂孑L 起 爆时未看见爆破飞石上抛现象，爆后现场勘查，边坡 线较平直，台阶面上也未出现爆破破碎的碎石。缓 冲孔的充填长度在2 ．5 m 左右，常规孔的充填长度 在3 ．0 m 左右时，一般不出现爆破时爆破飞石上抛 现象，爆堆表面大块一般不出现，1 m 3 的挖掘机正常 挖装，不用二次破碎。 2 在工程地质条件和孔径不变的情况下，随着 预裂孑L 孑L 间距a 的增大，线装药密度qz ．增大。随着 孔间距的降低，预裂面的平整度和半孔率增高。在孔 深 1 9 ～2 3 m ，炮孔角度偏差小于1 。的情况下，a 0 ．8 m ，q f ． 0 ．3 5 ～0 ．4 0 k g ／m 时，残留半孑L 率达 7 5 ％以上。口 0 ．9 m ，q ， 0 ．3 8 ～0 ．4 3 k g ／m 时，残 留半孔率为7 0 ％左右。a 1 ．0 m ，q 【． 0 ．4 0 ～ 0 ．4 6 k g ／m 时，残留的半孔率为5 0 ％～6 5 ％。口 1 ．1 m ，q L 0 ．4 3 ～0 ．4 9 k g ／m 时，残留的半孔率仅 为4 0 ％左右，且预裂面不太平整，不平整度达到 2 0 e m 。a 1 ．2 m ，q [ 0 ．4 0 ～0 ．5 2 k g ／m 时，残留 的半孔率为1 5 ％～2 5 ％，且预裂面不平整。综合考 虑各方面的因素，推荐该矿采用的预裂孔的主要爆 破参数为a 1 ．O m ，钆 0 ．4 4 5 k g ／m 左右。 参考文献 3 缓冲孔孔间距1 ．5 m ，光面层厚度1 ．3 m ，缓 冲孔与常规孔之间的距离2 ．O m ，缓冲孑L 的炸药单耗 0 ．4 9 k g ／m 3 。常规孔的孑L 间距2 ．5 m ，排间距3 ．O m ， 底盘抵抗线w 雇 4 ．O m 时，采用台阶底部打水平 浅孔扩壶，把W 戽降到4 ．O m 以下，常规孔的炸药单 耗0 ．4 7 k g ／m 3 。采用上述参数可获得较好的爆破效 果。 4 钻孔质量是确保预裂爆破效果的关键。爆 破现场清理干净后能够清楚地看到，若预裂孑L 的倾 角误差小予0 ．5 。，孔深达到设计要求的地段，半孔 率可达8 0 ％以上，且岩面平整，不平整度小1 5 c m ， 底部也平整，无岩坎。若预裂孔的倾角，孔深达不到 设计要求，半孔率低，岩面不平整度可达到3 0 c m 以上，底部也会有岩坎。 5 在预裂面下部可以清楚地看到，在岩体节理 裂隙不太发育地段，预裂孔孑L 间距达到1 ．4 m 时，仍 可看到清晰的半孔率，并且两孑L 之间很平整，完全是 爆破形成的预裂面，这说明若预裂孔的孔径为 l O O m m ，炮孑L 的倾角不产生偏差，或偏差极小，岩体 节理裂隙不发育地段，预裂孔的孔间距可以增大到 】．4 m 。 [ 1 ] 于亚伦．工程爆破理论与技术[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 4 2 6 0 2 7 0 ． [ 2 ] 张国建．实用爆破技术[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 9 1 5 2 ～1 5 5 ． [ 3 ] 刘殿中，杨仕春．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 3 3 1 0 3 1 8 。 O p t i m i z a t i o no fH i g hS l o p eP r e s p l i t t i n gB l a s t i n gP a r a m e t e rf o rO p e nP i to fJ i a n g x iJ i n l o n gC o m p a n y J I A OY o n g - b i n ，P E N GM i n - j i e ，G A OS a i h o n g ，L UZ h e - x i a n g J i a n g x iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o b o g y ，G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r e s p l i t t i n gd e m o l i t i o np a r a m e t e ro p t i m i z a t i o ni nt h ef i n a ls l o p ew i t ht h ec r e v a s s eg r o w t ho fJ i a n g x i J i n l o n gC o r p o r a t i o nS t r i pM i n ei si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tw h i l et h ep r e h i a t u sa p e r t u r e1 0 0 m m ， d e p t ho fh o l ea b o u t2 0 m ，p i t c ho fh o l e s1 ．0 ma n da v e r a g el i n ec h a r g ed e n s i t y0 ．4 4 5 k g ／m ，t h eh a l fp o r o s i t yi s s t i l la t t a i n a b l ea b o u t6 0 ％．T h ei d e a lb l a s t i n ge f f e c ti sa c h i e v e dw i t ht h ep r e h i a t u sc u s h i o np it c ho fh o l e s1 ．5 m a n dt h ep r e h i a t u sa n dc u s h i o np i t c ho fh o l e s1 ．3 m ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；h i g hs l o p e ；p r e s p l i t t i n gb l a s t i n g ；p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n ； d r i l l i n gq u a l i t y 万方数据