露天矿高台阶爆破几个问题的探讨.pdf

I S S N 1 6 7 12 9 o 0 C N 4 31 3 4 7 ／ -I D 采矿技术第7卷第3期 Mi mn g T e c h n o l o g y ，V o 1 ． 7， No ． 3 2 0 0 7年 9月 S e p ． 2 0 0 7 露天 矿 高 台 阶爆破 几个 问题 的探 讨 陆 广 ， 史秀志， 杨志强 中南大学资源与安全工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 8 3 摘要 高台阶爆破具有传统深孔台阶爆破无法比拟的技术以及经济优势， 但其对设备以 及技术的要求更高。论述了高台阶爆破的技术难点、 局限性以及解决措施等， 对促进我国 露天矿山应用高台阶技术有借鉴意义。 关键词 露天采矿； 高台阶爆破 ； 技术改造 生产实践表 明， 高 台阶开采做到了高度集 中开 采， 提高了钻孔、 装载和运输设备的利用率。技术经 济指标分析表明， 台阶高度 2 4～ 3 0 m时， 单位炸药 消耗量 比 l 21 5 m， 台阶下降 5 ％ ～ 7 ％ ， 每米钻孔 的崩岩量提高 3 0 ％ ～ 3 5 ％ ， 钻机效率提高 4 0 ％ ～ 5 0 ％ ， 钻孔费用下 降 3 0 ％ ～ 4 0 ％， 钻孔爆破综合成 本降低 1 0 ％ 一1 6 ％ ， 运输成本将降低 8 ％ ～9 ％， 剥 离生产成本下降 2 O ％ ～ 3 O ％⋯。 理论研究认为， 高台阶爆破使柱状装药长度增 大， 被认为是提高炸药爆轰能量利用最有效、 最活跃 的因素， 是改善爆破质量， 降低成本的主要手段。当 孔径一定时 ， 药柱高度从 1 0 m增到 3 0 m时 ， 爆轰气 体从深孔中逸出的时间延长 1 倍 以上。由此看来， 随着深孔药柱 长度的增加 ， 对岩石的爆破作用时间 增长 ， 岩石破碎效率得到提高。另外 ， 高台阶爆破有 利于使用先进的爆破技术， 如毫秒爆破、 宽孔距小抵 抗线爆破、 预裂爆破等技术的广泛应用， 从而显著改 了善破碎质量 ， 降低有害效应。 1 高台阶爆破的技术难点 1 ． 1 现有设备技术参数的限制 长期以来， 我国大型露天矿普遍采用 l 2 ～1 5 m 的台阶高度， 这是由于采用落后的穿孔设备和斗容 较小、 挖掘高度小的电铲造成的。目 前， 大型露天矿 开采的铲装作业多采用机械电铲， 其最大挖掘高度 不大于 1 5 m。根据露天矿 台阶爆破的要求 爆堆高度 ，，． 1 ． 2～1 ． 3 1 台阶高度 圩 1 ． 0 5～1 ． 1 5 h 2 式中 h ． m 挖掘机的最大挖掘高度， m 。 当台阶高度为2 4～3 O m时， h ，，． 1 6 ～ 2 0 m， 显 然， 对于台阶高度大于 2 0 m的露天矿开采， 现有的 采装设备难 以适应 。 除了现有装运设备技术参数限制以外， 限制高 台阶开采更直接的原因是随着采场参数的大幅度增 大 ， 对露天矿的穿孔爆破提出了新的课题 。比如， 将 台阶高度从 l 2～1 5 m提 高到 2 4～3 0 m， 在 台阶坡 面角保持不变的情况下， 底盘抵抗线也相应增加一 倍 ， 相应孔径增加至 5 0 0～ 6 0 0 m ／ n 。目前 ， 世界上最 大的露天矿钻机 4 9 HR型牙轮钻机的穿孔直径 只有 4 0 6 m ／ n ， 如果台阶高度增加至 5 0 m， 则钻孔直 径相应要增加到 I m左右 。 1 ． 2 台阶高度对爆破效果的影响 1 抵抗线的选取。倾斜炮孔底盘抵抗线随着 台阶的高度呈线性增长， 坡面角较缓时尤其明显。 以台阶高度 3 0 m， 坡面角为 7 5 。 为例 ， 底盘抵抗线将 达到 1 5 m， 而药柱顶端的抵抗线仅为 6 ． 5 m。抵抗 线的大小将直接影响到爆破能量沿台阶高度的分 配、 爆破的效果及安全。因此， 抵抗线的选取将给高 台阶爆破的设计及施工带来一定困难。高台阶爆破 通常选取垂直钻孔的形式 ， 因为直钻孔 的速度 比较 快， 操作技术、 装药较为简单。 2 爆破效果。底盘抵抗线是影响露天爆破效 果的一个重要参数， 并决定超深、 非装药段长度、 孔 网等爆破参数的大小。 超深H O ． 1 5～0 ． 3 5 3 填塞长度 L 0 ． 6 3～0 ． 8 8 窿 4 式中 底盘抵抗线 ， m。 虽然超深及非装药长度在整个台阶高度所占的 比例有所降低， 但总趋势是增大的。堵塞长度增加 将会降低延米爆破量， 增加钻孔费用， 造成台阶上部 岩石破碎不佳； 超深选取过大， 将造成钻孔和炸药量 的浪费， 增大对下一个 台阶顶板 的破坏 ， 给下次钻孔 维普资讯 陆广 ， 等 露天矿 高 台阶爆破 几个问题的探讨 7 1 造成困难， 且增大爆破地震波的强度 ， 使台阶上部容 易产生大块。从爆破工艺看， 更大的爆破参数将导 致爆破矿岩破碎的不均匀程度 以及可能难以避免的 根底等。采用高台阶爆破， 对所形成的台阶坡面完 整性和稳定性有更高的要求。大参数的凿岩爆破， 对如何降低爆破后冲， 在设计和工程施工方面也增 加了一定的难度。 1 ． 3爆破安全 改善露天矿高台阶爆破效果的主要途径， 一是 增大沿台阶高度各部分岩石的爆破强度， 即增加炸 药单耗； 二是降低超深和非装药长度在整个台阶高 度中所占比重， 即适当增加装药长度。增大炮孔直 径不仅可以增加单孔装药的容量， 减少钻孔的工程 量及费用， 而且能够提高炸药的传爆性能， 增大炸药 威力， 提高爆破效果。但是， 加大炮孔的直径， 也会 带来一些不利的因素， 如降低钻孔效率， 增加空气冲 击波、 飞石、 震动等爆破危害， 对爆破飞散物的预防、 爆破震动的控制都将提出新的课题。 2 解决高台阶爆破技术难点的措施 高台阶爆破虽然有着普通深孔爆破无法 比拟的 技术以及经济优势， 但其对机械设备及爆破工艺提 出了更高的要求。因此， 笔者从以下几个方面对高 台阶爆破技术进行探讨。 2 ． 1 降低爆堆高度 1 清渣时联合布孔。尽可能地消除根底， 降 低爆堆的高度以及药柱能量分布不均匀产生的不利 因素 爆破飞石及大块 ， 单一垂直布孔的形式难以 实现。笔者从理论方面对爆破方法进行改进 ， 采用 水平孔拉底的爆破方案 见图 1 。 正 面剞视图 侧面剖视图 圈1 水平拉底爆破方案 爆破时， 水平孔先 于垂直孔起爆 。垂直及水平 孔的孔网参数视实际情况选取， 采用排间微差起爆， 适当缩小排距， 增加抛掷量， 从而达到松动爆堆， 降 低爆堆高度的目的。一般情况， 2 4 ～ 3 0 m台阶的爆 堆高度可控制在 1 4～ 1 8 m， 完全在现有挖掘机的安 全作业范围内。实践证明 J ， 水平拉底爆破方案是 解决爆破大块、 根底以及降低爆堆高度的有效措施。 2 压渣时 ， 爆堆分层采运 J 。由于斗容较小 以及作业范围的限制 ， 现有的装运设备严重制约着 台阶爆破技术的发展， 采用爆堆分层采运的爆破方 案能很好地解决这一技术难题。挖掘机在分层爆堆 上作业， 解决挖掘高度制约的难题， 使高台阶爆破变 为现实 见图 2 。 ． 1 3 0 4 0 一 l 一 1 0 1 2 ． 图2 爆堆分层装运 爆破时， 由于前一阶段爆堆的约束 ， 可以选取相 对较大的炸药单耗以及装药密度， 使矿石获得很好 的破碎效果 。同时， 爆破飞石也得到很好的控制 ， 安 全易保证 ， 这一爆破技术在 国外得到了很好的应用。 3 并段台阶爆破法。单纯从降低爆堆的高度 及增大最终工作帮的角度出发 ， 可 以采用新的预裂 爆破装药结构 低台阶并段的办法形成高台阶。 哈萨克斯坦 的萨尔拜露天矿固定边帮的台阶高 度达4 0 m， 由两个 2 0 m的台阶并段而成。为提高 最终边帮的安全稳定性 ， 萨尔拜 露天矿采用 了超深 的预裂孔爆破技术 见图 3 。爆破时 ， 预裂孔先爆 ， 后爆邻帮炮孔， 预裂爆破效果较好。在上部台阶完 成作业后， 对下部台阶进行开采， 最终并段成4 0 m 的高 台阶。 图3 萨尔拜露天矿并段爆破 2 ． 2采用新工艺 高台阶底盘抵抗线增大的两个显著弊端， 一是 维普资讯 7 2 采矿技术 现有的设备很难满足大直径钻孔的要求； 二是抵抗 线浮动范围过大， 给炸药能量沿台阶高度的均分带 来一定的困难。但是， 大型设备的创新以及先进爆 破技术的发展解决了这一难题。 1 钻孔及装药结构。利用火钻扩孔已得到实 际应用 ， 这一扩孔方式 ， 是利用牙轮钻机先钻 2 0 0 ～ 2 5 0 r n m的深孔， 然后用火钻 自孔底向上逐渐将原 有炮孔扩大， 使孔径增大到4 0 0 5 0 0 rn m， 有的甚至 扩大至 6 0 0 m m。 为了使炸药能量得到合理分布和有效利用 ， 普 遍采用混合装药以及 间隔装 药的措施 ， 以达到均衡 爆破作用的目的。此外 ， 有的矿山还采用变孔径的 装药结构， 其特点是对应台阶底部抵抗线大的部位， 扩大炮孔直径， 然后自下而上随着抵抗线减小， 炮孔 直径相应缩小。这样， 沿台阶高度， 炮孔装药量与其 对应的抵抗线大小成一定的 比例关系 ， 炸药能量 的 分布更均匀。 2 炮孔布置及起爆顺序。由于台阶坡面角 的 存在， 底盘抵抗线随台阶高度的增加而增大， 并由此 引发了一系列爆破技术难题。笔者认 为， 只要选 取 合理的布孔形式 以及起爆顺序 见图 4 ， 也可以克 服现存技术装备的缺陷并取得良好的爆破效果。 图4宽子 L 距小抵抗线布孔 a 一布孔孔 距b 一布孔排距a 一起爆孔距 b 起爆 排距B 安全距离w 一实际抵抗线 在炮孔负担面积不变 的情况下 ， 减小最小抵抗 线 ， 则爆破漏斗角随之增 大， 形成弧形 自由面， 既可 以使拉伸碎片获得较大的抛掷速度， 又可以延缓爆 炸气体过早逸散的时间， 有利于改善岩石破碎的质 量 见图5 。爆破时， 通过改变起爆顺序， 即改变最 小抵抗线的方向， 使其向相对弱侧转移， 从而达到减 小抵抗线的目的。 ， “‘ ， ， I、 ‘‘ ‘ 一 ／． 、 v l 、 、 图 5 爆破漏斗角 2 3 爆破安全 高台阶大参数爆破给设计以及施工带来了严峻 的挑战 ， 应从以下几个方面采取措。 1 选定合理的最小抵抗线方向和数值， 优化 爆破参数， 改进装药结构， 确保填塞质量。 2 对保护对象进行防护。采用预裂爆破或开 挖减震沟 ， 限制爆破的最大段药量 ， 加强近体防护 。 3 加强管理。爆破施工过程 中， 必须严格遵 守相关爆破安全规程 ， 做到设计合理 ， 施工严谨。 3 总 结 高台阶爆破具有传统深孔 台阶爆破无法比拟的 技术以及经济优势， 但其对设备及技术的要求更高， 并且安全不易保证。随着深孔钻机和装运设备的不 断改进 ， 爆破技术的不断完善 和爆破器材 的 日益发 展 ， 使高台阶爆破不仅成为可能 ， 而且正发挥着重要 作用。 参考文献 [ 1 ] 贾宗民， 王永刚． 论高台阶开采工艺中的几个同胚[ J ] ． 煤炭 技术 ， 2 0 0 4， 5 4 7 4 9 ． [ 2 ] 孙忠铭． 露天金属矿山高台阶陡帮开采的新概念及连续运输 工艺[ J ] ． 矿业研究与开发， 2 0 0 6 ， s 2 3 3 3 5 ． [ 3 ] 黄红万． 高台阶爆破消除根底的方法尝试[ J ] ． 人民珠江， 2 0 0 5 ， 2 3 33 4 ． [ 4 ] 郭进平， 聂兴信． 新编爆破工程实用技术大全[ M] ． 北京 光明 日报 出版社 。 2 0 0 2 ． 收稿 日 期 2 0 0 7 0 6 2 3 作者简介 陆 广 1 9 8 0一 ， 男， 广西玉林人， 研 究生， 主要 从事工程爆破、 采矿技术研究工作。 中 国 钢 铁 海 外 资 源 依 存 度 持 续 上 升 我国 铁矿石平均品位只有3 2 ． 7 ％， 铁矿资源人均拥有量仅为世界人均拥有量的4 2 ％， 鞍钢、 攀钢、 首钢等虽然有一定规模的矿山， 但 国内铁矿石需求以每年五千万吨的速度猛增， 所需铁品位6 5 ％以上的铁矿石都依赖进 口。中国进口铁矿石量 2 0 0 3年首次超过欧洲和 日 本， 2 0 0 5年进 口 铁矿石 2 ． 7 5亿吨， 国内规模以上钢铁工业对进 口 矿的依存度为5 3 ． 3 ％。 2 0 0 6年， 中国铁矿石进 口总量为3 ． 2 6亿吨， 较 2 0 0 5 年增长1 8 ． 6 ％； 2 0 0 7 年上半年， 我国外贸 进 口 铁矿石完成 1 ． 9亿吨， 增幅回落， 但仍达到 8 ％。国际铁矿石对国内钢铁生产的影 响力” 不降反升” ， 使我国在” 矿钢博弈” 的被动地位短期内很难真正改变， 这促使中国钢铁企业联手积极寻求海外矿石资源。 维普资讯