4钻孔爆破.docx
《4钻孔爆破.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《4钻孔爆破.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
4钻孔爆破
〖AM〗〖KMB〗〖HT〗〖BFQ〗〖WTBZ〗
〖HS4〗〖HT3Y3〗〖STHZ〗〖ZZ(S〗4〓采矿及建筑工程钻孔爆破〖ZZ)〗〖HT〗〖ST〗
本章介绍台阶爆破和掘进爆破。
许多种类的爆破都可以看成是台阶爆破,例如沟槽爆破,掘
进爆破中的扩槽孔、辅助孔爆破,与一般台阶爆破相比只是夹制作用更大一些,所以从广
义上讲,除了掏(拉)槽爆破,切割爆破,破大块爆破外,一般钻孔爆破都可以看作台阶爆破
。
〖SM(〗4〓采矿及建筑工程钻孔爆破〖SM)〗
尽管计算机模拟已经发展到了可以在实际工程爆破中应用的阶段。
但大多数爆破工程还是在
依靠经验法则进行设计。
新经验出现,提高了设计和施工水平。
鉴于这种情况,本章重点介
绍先进的经验和工艺,行之有效的设计方法和安全措施。
我国大型矿山采用大区微差爆破一次爆破量达80万t矿岩,在设计、施工、安全管理各方面
都积累了丰富的经验;“数模”工作开展10余年,已经在实践中发挥作用。
〖HS3〗〖HT4”XBS〗〖STHZ〗41〓露天开采梯段爆破
〖HT5H〗411〓基本条件和要求〖ST〗〖HT〗
〖DM(〗41〓露天开采梯段爆破〖DM)〗
露天开采包括采矿和采石。
对爆破专业人员来说,一个露天采场,其开采环境、台阶高度、
钻孔设备甚至所用炸药均已确定或变化余地不大。
可以做的爆破设计工作是如何布置钻孔,
改变装药结构,优选起爆顺序,使爆破质量达到最优。
露天开采作业都有一个形态基本固定的工作平台和固定高度的台阶,台阶高度之比
与药包的底盘抵抗线均大于2(H/Wm>2),梯段爆破的基本要求是:
(1)保证每天有固定的矿石产量;
(2)综合成本最低;
(3)安全生产。
观察一个露天采场的爆破水平,一看大块率和粉矿率是否合格,二看眉线是否直,三看底板
是否平。
一般矿山在经过一段时间的探索之后,把矿岩分成2~4类(易爆、一般、难爆、特难爆),对
每一类有一套固定的钻、爆模式。
所谓“固定”是一个相对概念,它要随着生产要求和技术
人员认识水平的提高而修改、变化、不断完善。
〖HT5H〗〖STHZ〗412〓经验设计法〖ST〗
〖HT5K〗4121〓基本参数〖HT〗
梯段爆破的钻孔有直孔和斜孔,布孔方式有矩形和梅花形。
其实直孔可以看成斜度1∶0的斜
孔;炮孔布置的基本形式如图41所示:
基本参数有:
〓H〖WBY〗——台阶高度,m;
〖DW(〗α〖DW)〗——梯段面的倾斜角;
〖TPA,9。
14(,15)#〗〖TS(〗〖JZ(〗〖HT5”SS〗
图41〓梯段爆破炮眼布置
〖HT6〗1—梯段自由面;2—顶部自由面;
3—堵塞;4—柱状装药;
5—底部装药;6—理论底面〖JZ)〗〖TS)〗
〖DW(〗β〖DW)〗——钻孔倾斜角;
〖DW(〗L〖DW)〗——钻孔孔深,m;
〖DW(〗h1〖DW)〗——超钻长度,m;
〖DW(〗φ〖DW)〗——钻孔直径,mm;
〖DW(〗d〖DW)〗——药卷直径,mm;
〖DW(〗h0〖DW)〗——堵塞长度,m;
〖DW(〗h2〖DW)〗——底部装药长度,m;
〖DW(〗h3〖DW)〗——上部装药长度,m;
〖DW(〗Wm〖DW)〗——底盘抵抗线,m;
〖DW(〗W〖DW)〗——实际抵抗线,m;
〖DW(〗a〖DW)〗——孔距,m;
〖DW(〗b〖DW)〗——排距,m;
〖DW(〗B〖DW)〗——爆区长度,m;
〖DW(〗q2〖DW)〗——底部装药线密度,kg/m;
〖DW(〗q3〖DW)〗——上部装药线密度,kg/m;
〖DW(〗Q2〖DW)〗——底部装药量,kg,Q2=q2h2;
〖DW(〗Q3〖DW)〗——上部装药量,kg,Q3=q3h3;
〖DW(〗Q〖DW)〗——钻孔总装药量,kg,Q=Q2+Q3;
〖DW(〗q〖DW)〗——〖ZK(〗平均单位耗药量,kg/m3,q=〖SX(〗Q〖〗V〖SX)〗=
〖SX(〗Q〖〗abH〖SX)〗〖ZK)〗;
〖DW(〗S〖DW)〗——负担面积,m2,S=aW=ab。
〖HT5K〗4122〓单一装药设计〖HT〗
单一装药指底部、上部装同种类、同密度、同药径的炸药。
其设计方法是:
(1)计算线装药密度q1(kg/m)。
装药密度为ρ,药包直径为d,则q1=
〖SX(〗1〖〗4〖SX)〗πd2ρ。
(2)根据岩石性质、炸药性质、钻孔直径、大块要求、凭经验、试验或半经验公式确定单位
耗药量q。
1)按表41选取q值。
〖HT5”H〗〖STHZ〗[WTHZ]〖JZ(〗表41〓坚硬岩、3∶1斜孔、铵油炸药单耗参考表
〖JZ)〗〖JY,2〗kg/m3〖ST〗[WT]
〖HT6SS〗〖BG(〗〖BHDFG7,WK4*2,K2*4。
14W〗
〖XXZS-YX〗〖BSZSX0Y4*2〗[SX(B]孔径/[]mm[SX)]
〖BSZSX2Y*2〗[SX(B]台阶[]高/m[SX)]
〖〗6〖〗7〖〗8〖〗9〖〗10〖〗11〖〗12〖〗14〖〗15〖〗16〖〗18〖〗20〖〗2
2〖〗24〖BHDG1*2/3〗
64〖〗049〖〗051〖〗056〖〗058〖〗060〖〗064〖〗067〖〗074
〖BHDW〗
76〖〗[][]052[]〖〗056[]〖〗061〖〗067〖〗071〖〗072〖〗079〖〗0
85〖BH〗
89〖〗[][]047〖〗[]052〖〗[]057〖〗061〖〗062〖〗067〖〗070〖〗0
75〖BH〗
102〖6〗049[]〖〗053〖〗057〖〗059〖〗060〖〗064〖〗068〖〗07
3〖BH〗
127〖6〗043[]〖〗047〖〗051〖〗052〖〗054〖〗057〖〗061〖〗06
4〖BH〗
152〖8〗043〖〗047〖〗049〖〗050〖〗053〖〗055〖〗058〖〗06
1〖BG)F〗
〓〓注:
〖ZK(〗1本表选自瑞典《建筑及采矿工程实用爆破技术》
2台阶高对应单耗大是因为考虑了钻孔误差引起的增量。
〖ZK)〗〖HT〗
2)按表42选取q值。
〖HT5”H〗〖STHZ〗〖WTHZ〗〖JZ〗表42〓单位炸药消耗量q值表〖ST〗〖WT〗
〖HT6SS〗〖BG(〗〖BHDFG4,WK8,K4。
2,K2*2。
8W〗
〖HT6,6”〗岩石坚固性系数f〖HT6〗〖〗08~2〖〗3~4〖〗5〖〗6〖〗8〖〗10〖
〗12〖〗14〖〗16〖〗20〖BHDG2〗
q值/kg·m-3〖〗040〖〗043〖〗046〖〗050[]053[]056[]060
[]064[]067[]070〖BG)F〗〖HT〗
3)参照表43选取q′值,然后按q=kpkde·q′计算q值。
〖HT5”H〗〖STHZ〗〖JZ〗表43〓标准炸药与岩石坚固性和裂隙性的变化关系〖ST〗
〖HT6SS〗〖BG(〗〖BHDFG4,WK9,K27W〗
岩石裂隙等级〖〗〖ZB(〗〖BHDG2,K27W〗标准炸药消耗量(kg·m-3)与岩石坚固系
数f关系〖BHD,K9。
3W〗2~5〖〗6~8〖〗11~20〖ZB)〗
〖BHDG1*2/3,WK9,K9。
3W〗
Ⅰ〖〗<03〖〗<035〖〗<045
〖BHDW〗Ⅱ〖〗04〖〗05〖〗06
〖BH〗Ⅲ〖〗065〖〗075〖〗09
〖BH〗Ⅳ〖〗085〖〗1〖〗12
〖BH〗Ⅴ〖〗10〖〗12〖〗14〖BG)F〗〖HT〗
上式中kp=〖SX(〗γ〖〗26〖SX)〗,γ为岩石容重,g/cm3。
kd
为允许大块尺寸修正系数,按表44选取。
e为炸药系数,对2号岩石炸药取e=10
,铵油炸药e=105~11
〖HT5”H〗〖STHZ〗〖WTHZ〗〖JZ〗表44〓kd的取值〖ST〗〖WT〗
〖HT6SS〗〖BG(〗〖BHDFG2,WK12,K4。
6W〗
允许大块尺寸/mm〖〗250〖〗500〖〗750〖〗1000〖〗1250〖〗1500〖BHD〗
kd〖〗13〖〗10〖〗085〖〗075〖〗07〖〗065〖BG)F〗〖HT〗
4)参照类似矿山取值(表45、表46)。
(3)凭经验和环境条件选堵塞长度。
一般按h0=(20~30)φ或h0=(08~12)W选取。
(4)凭经验选合理超钻值h1,计算钻孔长度L。
一般按h1=(10~20)φ或h1=(015~035)Wm选取,L=(H+h
1)/sinα。
(5)计算单孔装药量:
Q=q1(L-h0)
〓〓(6)计算单孔负担面积
单孔爆破体积
V=abH
〓〓由q=〖SX(〗Q〖〗V〖SX)〗可以得出S=ab=〖SX(〗Q〖〗qH〖SX)〗=〖SX(〗q1(L-h
0)〖〗qH〖SX)〗
(7)选择间排距比例,定出间、排距
一般取a=125b,则有
ab=125b2=S〓b=〖KF(〗〖SX(〗S〖〗125〖SX)〗〖KF)〗
〓〓(8)根据周围环境确定单响允许药量。
一般是由被保护建筑物允许振速,反算允许单响
药量。
(9)安排起爆延迟时间和起爆顺序。
多用25ms、50ms等间隔时间,用V形槽形、波浪形大斜线
形的顺序起爆(图42)。
[YM5BZ=218,S]
〖TPA,10。
28#〗〖TS(〗〖JZ(〗〖HT5”SS〗图42〓起爆顺序示意图
〖HT6〗a—波浪式微差起爆;b—“V”形微差起爆;
c—梯形微差起爆;d—对角线微差起爆〖JZ)〗〖TS)〗
以上经验法做出的设计,要在实践中调整、修正,使设计方案趋于最优。
可调参数有起爆顺
序和延时,平均单位耗药量q、堵塞及超钻长度、装药结构及钻孔角度,如何调整要凭经验
,比如无冲炮可以减少一点堵塞段长度,无根底可减少一点超钻,后冲较大可考虑最后排单
孔起爆或减少孔上部线装药密度,大块多可考虑增加单耗,粉矿多可减少单耗或用不耦合装
药结构等。
〖HT5H〗例〖HT〗〓花岗岩采石场,f=8~10,孔径φ90mm装铵油炸药,台阶高1
5m,单向尺寸大于70cm作为大块。
根据同类采石场经验选取参数进行设计
(1)装药线密度为54kg/m(实测)。
(2)按同类工程,取q=06kg/m3,一般可以作到大块率控制在5%以内。
(3)堵塞20m。
(4)超钻10m。
(5)垂直孔单孔装药量
Q=54×(16-2)=756kg
〖KG2〗(6)单孔负担面积
S=ab=〖SX(〗Q〖〗qH〖SX)〗=〖SX(〗756〖〗06×15〖SX)〗=84m2
〖KG2〗(7)按a=125b,计算b=26m,a=32m
(8)现场要求每次爆破量不超过1000kg
(9)用V型起爆,装电雷管,时间间隔25~50ms。
每孔装两个乳化炸药起爆体。
试炮后基本达到块度要求,底板、眉线均比较整齐。
〖HT5K〗4123〓复式装药设计方法〖HT〗
瑞典人推荐这种设计方法。
其特点是下部用耦合装药,装密度高、威力大的炸药;上部装低
密度、低威力炸药或用不耦合装药,使装药线密度等于下部装药的一半左右。
布孔参数根据
下部装药计算,其理论根据是:
下部夹制作用大,上部顶端是自由面,只要下部炸开,上部
用更少的炸药可以获得同样的效果。
其设计方法是:
(1)由线装药密度、炸药威力、岩石可爆性及夹制状况计算允许抵抗线的最大值Wm。
对铵油炸药:
Wm=136〖KF(〗q2〖KF)〗·k1·k2
对埃玛利特150炸药:
Wm=145〖KF(〗q2〖KF)〗·k1·k2
对代那麦克斯M炸药:
Wm=147〖KF(〗q2〖KF)〗·k1·k2
式中〓q2〖WBY〗——底部装药线密度,kg/m;
〖DW(〗k1〖DW)〗——〖ZK(〗夹制系数,各种不同倾斜度对应的k1见表47
;〖ZK)〗
〖DW(〗k2〖DW)〗——〖ZK(〗岩石系数,对一般岩石k2=1,对很难爆的岩石
k2=09,对极易爆岩石k2=115。
〖ZK)〗
〖HT5”H〗〖STHZ〗〖WTHZ〗〖JZ〗表47〓不同炮孔倾斜度时的k1修正值〖ST〗
〖WT〗〖HT6SS〗〖BG(〗〖BHDFG2,WK6,K5。
6W〗
倾斜度〖〗直立〖〗10∶1〖〗5∶1〖〗3∶1〖〗2∶1〖〗1∶1〖BHD〗
α〖〗0°〖〗5°42′〖〗11°20′〖〗18°26′〖〗26°34′〖〗45°〖BHDW〗
k1〖〗095〖〗096〖〗098〖〗100〖〗103〖〗110〖BG)F〗〖HT〗
(2)用经验法定出超钻值:
h1≥10d或h1=03Wm
〖KG2〗(3)对常用倾斜度为3∶1的钻孔定出孔长
L=105(H+h1)
〖KG2〗(4)计算钻孔偏差:
E=d+003H
〖KG2〗(5)实际设计抵抗线:
W=Wm-E
〓〓也可以凭经验取,使W=40d。
〖KG2〗(6)炮孔间排距
排距b=W,间距a=125b
〖KG2〗(7)延米爆破量
V1=〖SX(〗BbH〖〗nL〖SX)〗
〓〓式中B为爆区长,n为同排孔数。
(8)底部装药高度h2:
〖JZ〗h2=13Wm
(9)底部装药量:
〖JZ〗Q2=q2h2
(10)堵塞高度h0:
〖JZ〗h0=W
(11)上部装药线密度:
〖JZ〗q3=(04~06)q2
(12)上部装药高度:
〖JZ〗h3=L-h0-h2
(13)上部装药量:
〖JZ〗Q3=h3q3
(14)单孔装药量:
〖JZ〗Q=Q2+Q3
(15)平均单位耗药量:
〖JZ〗q=〖SX(〗nQ〖〗BWH〖SX)〗,n为每排炮孔数
(16)单响允许药量和起爆方式选择按环境要求
〖HT5H〗例〓〖HT〗台阶高H=15m,爆区宽B=26m,孔径φ=76mm,岩石可爆
性一般,钻孔倾斜度3∶1,用埃玛利特150炸药。
(1)钻孔参数
1)允许抵抗线最大值Wm:
计算线装药密度(φ76孔装满)q2=50kg/m
Wm=145〖KF(〗q2〖KF)〗=324m
〓〓2)超钻:
h1=03Wm=097m
〓〓3)炮孔长:
L=105(15+097)=1676m
〓〓4)钻孔偏差:
E=0076+003×1676=058m
〓〓5)设计抵抗线:
W=324-058=266m〓b=W=266m
〓〓6)孔间距a:
〓a=125 b=332m因爆区宽26m,〖SX(〗B〖〗a〖SX)〗=783,取整数8
个间隔,每排9个孔,调整后a=325m
7)延米爆破量
V1=〖SX(〗WBK〖〗nL〖SX)〗=〖SX(〗266×26×15〖〗9×1676〖SX)〗=69
m3/m
〓〓
(2)装药计算
1)底部装药线密度:
〖JZ〗q2=5kg/m
2)底部装药长度:
h2=13Wm=13×324=420m
〓〓3)底部装药量:
Q2=q2h2=5×42=210kg
〓〓4)堵塞长度:
h0=W=266m
〓〓5)上部装药线密度,取:
q3=05q2=25kg/m
〓〓6)上部装药长度:
h3=L-h2-h0=990m
〓〓7)上部装药量
Q3=q3b3=2475kg
〓〓8)单孔装药总量
Q=Q2+Q3=4575kg
〓〓9)平均单耗
q=〖SX(〗nQ〖〗BWH〖SX)〗=040kg/m3
〖HT5H〗〖STHZ〗413〓堑沟爆破〖ST〗〖HT〗
凹陷露天采矿场每下一个台阶,必须进行堑沟开挖,为台阶爆破开拓出台阶面。
(1)开挖堑沟最简单的方法是采用扇形布孔切槽爆破(图43),炮孔布置和用药量与炮孔直
径、炸药性质有关,具体计算可参照4123的方法,但不用复式装药。
扇形布孔容易产生飞石,在居民区,特别是当孔径较大时,应十分小心。
〖TPA,16*2#〗〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”SS〗图43〓切槽爆破〖TS)〗
(2)美国杜邦〖BF〗《爆破手册》介绍的挖堑沟爆破方案如图44所示,其特点是:
全部直
孔,当中加密,齐发;纵向用微差雷管排间延迟(25ms),横向用定时器调节延时(33ms),这
样的安排可使掏槽孔以外的孔基本上是一个一个地响,据称在降振上是非常成功的,在消灭
根底、改善破碎质量和减少飞石方面也都效果显著。
〖BFQ〗
〖TPA,23*2#〗〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”SS〗图44〓下掘爆破方案〖TS)〗
〖HT5H〗〖STHZ〗414〓压碴爆破和缓冲爆破〖ST〗〖HT〗
有些矿山由于工作线不够长或强化生产安排的需要,进行压碴爆破。
压碴爆破的前提是微差
爆破。
实践证明,若参数选择恰当,这种形式的爆破不仅可以消除穿孔、爆破、铲运三道工
序的相互制约,还可以改善爆破质量。
一些矿山压碴厚度一般10~20m,从道理上讲,压碴限制了爆岩的推移和膨胀(松散),为了
使岩石达到与一般爆破相同的松散度,压碴爆破需适当增加单位耗药量。
我国的经验是增加
10%~20%。
瑞典认为增加药量与台阶高度、炮孔斜率有关,增加单位耗药量的计算经验式是
:
Δq=(004~008)H
式中〓Δq〖WBY〗——增加单耗,kg/m3;
〖DW(〗H〖DW)〗——台阶高度,m。
一般高台阶不用压碴爆破。
为了减轻爆破对边坡的后冲和震动破坏,在预裂孔与主爆孔之间布置1~2排缓冲爆破孔,其
间排距是主爆孔的07~08倍,单孔装药量是主爆孔的05~065倍,与预裂孔的距离
取其最小抵抗线的一半。
〖HT5H〗〖STHZ〗415〓大块石碴的开采爆破〖ST〗〖HT〗
为截流、筑堤、填海的需要,要从采石场开采1t以上的大石块。
开采大块之前,首先要选好
地段,该地段岩体中天然大块一定要占足够大的比例,在爆破技术上,有下列措施有利于提
高大块率:
(1)单位耗药量降低,可小于02kg/m3。
(2)孔间距与最小抵抗线之比小于1,可以使a/w值小到05。
(3)一般用单排孔瞬发起爆,排数多了因膨胀不开,难以铲装。
〖HT5H〗〖STHZ〗416〓提高破碎度的分析和实用方法〖ST〗〖HT〗
(1)大块标准:
单向尺寸为破碎机进口短边长度的75%或铲装设备斗容三分之一次方的75%。
(2)地质影响。
1)高密度的岩石比低密度难爆,因为使之产生位移需要更多的能量。
2)对波传速度高的岩石用爆轰速度5000~6000m/s的乳化炸药或胶质炸药,可得到最佳破碎
效果,铵油炸药比较适合于波传速度低的石灰岩、砂岩等。
3)软岩对爆破要求要宽松,炸药不够,也可以铲装,过量装药也不会有严重的过抛掷。
硬岩
要求严格,装药不足往往导致爆堆挖装十分困难,过装药又会引起飞石和冲击波。
4)节理距。
节理裂隙方向对炮孔设计是十分重要的(见图45):
图45a的状态能有效
利用爆炸能,爆岩位移较好,一般不会产生根底,其不足处是后冲会比较严重;图45b
的优点是可以减少超爆、超裂,缺点是爆岩位移量小,密实、不好挖装,易出根底,后边
界易出悬挂的岩石。
〖TPA,7#〗〖TS(〗〖JZ(〗〖HT5”SS〗图45〓节理组与炮孔的两种关系
〖HT6〗a—爆破方向与节理组倾向基本一致;
b—爆破方向与节理组倾向相反〖JZ)〗〖TS)〗
5)爆岩中存在断层和软弱夹层,会产生能量泄漏,爆岩得不到应有的破碎;对软硬交替的岩
体,更不利于破碎,提高单耗不能解决问题反倒增加飞石,改善这类岩石的爆破效果的最佳
途径是用小孔径炮孔,改善炸药在岩体中分布的均匀性,如果可能,将炸药装在硬岩中;断
层和软弱夹层应予以填塞。
(3)孔口堵塞段的岩体如果是致密的或有水平层理,则会产生大块。
解决办法是:
减少堵塞
段长度或在堵塞段内放一个小药包,但这往往导致飞石;其二是在孔间钻辅助浅孔,但这又
导致最终费用的增加。
(4)炮孔直径:
孔径大,间排距也大,因节理面影响,自然大块未经破碎即脱离岩体的可能
性也就越高;但大孔径钻孔费用低,可使用廉价炸药,省人工,因而导致每立方米爆岩成本
低,矿山台阶爆破多用大孔径炮孔,但对孔径确定应结合后期破碎工艺综合考虑,任何矿山
设计均应当把选定孔径作为第一考虑的问题。
自80年代始,石料场有缩小孔径趋势。
当前广泛使用的球齿钻头,钻头磨尽时其钻孔直径可以比新钻头小15mm以上,这必将影响单
耗,影响破碎效果。
(5)单位耗药量:
台阶底部岩石的单位耗药量设计选取合适,这部分岩体的破碎效果就会令
人满意。
加大单耗,将使整个破碎效果更好,但同时也加大了岩石的抛散和飞石危险。
(6)炮孔布置:
宽孔距爆破可以改善破碎质量,但第一排炮孔不能按宽孔距布置,否则过小
的抵抗线会增加飞石。
有的矿山用底部水平孔和前排双孔克服第一排过大的底盘抵抗线。
(7)延迟时间:
前后排之间应保证前排爆岩已向前移动了1/3的抵抗线距离,后排起爆;
这样排间延迟时间(毫秒数)应是抵抗线的10(硬岩)~30(软岩)倍,通常可取15W(ms)。
延时过短会导致爆岩向上运动而非水平推出,延时过长会导致后排爆破出飞石,产生空气冲
击波和大块。
(8)多排孔起爆模式,V型起爆、斜线起爆把实际孔距及实际抵抗线变得更加合适,有利于改
善破碎状况,但V型起爆尖顶位置的炮孔可能先于同段位炮孔起爆(同段雷管误差),该孔受
到极大的夹制作用并因此产生大块、根底,这种不足可以通过扩大V型张角来改善。
(9)炮孔斜度对大块出率亦有一定影响,如图46所示,3∶1的斜孔与直孔比,降低了后破
裂作用和堵塞段的大块。
〖TPA,8#〗〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”SS〗图46〓直立与倾斜炮孔后破裂状态对比〖TS)〗
(10)钻孔偏差使孔间排距不规则(如图47),进而产生大块。
〖TPA,9#〗〖TS(〗〖JZ〗〖HT5”SS〗图47〓炮孔偏差示意〖TS)〗
(11)爆区规模对大块率影响很大,因为