矿山中深孔台阶爆破技术的实践与思考.docx
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矿山中深孔台阶爆破技术的实践与思考
矿山中深孔台阶爆破技术的实践与思考
内容摘要：
矿山爆破属于工程爆破技术在矿山开采中的应用，多年来一直是各矿山单位、爆破作业单位探讨研究的课题。
在矿山工程中，无论是在井巷掘进的过程中，还是在露天开采、地下采场开采，都运用到了各种爆破技术。
露天开采爆破按孔径和孔深的不同可分为浅孔、中深孔、深孔和洞室爆破四种方法。
本文主要介绍了矿山露天开采工程中深孔台阶爆破中的实践，矿山开采爆破其影响因素较多，如地质岩层因素、炮孔间距、装药结构、钻眼精度及施工管理等，施工时必须综合考虑，才能保证矿山爆破质量、效果、安全。
关键词：
矿山、爆破、思考
引言：
工程爆破技术经过几十年的发展，已经渗透到经济建设的众多领域，特别为中国的公路铁路建设、矿山开采、水利开发、城市拆旧等做出了重要贡献。
爆破作为一种科学技术，应用很广，但在工程上的应用无疑是最重要最常见的，矿山开采、场地平整、港口建设、电力建设、铁路公路建设、城镇拆除楼房等都要使用。
矿山爆破是把矿石从岩体中剥落下来和对矿体顶板围岩进行剥离，并按工程要求爆破成一定的爆堆，破碎成一定的块度，为随后的铲装、运输工作创造条件。
在矿山建设和生产中，爆破方法是破碎矿岩的主要手段。
中深孔台阶微差爆破在露天矿山爆破中的应用对爆破块度、爆破边坡的稳定都有着重要作用，从而降低了开采成本，并使矿山生产能力得到极大提高。
总之，矿山爆破技术在矿山工程建设和生产中起到了很大作用并得到迅速的发展。
一、露天中深孔台阶爆破及其优点
浅孔爆破是指抛空直径不超过50mm，炮孔深度不超过5m的炮孔爆破。
中深孔台阶爆破是指炮孔直径为50-150mm，炮孔深度超过5m不超过15m的炮孔爆破，中深孔爆破参数包括炮孔的直径、孔深、最小抵抗线、孔间距、邻近系数和单位炸药消耗量。
露天中深孔台阶爆破主要有以下3大优点：
1、每米炮孔的崩矿量大，一次爆破规模较大；
2、劳动生产率高，矿块回采速度快，开采强度高；
3、作业条件和爆破工作安全，可减少超挖欠挖工作量，成本低。
二、露天中深孔台阶爆破的实践
1、工程慨况
宜昌市夷陵区古村坪橄榄岩矿区位于宜昌市夷陵区太平溪镇院子坟村古村坪一带，矿区地理坐标：
东经：
110°58′16″－110°58′35″，北纬：
30°55′05″－30°55′17″。
宜（昌）—大（老岭）公路从矿区东部通过，矿山自修公路与其连接，矿区距长江太平溪码头20km，距宜昌市城区约70km，交通便利。
矿山计划建设规模为20万t/a，属中型露天采场。
2、矿区地质地貌
矿区地貌类型属构造侵蚀中低山区，地形浅—中等切割，主体山脉走向近东西向。
矿区总体地势北东、南西高，中间低。
受沟谷切割，形成山梁与沟谷相间呈“V”字型峪谷地貌景观。
区域内海拔高程最高+700.0m（桐子树岭），最低标高+510.0m（矿区南部边界），相对高差190m。
区内主要由辉橄岩、纯橄岩、巨晶纯橄岩组成，地形形态明显受岩性类型控制，风化剥蚀后，多以缓坡为主，局部形成陡坎，地形坡度25°～30°。
植被中等发育，以灌木林为主，局部见有茶叶、松杉林。
矿区位于太平溪超基性岩体南东部。
矿区内仅南西部出露前震旦系崆岭群（AnZ）地层，主要由一套杂色混合岩化斜长角闪岩、黑云质或角闪质斜长片麻岩、含炭富铝质片麻岩或片岩、钙硅酸盐岩、大理岩等组成。
混合岩化作用较弱，以条带状或条痕状、角砾状、眼球状、肠状等混合岩为主，局部发育混合片麻岩。
个别地段沿接触面有挤压破碎现象。
外蚀变带表现为岩石颜色加深结构不清，透闪石、绿泥石、滑石成分显著增高。
其宽度一般数十厘米至十余米不等，由岩体到围岩其蚀变带顺序为：
透闪石化（或绿泥石化）超基性岩—透闪石滑石片岩（或绿泥石滑石片岩）—绿泥片岩—斜长角闪片岩（或角闪片岩）；内蚀变带除蛇纹石化尚有滑石化、绿泥石化、碳酸盐化及局部片理化。
矿区范围内未见明显断层及褶皱，仅见次级构造裂隙和节理，以压扭性及张扭性构造裂隙为主，裂隙间岩石挤压破碎现象明显，裂隙产状主要有三组，分别为：
10∠75°、250∠75°、180∠65°。
矿石天然体重为2.77t/m3，抗压强度f=12。
3、方案编制基本原则
（1）遵守《中华人民共和国民用爆炸物品管理条例》（2006年9月1日实施）；
（2）遵守《爆破安全规程》（GB6722-2003）及当地公安机关对爆破作业的有关规定；
（3）采用先进的低爆压爆破技术、施工设备和组织方法，尽可能保证安全。
（4）《关于在中小型露天采石场推广中深孔爆破开采技术的指导意见》（安监总管一[2007]85号）
（5）、《金属非金属矿山排土场安全生产规则》（AQ2005-2005）
4、爆破方案的选择
根据采矿工艺布置，本矿山选用中深孔爆破。
为保证矿石块度的要求，爆破后不能出现过多的大块石，保证大块率在5%以下，并使爆堆得到充分松散，以提高机械装载率，爆破技术应采取的措施包括选择钻孔孔径、炮眼参数、雷管延期时间、装药结构和起爆方式，并在现场作系列爆破试验，定出最优的爆破参数。
5、中深孔爆破参数设计
（1）、孔径的选择
孔径大，孔距、排距也大，受节理的影响，容易产生较多大块，为了保证矿石块度的要求，必须降低大块率。
根据同类矿山经验，本工程选用孔径为90mm的钻头。
（2）、分台阶高度10米。
（3）、爆破参数设计
采用多排毫秒延时挤压爆破技术，对爆破参数进行系统、全面的设计。
钻孔形式采用多排斜孔布置形式，如图3.1、图3.2：
a
b
○○○
○○○
爆破方向
图3.1炮孔布置平面示意图
W－最小抵抗线b－排距h1－超深h2－装药长度
h0－堵塞长度H－台阶高度L－钻孔深度
图3.2台阶爆破炮孔布置剖面图
（1）基本条件：
分台阶高度10米，钻孔孔径d=90mm，在岩面上布置倾斜孔，α=65°，岩石为石灰石，岩石抗压强度大于30MPa，炸药选用WR系列乳化炸药，炸药密度ξ＝1.16g/㎝3。
（2）钻孔参数
①抵抗线W
经验公式：
W＝2.4d+0.85=3.01m
②超钻h1
根据经验公式：
h1＝（5～12）d＝0.45～1.08m，取h1＝0.8m
③钻孔长度L
L＝H/sinα+h1＝10/sin65°+0.8＝11.83m（H-台阶高度）
④排距b
b＝W＝3.0m
⑤孔距a
经验公式：
a＝（0.9—1.3）W=1.1×3.01＝3.3m
⑥延米爆破量V1
V1＝abH/L＝3.3×3.0×10/11.83＝8.36m3/m
（3）装药设计计算：
为提高压碴的效果，本工程拟采用复式不耦合装药。
①底部装药
a.底部装药高度h2
h2＝1.3W＝1.3×3.0＝3.9m
b.底部装药密度q2
根据施工经验，国产乳化炸药条装药卷均使用双层蜡纸封包，在深孔爆破中，如果没有划破蜡纸，条状药基本不贴炮孔壁，保持原来的不耦合系数，故本设计取q2＝q＝5.2kg/m
c.底部装药量Q2
Q2＝q2h2＝5.2×3.9＝20.28kg
②堵塞段长度h0
按经验公式：
h0＝W＝3.01m
③上部装药
a.上部装药长度h
h＝L-h2-h0＝11.83－3.9－3.01＝4.92m
b.上部装药密度q1
按经验公式：
q1≈0.6q2＝0.6×5.2＝3.12kg/m
c.上部装药量Q1
Q1＝q1·h＝3.12×4.92＝15.35kg
④单孔装药量Q
Q＝Q1+Q2＝15.35+20.28＝35.63kg
⑤平均单耗qd
qd＝Q/v＝35.63/（3.0×3.3×10）＝0.36kg/m3
6、爆区规模选择
按矿山生产能力，本设计确定最多排数为2排，因太多的排数容易造成爆堆过高，松散性不良，不利于挖运。
如矿山最多一次爆破6个孔，可达0.15万吨的产量，一个月最少爆破12次才可满足生产能力的需要。
7、起爆方式及起爆顺序
（1）起爆方式
选用非电导爆管起爆系统，为保证孔内炸药可靠起爆及形成稳定爆轰，每个炮孔内放两个起爆雷管。
对已形成良好作业条件的工作台阶，采用斜形布孔、起爆顺序是最佳选择。
起爆顺序见图3.3所示。
全部采用复式导爆管起爆网络，导爆管与导爆管之间用四通连接件相连，起爆网路见图3.4。
（2）微差间隔时间选择
理论研究和大量实践证明，在硬岩爆破中，前排孔爆岩已向前移动，为后排孔创造自由面的合理间隔时间=（10--20）W毫秒（W为抵抗线，单位为米）。
因为延时过长，可导致后排产生大量飞石，且易产生大块；延时过短，会导致后排不是向前推动撞击前排岩石，而是向上及向后运动，产生上冲和后冲，造成飞石并产生大量石块。
本设计考虑到国产雷管的类别，选用50毫秒时间间隔。
○○○
○○○
321
图3.3起爆顺序示意图（图中：
1、2、3等为起爆顺序）
6、超规格大块岩石二次爆破
矿石块度大于挖掘机的铲斗容积的为超规格大块，根据经验，中深孔台阶爆破后不会有特别大的块石，大块率为5-8%，一般块度在1m3以下的块石采用液压油锤敲击破碎。
8、爆破安全校核
1、爆破振动计算
按公式计算：
V=K（Q1/3/R）α
式中V——振速，cm/s
Q——同段起爆允许的药量，kg
R——安全距离，m
K，α——与岩性相关系数，对坚硬岩石，
取K=150，α=1.5
按《爆破安全规程》（GB6722－2003）的规定：
对于土窑洞、土坯房、毛石房屋，安全允许振速为0.5～1.5cm/s；一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物，安全允许振速为2.0～3.0cm/s；钢筋混凝土结构房屋，安全允许振速为3.0～5.0cm/s。
本设计取振速V=2.5cm/s校核安全距离，如表3.2，按表3.2控制不同距离爆区的单响药量。
表3.2安全距离与同段起爆药量关系表
R（m）
10
20
30
50
100
150
200
Q（kg）
0.27
2.2
7.5
34.72
277
937
2222
作业中应以表3.2为依据来确定同时起爆的炮孔数或雷管个数，保证单响起爆药量不大于表3.2中规定的药量，由于已建厂房距矿山最近35m，故当爆破该区域时应单孔起爆，且分5段装药，可以满足爆区的单响药量要求。
距离大于100m远时可同时起爆6个孔。
矿山距离最近的建筑物100m远左右，按照同时起爆6个孔设计，总装药量213.78kg。
可以满足要求。
减少爆破振动可采取如下措施：
（1）增加雷管段数。
（2）将一次起爆分成多次起爆，可减少同段雷管引爆的炸药量。
2、爆破飞石
按《爆破安全规程》规定：
在无采取任何安全防护措施情况下，台阶深孔爆破个别飞石对人员的安全允许距离不少于200m，对于设备不少于100m；浅孔爆破个别飞石对人员的安全允许距离不少于300m，设备减半。
一般对爆破飞石的控制采取：
保证堵塞质量，保证足够的堵塞长度，清理台阶面上松动石块，合理安排前后排时差，严格控制装药质量，特别注意风化带及夹层，合理布置爆破方向，可达到控制飞石的目的。
3、爆破冲击波
减少爆破冲击波的措施：
①避免裸露爆破，一次爆破炮孔间延时不要太长，以免前排先响炮孔带炮使后排变成裸露爆破。
②保证堵塞质量，特别是第一排孔，如果工作面出现较大后冲，必须保证足够的堵塞长度。
对有水炮孔要用钻孔产生的岩屑堵塞，而不能用黄泥进行堵塞（用黄泥堵塞不密实）。
③考虑地质异常，需采取措施。
例如断层、张开裂隙处要间隔堵塞，大裂隙处要避免过量装药。
④在设计中要考虑避免形成波束。
⑤爆破时，除爆破操作人员外，其他人员要安全避炮。
4、有毒气体的控制
①不使用过期变质的炸药。
②加强炸药的防水防潮，保证堵塞长度和质量，避免炸药的不完全反应。
③爆破之后经15分钟，人员才可进入爆破现场，防止炮烟中毒。
9、爆破施工
1、爆破施工工艺流程
设计→布孔→钻孔→验收炮孔→装药→堵塞→联网→警戒→起爆→爆后检查并总结。
2、爆破施工工艺方法
（1）爆破设计
台阶爆破前由有资质的单位进行设计，打印布孔图和爆破参数表，供施工使用。
（2）测量
钻孔前，由技术人员进行现场布孔，标明钻孔的深度、角度，并把数据及时提供给钻爆队。
（3）钻孔
钻爆队钻机组根据爆破参数表及爆破设计进行钻孔作业，开钻时技术人员必须到位，对开钻角度、眼排距等进行检查，确认无误后方可开钻。
（4）验孔
技术人员在钻孔完成后，应检查炮孔位置、深度、角度等参数是否符合爆破设计，并填写记录。
（5）装药
钻爆队装药组爆破员在接到爆破指令后，才能进行装药作业。
装药应按爆破设计装药量和装药结构进行。
（6）堵塞
装药完成后经现场爆破工程师检查后，由爆破员根据设计要求堵塞炮孔，要注意堵塞质量，多余的火工材料应及时退库。
（7）联网
爆破员根据爆破设计要求联结起爆网络，起爆网络经爆破工程师检查无误后，才能进行爆破警戒。
（8）安全警戒
成立爆破现场指挥部，由专人协调指挥。
①安全警戒范围划定
根据爆破安全规程，未采取安全防护措施时，确定中深孔台阶爆破的警戒范围划定危险区半径为200m。
由于基建及采准采用浅孔爆破，矿山警戒范围划定危险区半径为300m。
在采取安全防护措施后，根据现场实际情况确定安全距离。
②安全警戒实施
爆破警戒区必须有明显的标志；爆破警戒人员必须佩戴标志（口哨、红旗）；爆破警戒必须有整个警戒区都能听到的警报系统；第一次警报后，人员、设备撤出警戒区；第二次警报，在检查所有人员、设备均已撤出警戒区，确认警戒区无人员，设备已进行有效保护后，发出第二次警报，准备起爆。
（9）起爆
爆破现场指挥人员在第二次警报发出3分钟之内，再一次确认警戒区内人员、设备均已撤离警戒区，警戒人员到岗做好安全警戒后，以倒计时数秒的方式发出起爆命令，爆破员操纵起爆装置起爆。
（10）爆后检查及总结
起爆后15分钟，在烟尘消散后，由爆破技术人员进入爆区进行爆后检查，确认爆区安全后报告爆破现场指挥人员，发出解除警报信号。
如发现盲炮应及时处理。
爆后观查机械挖运情况，由技术部进行爆破总结。
3、爆破安全施工
（1）机构设置
成立爆破指挥部，由专人负责现场内外协调，组织施工，指挥爆破。
（2）爆破警戒、信号和爆破时间
爆破警戒区设明显的爆破警戒信号标志，实行定时爆破，并明牌告示附近行人和车辆。
爆破时间为：
上午11:
30--12:
30下午4:
30--5:
30
爆破警戒由爆破指挥部统一指挥。
对警戒范围、警戒标志、警戒信号的意义及爆破时间进行公告，警戒人员要佩带明显标志。
（3）盲炮处理
爆破如出现盲炮，会给爆破带来不良后果，一旦出现盲炮，必须马上报告负责人，由爆破负责人定出警戒范围，并在该区域边界设置警戒，处理盲炮时无关人员不准许进入警戒区。
由负责人组织爆破员及时进行处理。
产生盲炮有几方面原因：
火工品不合格或变质失效；损坏起爆线路或起爆雷管与炸药脱离；起爆网路设计不合理等。
防止盲炮的主要措施是：
使用前对火工品进行严格的性能测试，禁用不合格品；严格按《爆破安全规程》的规定作业，提高爆破作业技术水平与熟练程度；严格按设计网路施工，爆破网路应做模拟试验。
①经检查确认起爆网路完好时，可重新起爆。
②可打平行孔装药爆破，平行孔距盲炮不应小于0.3m；对于浅孔药壶法，平行孔距盲炮药壶边缘不应小于0.5m；为确定平行炮孔的方向，可从盲炮孔口掏出部分填塞物。
③可用木、竹或其他不产生火花的材料制成的工具，轻轻地将炮孔内堵塞物掏出，用药包诱爆。
可在安全地点外用远距离操纵的风水喷管吹出盲炮填塞物及炸炸药，但应采取措施回收雷管。
处理非抗水硝铵炸药的盲炮，可将填塞物掏出，再向孔内注水，使其失效，但应回收雷管。
盲炮应在当班处理，当班不能处理或未处理完毕，应将盲炮情况（盲炮数目、炮孔方向、装药数量和起爆药包位置，处理方法和处理意见）在现场记录清楚，由下班继续处理。
10、爆破安全措施
（1）严格执行《中华人民共和国民用爆炸物品管理条例》（2006年9月1日实施）；
（2）严格执行《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定。
（3）爆破作业人员必须经过专业培训，并持有公安机关颁发的作业证。
（4）施工人员必须严格按照爆破设计施工，不得随意变更，如有特殊情况不能实施或确需变更时，必须经爆破设计人员批准后方可变更并报原审批人批准。
（5）火工器材存放在干燥、通风良好地域，其周围20米范围内，须清除一切树木和杂草。
雷管炸药由专人负责保管，雷管和炸药必须分开贮存。
（6）爆破器材进入工地后，安排人员负责警戒防止无关人员进入。
（7）爆破员一定要严格按工作程序进行操作，不能有任何侥幸心理，联网后爆破工程师要进行检查是否正确。
（8）矿山将每天固定的爆破时间报上级批准，发布安全告示通知矿山区域内各单位以及四周村民。
（9）爆破未采取安全防护措施时，个别飞石对人员的安全距离为200米，对于设备的安全距离减半。
在采取安全防护措施后，根据现场情况确定。
（10）爆破前应对周围环境进行调查，爆破后应进行观察，及时修正爆破设计，保证安全。
（11）起爆前在爆区四周设置安全警戒岗哨，由专人负责。
警戒人员配备专用通讯工具。
规定三次信号：
第一次信号为警告信号，第二次信号为起爆信号，第三次信号为解除警戒信号。
（12）每次爆破必须规定安全距离，警戒人员负责疏散警戒区无关人员。
发现瞎炮及时报告爆破工程师，处理瞎炮时必严格遵守《爆破安全操作规程》。
起爆后，经检查确认安全后方可解除警戒。
（13）雨、雾天、夜晚严禁爆破。
（14）装药时遇雷雨应停止爆破作业，施工人员须迅速撤离危险区，在危险区外进行警戒。
11、爆破施工材料安全
本工程所用的炸药、雷管选用质量保证、信誉好、符合国家标准的民用爆炸物品生产企业的产品，向当地公安机关办理民用爆炸物品购买、运输证，由当地民爆物品专卖公司按照规定时间、规定路线专送至矿山。
1、爆破器材的检测
对新入库的爆破器材，必须逐箱（袋）进行外观检验（包装有无损伤，封缄是否完整、有无浸湿、浸油痕迹等），并抽样进行性能检验；对超过储存期，出厂日期不明和质量可疑的爆破器材，必须进行严格检验，以确定是否能用。
爆破器材的爆炸性能检验，应在安全地点进行。
抽样检验的内容和方法：
（1）炸药检测其猛度、殉爆距离、爆速：
按我国WJ302-65“炸药猛度测定法”的规定进行铅柱压缩实验，检测炸药猛度。
（2）殉爆距离测定：
按照WJ302-65“硝铵炸药实验方法”的规定进行。
（3）爆速测定：
用道特里什法测定或用湘西雷光爆破仪器仪表厂生产的爆速测定仪测定。
（4）雷管检测内容与方法：
a、外观检测：
管壳是否有裂缝、变形、锈斑、污垢、浮药、砂眼、脚线是否折断等。
b、电雷管连接方法及传爆试验
2、爆破材料在工地内的储运
（1）运输：
在工地内，用工具车自雷管炸药仓库分别运至工地爆破施工现场，车辆要慢速行驶，严禁超载。
爆破员、安全员要随车押运。
（2）炸药雷管库房管理规定：
a、仓管员须持证上岗。
b、建立严格的炸药雷管出入库房登记制度，收存和发放雷管炸药必须当次进行登记，做到帐目清楚，帐务符合。
c、严禁任何单位、个人私拿私藏私用炸药雷管。
d、发现炸药雷管丢失或被盗，必须及时报告工地爆破负责人、项目经理并向当地公安机关报案。
e、库房内严禁堆放其他杂物。
f、严禁无关人员进入库房。
g、经常保持库房内外整洁。
结语
中深孔台阶爆破易于实现施工综合机械化，有利于加快施工速度和提高工程质量，且一次爆破量大，能减少炸药总用量，减少爆破震动和危害，降低了工程成本。
因此在矿山、水利、公路、铁路、港口等领域广泛应用。
中深孔台阶爆破已是一门成熟的技术，但本人通过亲身经历的工作实践，认为露天中深孔台阶爆破工作应该满足以下几点：
（1）因受铲装设备、运输设备、破粹设备及工程条件的限制，爆破后岩石块度应满足设计要求和技术条件；
（2）中深孔台阶爆破应使台阶上部岩体的裂缝控制在边坡顶部最小的限度内，以保证台阶的稳定性，同时要求底板比较平整，没有残留的岩坎；
（3）爆破后爆堆相对集中便于铲装设备操作及安全；
（4）即要提高爆破质量，保障爆破安全，又要降低工程成本，才能取得良好的爆破效果。
参考文献
[1]郭兴明.爆破安全技术[M].北京:
化学工业出版社,2009.
[2]邓飞.矿山工程爆破[M].北京:
化学工业出版社,2009.
[3]顾毅成,史雅语,金骥良.工程爆破安全[M].合肥:
中国科学技术大学出版社,2009.
[4]林德余.矿山爆破工程[M].河北:
冶金工业出版社,1993.
[5]《湖北省宜昌市夷陵区古村坪橄榄岩矿区地质勘查报告》﹙宜昌市夷陵区矿山规划设计所，2010年1月﹚及宜昌市国土资源局关于《湖北省宜昌市夷陵区古村坪橄榄岩矿区地质勘查报告》评审备案证明（宜市国土资储备字[2010]7号）
[6]《湖北省宜昌市夷陵区古村坪橄榄岩矿安全预评价报告》（2010年7月）
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