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1、3 2矿山工程爆破技术 采矿的概念地下矿山爆破浅孔爆破中深孔爆破深孔爆破VCR法露天矿山爆破基建剥离大爆破生产台阶正常采掘爆破靠帮并段台阶的控制爆破 地下矿山爆破技术 井巷掘进爆破采场爆破 井巷掘进爆破 井巷掘进爆破特点炮孔布置形式及起爆顺序井巷掘进爆破参数光面爆破天井深孔爆破掘进 井巷掘进爆破特点 井巷掘进爆破包括平巷 竖井 斜井 天井和隧道等各种地下通道的爆破 其特点是 在单自由面条件下进行爆破 受掘进断面制约 每次爆破进尺一般只有1 3m为形成一定的井巷断面形状 必须在工作面上布置不同类型的炮眼掘进爆破要严格保证巷道的规格和方向 要满足爆堆集中 块度均匀的要求 以及炮眼利用率高 周边平整
2、 材料消耗少的要求 炮孔布置形式及起爆顺序 各种炮孔a 掏槽孔 b 辅助孔 c 周边孔 炮孔分类 掏槽孔的作用是在工作面上将一部分岩石破碎并抛出 形成一个槽形空穴 为辅助孔爆破创造第二个自由面 以提高爆破效率 掏槽孔较其它孔超深10 15 辅助孔位于掏槽孔外圈 其作用是大量崩落岩石和刷大断面 还可提高周边孔所需的自由面 最大限度地爆破岩石 周边孔的作用是控制巷道断面形状和方向 使井巷断面尺寸 形状和方向符合要求 掏槽方式 锥形掏槽楔形掏槽龟裂掏槽桶形掏槽螺旋掏槽混合掏槽 锥形掏槽 a 角锥形 b 圆锥形 楔形掏槽 a 垂直楔形 b 水平楔形 龟裂掏槽 缝形掏槽 1 装药孔 2 空孔 起爆顺序
3、桶形掏槽 小直径空孔 1 2 3 起爆顺序 装药孔 空孔 孔距 100 300mm 桶形掏槽 大直径空孔 螺旋掏槽 混合掏槽 a 桶形与锥形 b 复式楔形 a 三重 b 四重 起爆顺序 为确保安全起爆和准爆 以及提高爆破效果 掘进炮孔必须有合理起爆顺序一般情况是按掏槽孔 辅助孔 周边孔顺序起爆每类炮孔还可再分组按顺序起爆合理的起爆顺序是 应使后起爆炮孔充分利用先期起爆炮孔所形成的自由面 一次起爆炮孔数愈少或起爆段数愈多 除能够充分利用自由面之外 还能减弱震动 空气冲击波的强度和噪声 井巷掘进爆破参数 炮孔直径d单位炸药消耗量q孔距a孔深L装药量Q炮孔数目N填塞长度Lt 炮孔直径d 炮孔直径大小
4、直接影响凿岩生产效率 炮孔数目 炸药单耗 爆破块度和巷道周壁平整性炮孔直径增大时 药包爆炸能量相对集中 爆速和爆轰稳定性有所提高过大的炮孔直径将导致凿岩速度显著下降 而且要减少炮孔数目 使岩石的破碎质量降低 巷道周壁平整度变差 从而降低了爆破效果大断面井巷 6m2 可采用38 45mm的药卷 小断面 4m2 且岩石坚硬时 应使用高威力炸药和小直径药卷 25 32mm 进行爆破通常的炮孔直径比装入的药卷直径大5 10mm采用压气装药时炮孔体积可获得充分利用 单位炸药消耗量q 爆破单位体积岩石所消耗的炸药量 常用q表示q的大小直接影响爆破效果 对凿岩和装岩工作量 炮孔利用率 巷道轮廓的平整性和围岩
5、的稳定性等也都有较大的影响q偏小时 可能使巷道断面达不到设计要求 q值偏大时 不仅造成爆破器材浪费 而且还会崩坏巷道周壁以外的原岩 降低围岩稳定性 甚至损坏井巷的支护和设备等合理的q值取决于岩石性质 巷道断面 炮孔直径和深度等因素由于影响因素多 迄今还不能对q值进行精确计算在实际工作中 选定q值可按国家定额标准或用经验公式计算确定 平巷掘进的炸药单位消耗量q kg m3 竖井掘进的炸药单位消耗量q kg m3 孔距a 在实际生产中 根据经验确定孔距辅助孔孔距为400 600mm周边孔之间一般取600 700mm 周边孔口距巷道轮廓线应保持在100 150mm范围内 而且顶 底及帮孔要向外 向上
6、 向下及向侧面 倾斜5 左右 并使孔底落在轮廓线外约100mm处 对较软的岩石 周边孔孔口距轮廓线可达200 300mm这些数据并非一成不变 都要视具体条件作合理的调整 孔深L 炮孔深度是指孔底到工作面的垂直距离决定每一个掘进循环中各工序 凿岩 装药 堵塞 放炮 通风 撬毛石 除碴 的工作量 完成的时间 掘进速度 而且影响爆破效果和材料消耗炮孔深度还是决定每班掘进循环次数的主要因素采用深孔多循环 能使工时得以充分利用 增加凿岩和装岩的时间 减少装药 爆破 通风和准备时间随着孔深的增加爆破的夹制作用增大 不利于获取良好爆破效果孔深以1 5 2 5m用得最多 装药量Q 每次爆破或称每一次循环所需装
7、药量 是在确定出单位炸药消耗量后 根据预定的每一掘进循环爆破的岩石体积 按下式计算出的每一循环所需的总装药量Q 式中 V 每一循环预定爆破岩石体积 m3 S 巷道掘进断面 m2 L 工作面炮孔的平均深度 m 炮眼利用率 0 8 0 95 炮孔数目N 炮孔数目的多少 直接影响凿岩工作量和爆破效果 孔数过少 大块增多 巷道周壁不平整 甚至出现爆不开的情形 孔数过多 将使凿岩工作量增加 确定炮孔数目的基本原则是在保证爆破效果前提下 尽可能地减少炮孔数目 通常 按各炮孔平均分配炸药量原则来计算炮孔数目 设每个炮孔的装药量为Q0 则 式中 装药系数 掏槽眼取0 6 0 8 辅助孔和周边孔取0 5 0 6
8、5 L 工作面炮孔的平均深度 m h 每个药卷长度 m G 每个药卷重量 kg 炮孔数目N 填塞长度Lt 填塞的目的是为了提高炸药爆炸能量利用率 提高井巷掘进爆破效率除应选用合适的填塞材料外 需要一个合理的填塞长度井巷掘进爆破用的填塞物为1 3配比的粘土与砂子混合物 称为炮泥 合理的填塞长度应与装药长度或炮眼直径成一定比例关系生产中常取填塞长度相当于0 35 0 50倍的装药长度 毫秒爆破时间间隔 辅助孔相对于掏槽孔 辅助孔之间 周边孔相对于辅助孔 它们的毫秒爆破间隔时间应取50 100ms为宜 眼深1 2 5 0m 软到中硬岩石 掏槽孔各段之间的毫秒爆破间隔时间应取50ms 对于坚硬岩石 毫
9、秒爆破间隔时间还可取小于上述值实践证明 采用上述毫秒爆破时间间隔数据 无论是在竖井或是在平巷掘进爆破中 都取得了良好的爆破效果 光面爆破 光面爆破的实质是在井巷掘进设计断面的轮廓线上布置加密的周边孔 减小药包直径 减少装药量 采用低密度和低爆速的炸药 以便控制炸药爆炸能量及其作用 降低爆炸冲击波的峰值压力 削弱它在岩石中引起的应力波强度 避免在炮孔周围产生压碎区 而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩石上 减弱对原岩体的破坏作用 这种加密的周边孔称为 光爆孔 当相邻的光爆孔爆破时 在其连心线上将形成贯通裂隙 岩石被劈裂 形成平整的断裂面 光面形成机理 应力波叠加原理 在光学活性材料模型中进行试验
10、观察同时起爆两相邻装药炮孔时 应力波在两炮孔的连心线方向上产生叠加 两相邻装药炮孔 爆炸产生的应力波沿其连心线相向传播 经一定时间后孔壁处应力达峰值 其后则由于应力波的相互干扰 炮孔连心线中点处的应力值开始增大 达最大值后再逐渐减小 为形成断裂面 只要使相邻炮孔连心线中点上所产生的拉应力等于岩石的抗拉强度即可 应力波与爆炸气体静压共同作用原理 实际上 由于起爆器材存有误差 是难以保证同时起爆两相邻装药炮孔的 因而 也就难以保证上述应力波在连心线中点的叠加及其效应 这样 贯穿裂隙的形成 是基于两相邻炮孔爆炸所激起的应力波首先在各自炮孔壁上造成初始裂隙 而后在爆炸气体静压作用下使之扩展贯穿 最终形
11、成断裂面 光面爆破主要爆破参数 采用不耦合装药 不耦合系数是指炮孔直径与药包直径之比 取值界于1 1 3 0之间光面炮孔孔距 a 10 20 d光面炮孔的邻近系数 孔距与最小抵抗线的比值 一般为0 8 1 0 邻近系数过大 爆后可能在光爆孔间留下岩埂 造成欠挖 达不至岩石爆破效果 反之则可能出现超挖最小抵抗线 周边光爆孔至邻近辅助孔的垂直距离 或称光面层厚度起爆时差 100ms以内 越短越好 光面爆破装药结构 a 22 25mm药卷径向间隙连续柱状装药 b 32mm药卷空隙间隔装药 c 25mm药卷空隙间隔装药 1 32药卷 2 25mm药卷 3 半个 32mm药卷 4 导爆索 5 7 空隙间
12、隔 6 堵塞物 8 22 25mm药卷 光面爆破起爆顺序 全断面一次掘进光面爆破炮眼起爆顺序 掏槽孔 辅助孔 周边孔1 2 3 起爆顺序 光面爆破优点 减少超挖和欠挖壁面光滑 提高了巷道轮廓的质量巷道轮廓线以外的裂隙区小 围岩强度免遭破坏 提高了巷道稳定性 减少了支护工作量和材料消耗加快巷道掘进速度 降低成本和保证施工安全光面爆破的特点 多打孔 少装药 齐发爆 采场爆破 与井巷掘进爆破比较 地下采场爆破的特点 具有两个以上的自由面 炮孔数量多 崩矿面积和爆破量较大 一次爆破用药量大 炸药单耗低 爆破方案的选择和起爆网路的设计比较复杂 所以爆破时的组织工作显得更为重要 对地下采场爆破的质量要求是
13、 爆破作业安全 每米炮孔崩矿量大 大块少 二次爆破量小 粉矿少 矿石贫化和损失小 材料消耗量低 分类 浅孔 中深孔 深孔和药室爆破四种 采场浅孔爆破 炮孔排列 上向炮孔水平炮孔 矿石稳固 矿石稳固性差 采场浅孔爆破 爆破参数 炮孔直径d 38 42mm 薄矿脉时用30 40mm小直径炮孔炮孔深度L 1 5 2 5m 有时达3 4m最小抵抗线W 25 30 d或 0 35 0 6 L炮孔排距 间距a 1 1 5 W单位炸药消耗量q 采场浅孔爆破 装药结构和堵塞 1一炮泥 2一雷管 3一药卷 4一药卷间隔 5一散装药 6一导爆索 a 耦合连续装药 b 不耦合连续装药 c 间隔装药 填塞长度Lt 1
14、 0 1 2 W堵塞材料常用砂和泥以适当的比例揉合制成 中深孔爆破 中深孔爆破与浅孔爆破法比较 具有每米炮孔的崩矿量大 一次爆破规模大 劳动生产率高 矿块回采速度快 开采强度高 作业条件和爆破工作安全 成本低等优点 但是大块较多 所以 中深孔爆破在冶金矿山广泛用于地下矿的中厚矿体的回采 矿柱回采和空区处理等工作 中深孔爆破 炮孔排列 平行深孔布置扇形深孔布置平行排列的优点是 炮孔的间距相等 装药分布均匀 爆破后矿石块度比较均匀 每米炮孔的崩矿量较大 它的缺点是 凿岩巷道掘进作业量大 每钻一个孔就需要移动一次钻机 辅助作业时间长 钻机效率低 装药和爆破工作分散 所需时间较长 对形状不规则的矿体布
15、置炮孔比较困难 扇形排列的优点和缺点与平行排列的优点和缺点正好相反 中深孔爆破 爆破参数 炮孔直径d 55 65mm孔深L 一般不超过15m最小抵抗线W 坚硬矿石 W 25 30 d中等坚硬矿石 W 30 35 d较软矿石 W 35 40 d孔间距a 对于扇形孔的孔底距a为 a 1 1 1 5 W m或a mW m实行小抵抗线大孔距爆破时 m的取值范围为1 5 2 m 3 5 在均质中等坚硬的矿石中 取m 2 2 5为佳 单位炸药消耗量q q的大小主要与矿石的可爆性 炸药性能和采幅宽度等因素有关 扇形深孔的孔间距 a一孔底距 b一孔口距 中深孔爆破 装药 人工装药机械装药 1 输药管 2 排药
16、阀 3 搅拌器 4 放气阀 5 安全阀6 料钟 7 压力表 8 调气阀 9一进气阀 10一吹气阀 深孔爆破 严格来讲 地下采矿场使用的中深孔崩矿和深孔崩矿比较 从爆破本质上讲 没有严格区别 但是 深孔爆破在其炮孔布置形式 孔深等方面有其特点 于是 把用潜孔钻机钻凿孔深大于15m 孔径大于8Omm的平行深孔 水平扇形深孔等归入深孔爆破 在治金矿山 深孔爆破常用于阶段崩落法 分段崩落法 阶段矿房法 深孔留矿法等采矿方法和矿柱回采 VCR采矿法爆破 VCR是VerticalCraterRetreatMining一词的缩写 是在利文斯顿爆破漏斗理论基础上研究创造的 以球状药包爆破方式为特征的新的采矿方法 实质 在上部凿岩巷道内按一定孔距和排距钻凿大直径深孔到下部切割巷道 崩矿时自顶部平台装入长度不大于炮孔直径6倍的药包 然后沿采场全长和全宽按分层自下而上崩落一定厚度矿石 逐层将整个采高采完 下部切割巷道为出矿巷道 特点 垂直炮孔的两端是敞开的 要求采用特殊装置 将药包停留在预定位置上 所以装药就成为直接影响爆破效果的关键作业 可见 当球状药包埋置在采场顶底板之间向下部自由空间爆破 即倒置漏斗爆
