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1、第五章 露天开采工艺,露天开采四个工艺,穿孔,爆破,铲装与运输,排岩,第一节 穿孔作业,一、穿孔方法与穿孔设备 穿孔方法：热力破碎穿孔和机械破碎穿孔两种方法。 穿孔设备：火钻、钢绳式冲击钻、潜孔钻、牙轮钻、凿岩台车。 目前主要应用设备：牙轮钻、潜孔钻、凿岩台车。,二、牙轮钻机 目前，80%的露天金属矿山使用牙轮钻机穿孔。 牙轮钻机的优点：穿孔作业效率高、作业成本低、机械化程度高、适用于各种硬度的矿岩中穿孔。 （一）牙轮钻机的工作原理 牙轮钻机如图所示，它是通过钻机的回转和推压机构使钻杆带动钻头连续转动，同时对钻头施加轴向压力，以回转动压和强大的静压使与钻头接触的岩石粉碎破坏。同时通过钻杆与钻头
2、中的风孔向孔底注入压缩空气，利用压缩空气将空地岩粉吹出孔外，从而形成炮孔。,（二）牙轮钻机的钻具 牙轮钻机的钻具包括：钻杆、稳杆器、减震器和牙轮钻头。如图18-2 钻杆长度一般为9.2 或9.9m。 稳杆器可减小钻杆摆动，防止钻孔偏斜。 钻头是直接破碎岩石的工作部件。如图18-3和18-4所示。 （三）牙轮钻机的工作参数 牙轮钻机的主要工作参数：钻压、钻具转速、排渣风量与风压 。合理使用这些参数可以提高凿岩效率延长钻头寿命。,2、钻速与钻具的转速： 如图18-5。在不同的轴压下钻头钻进速度V与钻具转速n的关系。 由图可见，转速达到一定值后，钻进速度不增反而减小。 原因：转速快，齿轮与孔底岩石的
3、作用时间短（小于0.03秒）未能充分发挥齿对岩石的破坏作用，且加速了钻杆的震动和钻头磨损。 根据经验，得出表18-3的最佳转速。,3、排渣风速与风量： 经验表明：排渣风量不足时，岩渣在孔底被反复破碎，将显著地降低钻进速度和钻头寿命； 另一方面，排渣风量过大，从孔底吹出的岩渣对钻头和钻杆的磨损作用也将显著增大。drilling视频,排渣风量Q: D 钻孔直径；m d 钻杆直径；m VH 回风速度； m/min Q排渣风量，m3/min。 为了便于排渣，(D-d) 应大于20mm。 目前，国内外度趋向于加大排渣风量，借以提高钻头的使用寿命和钻孔速度。 当炮孔直径为310mm时 ，钻杆直径为270m
4、m,要求的排渣风速为20m/s，排渣风量为4m3/s。,（四）牙轮钻机的生产能力 即台班生产能力和台年综合生产能力 1、牙轮钻机的台班生产能力 即每台牙轮钻机每一班工时内钻进的米数。 Vb = 0.6 v Tb Vb 牙轮钻机台班生产能力，米/台班 v 牙轮钻机的钻进速度， cm/min, Tb 班工作时间，h, 班工作时间利用系数，0.40.5 经验公式， v=3.75Pn/(9800Df)=3.75400000150/(9.810002512) = 76cm/min=0.76m/min=45.6m/hr P轴压，N, n钻速，m/min, D直径，cm； f普氏系数,2、钻机的台年综合生产
5、能力（2300033000m/a） 由于管理和钻机本身故障引起的停机原因， 牙轮钻机的年综合生产能力，如表18-4。,（五）牙轮钻机的需求数量 钻机数量取决于矿山的设计年采剥总量、钻机的设计年综合生产能力与每米炮孔的爆破量。 N 所需要的钻机数量，台， Q 矿山设计年采剥总量，t/a, L 每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/a, q 每米炮孔的爆破量，t/m, （D=250mm,q=90130t/m) e 废孔率，% 。,（六）提高牙轮钻机的穿孔效率 一方面改进牙轮钻机本身的技术性能，提高钻头的工作强度与使用寿命， 另一方面，在牙轮钻机作业过程中，合理配置好各种参数，协调生产组织管理，提高钻机的工
6、作时间利用系数。 目前，两种工作制度： （1）高轴压（3060t），低转速(150r/min) （2）低轴压（1020t），高转速(300r/min) 应该从中寻找到合理的轴压和转速。 根据经验, HY-250c 型和KY-310型钻机的轴压分别为32t 和45t ,转速分别为100r/min 以内比较合适。,三、潜孔钻机 潜孔钻机适用于中小型矿山。该种型号的钻机的工作原理是冲击回转式风动凿岩。,第二节 爆破作业blasting,爆破是露天矿开采的第二个工艺环节，通过爆破作业，将整体矿岩进行破碎及松动，形成一定形状的爆堆，为后续采装作业提供工作条件。 爆破成本约占1520%， 对爆破工作的要求
7、：requirements for the blasting （1）适当的爆破储备量，以满足挖掘机连续作业的要求，一般要求每次爆破的矿岩量应能满足挖掘机510昼夜的采装量。 （2）有合理的矿岩块度，以提高后续工序的作业效率，是开采总成本最低。,（3）爆堆堆积形态好，前冲量小；无上翻，无根底； （4）无爆破危害。 在矿山生产期间，爆破作业主要有三种： 一、基建剥离爆破infrastructure striping blasting 露天矿基建期，为了剥离矿体上覆岩石，平整作业场地、开挖公路或铁路通常进行的大爆破，既基建剥离爆破。 基建剥离爆破方式： 破碎松动爆破 特点：爆破后岩体大部分破碎在原地
8、形成爆堆，少部分岩体产生位移。,（2）抛掷爆破。 特点：岩体经爆破破碎后发生较大的位移。并且在装药硐室处形成爆破漏斗。 根据抛掷程度有：抛扬爆破、抛塌爆破； 根据抛掷方向有：定向爆破。 大爆破设计原则及要求： （1）经济合理性原则。 （2）爆破设计要求。尽量为后续工作创造良好条件 （3）爆破质量要求。爆堆形态及分布符合要求，大块率低。 （4）爆破安全要求。,（一）爆破作用指数n 爆破作用指数n 是工程爆破中经常应用 的一个重要参数， 通常以爆破漏斗半径和最小抵抗线的比值来表征爆破作用指数n的大小。,R,W,N=R/W,对弱松动爆破，爆破作用指数n小于0.75。 对强松动爆破，爆破作用指数n为0
9、.751之间。,对于抛掷爆破，爆破作用指数参考表18-7中的经验值。,（二）最小抵抗线W (burden) 如图18-7所示。 由药包中心指向其相邻地表的有向最短的线段的长度即为该药包的最小抵抗线。,硐室爆破药包布置图,单侧单排作用药包,单侧双排作用药包,双层单排作用药包,单层单排双侧作用药包,单层多排双侧作用药包,单层双排双侧作用药包,单层单排双侧不对称作用药包,单层双排双侧作用不等量药包,多重作用的复合药包,（三）药包的间距 spacing 硐室爆破的药包间距通常根据最小抵抗线和爆破作用指数来定，在其他条件一定时，岩石越软，药包之间的距离应越大，反之，岩石越硬，药包之间的距离应越小。,松动
10、爆破： S = (0.81.2)W,加强松动爆破：S = (11.34) nW,抛掷爆破： S = 0.5(1+n)WnW,（四）装药量计算 calculation of charging 装药量计算根据标准炸药单耗、爆破作用指数和最小抵抗线进行计算。 二、生产台阶正常爆破 production blasting 生产台阶正常采掘爆破是在每一个生产台阶分区依次进行的爆破。 （一）生产台阶正常采掘爆破方法 方法： (1)浅孔爆破、 (2)深孔爆破、 (3)药壶爆破 (2)外敷爆破。,药壶爆破：可以克服较大的底盘抵抗线，减少钻孔工作量，通常在工作困难的条件下使用,外敷爆破：不钻孔进行的大块二次爆破
11、或根底处理。,浅孔爆破：在小型矿山的台阶爆破和大型矿山的辅助性爆破，如开出入沟、修路、处理根底及不合格大块等，其直径在50mm左右。,深孔爆破：露天矿台阶正常采掘爆破常用的方法。 该方法分为 (1)齐发爆破、 (2)毫秒迟发爆破， (3)微差爆破。 根据台阶前是否有渣堆，台阶采掘爆破又可以分为 (1)清渣爆破 (2)压渣爆破。,（二）台阶正常采掘爆破参数及爆破设计 露天台阶爆破通常采用多排孔齐发爆破或多排孔间隔起爆方式。具体设计参数： 1、炮孔底盘抵抗线,b,炮孔底盘抵抗线：炮孔中心至台阶坡底线的最小距离（WP)。根据经验有： WP = (2545) D D 炮孔直径； 边沿距：第一排炮孔的孔
12、位距台阶边沿之间的距离C， 因此，底盘抵抗线Wp应满足约束条件： WP H(ctg ctg )+C C 边沿距； H 台阶高度； 台阶坡面角； 炮孔倾角； 压碴爆破时, 适当减小底盘抵抗线。 减小值 Wn = 0.4 d/k d压渣厚度，m; k松散系数(1.31.5）,2、布孔方式与布孔参数 两种布孔方式： （1）排间之列布孔（也叫方形布孔）： 如图18-9a。 （2）排间错列布孔（三角形布孔）： 18-9b。 布孔参数：排间距、孔间距、炮孔邻近系数m. （1）孔间距。简称孔距。同排两相邻炮孔中心的距离。,Q 炮孔装药量kg； WP 炮孔底盘抵抗线m， (前排孔底盘抵抗线,后排孔为排距) q
13、炸药单耗，kg/m3。 （2）排间距 简称排距。平行于台阶坡顶线方向上两排炮孔之间的距离。 b = (0.80.9) WP (3) 炮孔邻近系数 m 也叫炮孔密集系数，即孔间距与排距之间的比值。 前排孔：,后排孔： 每一个炮孔负担面积为a * b 目前，矿山广泛在用大孔距，小抵抗线的布孔方式。以改善爆破质量。m= 38。 3、炮孔规格与超深。subdrill 目前，炮孔直径有：80，100，150，170，200，250，310 mm等。现代采矿广泛采用大孔径爆破，大型装载设备与破碎设备，节省成本。 炮孔超深h：炮孔超过台阶底盘的垂直深度， 作用是降低装药中心的高度，克服台阶底盘的阻力。以避免
14、出现根底。 h= (0.150.35)WP,4、装药量与装药结构 台阶爆破时，每一炮孔的装药量大小与岩石的坚固性、岩体中节理及裂隙的发育状态、爆破条件、自由面状态、爆破作用指数、炮孔所负担崩落的矿岩量有关。 （1）炸药单耗q。爆破每一立方米或一吨矿岩平均所用的炸药量。 炸药单耗低，爆破成本，但大块率增加，使后续作业成本增加。 （2）装药量Q。 Q= q WP a H,Q 炮孔装药量，公斤， q 单位炸药消耗量，公斤/立方米(0.451) WP 台阶底盘抵抗线，米 a 孔间距，米， H台阶高度， 米。 采用多排孔爆破时，后排孔应加大炮孔装药量。 前排孔： Q= q WP a H 后排孔： Q=
15、q b a H t 其中： b 炮孔排距， t 后排孔的装药增加系数， 设计后，应用单孔最大装药量验算。 G=g (L L1 ),G 每孔最大装药量kg, g 每米炮孔可能的最大装药量，kg/m. L 炮孔深度，m， L1 炮孔填塞长度，m，,D炮孔直径，m， d装药密度，kg/m3。 (3) 炮孔装药结构： 如图18-10所示。分连续柱状装药(如图18-10a) 和分段装药(如图18-10b）。,(4) 装药长度（LB)：炮孔中药柱的实际长度。 根据经验公式计算：,（5）填塞长度(Lt )：炮孔内药柱顶面至空口的距离。 根据经验：Lt = (1632) D,5、起爆方式与起爆网络 露天台阶爆
16、破多采用多排孔爆破。 起爆方式分可归为两类： 多排孔齐发爆破 多排孔微差爆破(延时爆破）。 目前，国内外广泛使用多排孔微差爆破。 常见的起爆网络如图18-11。 多排孔微差起爆方式： （1）排间微差起爆。如图18-11 （2）斜线起爆。如图18-11 （3）直线掏槽起爆 ，18-12，用于掘沟工程 （4）间隔孔起爆 18-13。,三、靠帮与并段台阶的控制爆破 （一） 预裂爆破 pre-splitting 在一个台阶向边帮台阶过渡时，在紧邻边帮的最后一排孔布置预裂孔，在正常台阶爆破之前爆破预裂孔，形成预裂面，以减小爆破对最终边帮的震动破坏作用。,影响预裂爆破效果的主要参数： （1）预裂孔的孔间距：a = ( 716)D。孔间距一般小于正常爆破时的孔间距。 （2）孔径与装药不耦合系数：钻孔直径与药包直径之比值。若岩石的抗压强度小，则装药的不耦合系数要求大。 （3）线炸药密度：即每米炮孔的装药量。,预裂孔直径多为100200mm的潜孔钻机所钻的孔，或6080mm凿岩台车钻的预裂孔。 预裂爆破的
