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1、逐孔起爆技术逐孔起爆技术北京科技大学土木与环境工程学院北京科技大学土木与环境工程学院北京科技大学土木与环境工程学院北京科技大学土木与环境工程学院2013.6.262013.6.262013.6.262013.6.26hole-by-hole blasting technology1 1 概述概述概述概述1.1 1.1 矿山爆破的现状与存在问题矿山爆破的现状与存在问题矿山爆破的现状与存在问题矿山爆破的现状与存在问题矿山爆破是一项受诸多因素影响，内在规律十分复杂的综合作用过程。对于这一作用规律的把握和捕捉，对改善爆破效果、降低生产成本无疑有着重大意义。在我国露天矿山生产爆破中，除了少数特殊要求的工
2、程和部位外，几十年来一直采用排间微差爆破方式，尽管该项爆破技术应用较广，但仍存在下述问题。（1）同段起爆药量相对较大。产生的地震波大，影响周边环境。（2）排间微差、同段起爆间炸药能量得不到充分利用。首先孔间连通贯穿，然后推墙作用，使墙体沿自由面法线方向倾倒或碎裂，爆后岩石块度不均匀，大块较多、根底较多，二次破碎量大，铲装效率低。（3）排间微差爆破有害效应得不到有效控制。排间微差爆破时地表采用导爆索连接，虽然方便，但爆破产生的冲击波及噪声都较大。存在问题存在问题 为解决矿山爆破中存在的问题，近年来，逐孔爆破技术越来越多的应用于矿山的生产实践，从反馈信息来看，逐孔爆破技术对降低矿山爆破震动、提高爆
3、破效果作用显著。 目前, 逐孔起爆技术在国外已经得到了普遍应用, 而国内只有极少数规模较大的露天矿山利用高精度、高强度导爆管雷管实现了逐孔起爆。 1.2 1.2 解决问题的新思路解决问题的新思路解决问题的新思路解决问题的新思路2 2 逐孔起爆的基本理论逐孔起爆的基本理论逐孔起爆的基本理论逐孔起爆的基本理论2.12.1逐孔起爆逐孔起爆逐孔起爆逐孔起爆定义与特点定义与特点定义与特点定义与特点定定定定义义义义：逐孔起爆技术是指爆区内处于同一排的炮孔按照设计好的延期时间从起爆点依此起爆，同时爆区排间炮孔按另一延期时间依次向后排传爆，从而使爆区内相邻起爆炮孔的起爆时间错开，起爆顺序呈分散的螺旋状。 逐逐
4、逐逐孔起爆技术的孔起爆技术的孔起爆技术的孔起爆技术的特点：特点：特点：特点：先爆炮孔为后爆炮孔多创造一个自由面；爆炸应力波靠自由面充分反射,岩石加强破碎；相邻爆炮孔相互碰撞,挤压,增强岩石二次破碎；同段起爆药量小,控制爆破震动。2.2 2.2 逐孔起爆技术爆破器材逐孔起爆技术爆破器材逐孔起爆技术爆破器材逐孔起爆技术爆破器材逐孔起爆技术的实现是以新型爆破器材高高高高强强强强度度度度和和和和高高高高精精精精度度度度导爆管雷管为依托的，爆破器材的高强度、高精度，保证了起爆网络的完美可靠传爆。逐逐逐逐孔孔孔孔起起起起爆爆爆爆技技技技术术术术应应应应用用用用的的的的关关关关键键键键是是是是孔孔孔孔间间间
5、间和和和和排排排排间间间间、地地地地表表表表和和和和孔孔孔孔内内内内延延延延时时时时的的的的精精精精确确确确性性性性，如果雷管延期精度低于1%2%，那么整个爆区的爆破效果就得不到保证。目前在国内市场上用以实现逐孔起爆技术的“双高”非电导爆管雷管产品有西西西西安安安安庆庆庆庆华华华华、阜阜阜阜新新新新圣圣圣圣诺诺诺诺、北北北北方方方方诺诺诺诺信信信信、贵贵贵贵州州州州久久久久联联联联、湖湖湖湖北北北北卫卫卫卫东东东东以以以以及及及及威威威威海海海海711711厂厂厂厂与与与与奥奥奥奥瑞瑞瑞瑞凯凯凯凯公公公公司司司司合资厂合资厂合资厂合资厂等四家化工厂提供，且产品技术参数参差不齐。雷管延期时间精确
6、雷管延期时间精确,是实现逐孔起爆的基本保证是实现逐孔起爆的基本保证375417409392409442409442365465417409409409442425365375417400367409367425392442409417442425孔内采用非高精度雷管孔内名义延期时间表400ms0假设地表管精度尚可17ms/42ms788787753710668659544535424507771737711685659600458426434400451864779811752743668594577526起爆后岩石移动方向紊乱450450500500550600650700750800788
7、787753710668659544535424507771737711685659600458426434400451864779811752743668594577526等时线也不均匀4254504754755005005255255505505755756000孔内采用高精度雷管时,等时线均匀一致400ms17/42ms0孔内采用高精度雷管时,岩石移动方向均匀一致2.3 2.3 逐孔起爆技术的作用原理逐孔起爆技术的作用原理逐孔起爆技术的作用原理逐孔起爆技术的作用原理逐孔起爆技术是微差爆破的发展。虽然微差爆破在国内外已研究、应用了五十多年，但是由于起爆间隔时间只有几毫秒至几十毫秒，且岩体性
8、质又复杂多变，炸药的爆炸能在岩体中的传递与分布难以定量计算，因此爆破微差原理尚无统一定论，大多只是假设和推断。下面根据较为公认的四种观点分别在下面对微差爆破和逐孔起爆的作用原理进行比较。2.3.12.3.1微差爆破原理微差爆破原理微差爆破原理微差爆破原理(1)(1)自由面和最小抵抗线原理与岩石相互碰撞作用。自由面和最小抵抗线原理与岩石相互碰撞作用。自由面和最小抵抗线原理与岩石相互碰撞作用。自由面和最小抵抗线原理与岩石相互碰撞作用。 在第一炮(先爆)产生的应力波和爆轰气体作用下，自由面处的岩体夹制性和阻力最小，形成径向裂隙和环向裂隙都比别的位置密集，最小抵抗线方向的破碎范围最大，块度最小，岩块获
9、得的动能最大。（1）第二炮能充分利用第一炮形成的新自由面来破碎岩体；（2）相应缩短了第二炮最小抵抗线，减弱了岩体夹制性；（3）由于最小抵抗线方向的改变，使分离岩块在运动中剧烈碰撞的机会增多。(2)(2)爆轰气体的预应力作用。爆轰气体的预应力作用。爆轰气体的预应力作用。爆轰气体的预应力作用。先爆药包的爆轰气体使岩体处于准静压应力状态，并对应力波所形成的裂隙起着膨胀和楔子作用，后爆药包起爆，利用了岩体内较大的预应力场以及爆轰气体尚未消失前(裂隙尚未达到自由面)在岩体内的准静压应力场来加强岩石的破碎作用。(3)(3)应力波的迭加作用。应力波的迭加作用。应力波的迭加作用。应力波的迭加作用。先爆药包在岩
10、体内形成的减力场，在其应力作用尚未消失之前，第二炮立即起爆，造成应力波迭加，有利于岩石的破碎。而且，在先爆药包的应立场作用下岩体内原生裂隙及孔隙缩小，密度增大，加快应力波的传播速度，即使岩石质点速度增加，又导致岩石处于应力状态的时间增长。应力波的相互作用加剧，减少了不可逆的能量损失，从而改善了爆破效果。(4)(4)地震波主震相的错开和地震波的干扰作用。地震波主震相的错开和地震波的干扰作用。地震波主震相的错开和地震波的干扰作用。地震波主震相的错开和地震波的干扰作用。合理地微差间隔时间，使先后起爆所产生的地震能量在时间上和空间上错开，特别是错开地震波的主震相，从而大大降低了地震效应。此外先后两组地
11、震波的干扰作用，也会降低地震效应。只要合理的选取微差间隔时间，即可使地震效应有不同程度的降低。总体来说，微差爆破比普通爆破可降震30%-70%。2.3.2 2.3.2 逐孔起爆技术的作用原理逐孔起爆技术的作用原理逐孔起爆技术的作用原理逐孔起爆技术的作用原理(l)(l)应力波叠加作用。应力波叠加作用。应力波叠加作用。应力波叠加作用。高速摄影资料表明，当底盘抵抗线小于10m时，从起爆到台阶坡面出现裂缝，历时约10一25ms，台阶顶部鼓起历时约80一150ms，此时爆生高压气体逸出，鼓包开始破裂。在逐孔爆破时，后爆药包较先爆药包延迟数十毫秒起爆，这样后爆药包在相邻先爆药包的应力震动作用下处于预应力的
12、状态中(即应力波尚未消失)起爆的，两组深孔爆破产生的应力波相互叠加，可以加强破碎效果。(2)(2)增强自由面作用。增强自由面作用。增强自由面作用。增强自由面作用。在先爆深孔破裂漏斗形成后，对后爆深孔来说相当于新增加了自由面，逐孔微差爆破后爆破孔的自由面由排间微差爆破的两个自由面增至三个自由面，后爆炮孔的最小抵抗线和爆破作用方向都有所改变，增多了入射压力波和反射拉伸波的反射，增强了岩石的破碎作用，并减少夹制角。(3)(3)增加岩块相互碰撞作用。增加岩块相互碰撞作用。增加岩块相互碰撞作用。增加岩块相互碰撞作用。先爆的炮孔起爆后，爆破漏斗内的破碎岩石起飞尚未回落时，后爆的炮孔在先爆炮孔的“岩块幕中”
13、起爆，后爆药包的爆生气体不易逸散到大气中，从而又增加了补充破碎机会。逐孔爆破由于所相邻的两孔都有微差时间，较排间微差爆破提供的补充破碎机会多，因而在碰撞破碎过程中，岩石中的动能降低，导致抛距减少，爆堆相对集中。单个炮孔起爆时岩石破碎情况单个炮孔起爆时岩石破碎情况单个炮孔起爆时岩石破碎情况单个炮孔起爆时岩石破碎情况多个炮孔同时起爆的情况多个炮孔同时起爆的情况多个炮孔同时起爆的情况多个炮孔同时起爆的情况炮孔间延期时间过长的情况炮孔间延期时间过长的情况炮孔间延期时间过长的情况炮孔间延期时间过长的情况炮孔间延期时间合理时的情况炮孔间延期时间合理时的情况炮孔间延期时间合理时的情况炮孔间延期时间合理时的情
14、况(4)(4)减小爆破震动。减小爆破震动。减小爆破震动。减小爆破震动。 由于逐孔爆破显著减少了同时起爆的药量，根据爆破震动萨道夫斯基公式在其它参数不变的情况下, 最大单响药量的减小能够降低爆破振动是显而易见的。 质点振动速度( cm / s); K 与介质性质、爆破方式有关的系数; Q 最大单响药量( kg); R 爆心距(m ); 和地质地形等有关的衰减指数。2.42.4逐逐逐逐孔起爆技术起爆工艺孔起爆技术起爆工艺孔起爆技术起爆工艺孔起爆技术起爆工艺起爆方式是实现逐孔起爆技术的关健，分为两种:地表延期网路和孔内延期网路。逐孔起爆技术是通过孔内和地表延期时间的组合来共同完成的。地表起爆网络是由
15、相对作业面爆破设计时，根据爆破效果要求选取的炮孔排、列，并针对炮孔排、列分别计算得到的不同延期时间使用与之对应的高精度导爆管雷管组合实现。孔内延期采用地表延期时间4倍以上的高精度导爆管雷管连接起爆药具实现。延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管600ms 孔内延期孔内延期100ms 100ms 地表管地表管地表管地表管0100200300400500600ms600ms起爆点起爆点延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管延期体未被引燃的雷管延期体未被引燃的雷管2.52.5逐孔逐孔逐孔逐孔起爆网络的设计原则及起爆网络的设计原则及起爆网络的设计原则及起爆网络的设计原则及方法方法方法方法确定爆区的
16、排与列确定排内孔间延期时间及排间延期时间确定起爆点点燃阵面2.5.12.5.12.5.12.5.1逐孔起爆走时线原则逐孔起爆走时线原则逐孔起爆走时线原则逐孔起爆走时线原则应用逐孔起爆技术进行爆破作业时，爆破过程的推进(或展开)并不是整排或整列进行，而是与排和列成一定的角度向前推进，位于同一角度上的爆破质点所组成的曲线就是起爆走时线。如下图所示，图中标出的平行线就是依次为0ms、600ms、800ms、1000ms1200ms、1400ms时刻的爆破走时线。2.5.2 2.5.2 点燃阵面原则点燃阵面原则点燃阵面原则点燃阵面原则点燃阵面是指在工程爆破中，当地表延时起爆网路正常引爆、爆轰波依次从炮
17、孔的地表网路向前传播时，由炸药正在爆轰和孔内雷管延期体正在燃烧而尚未引爆的所有孔内雷管所形成的空间几何平面。点燃阵面的大小用点燃正面的宽度表示，点燃阵面内所有的雷管所构成的空间几何平面就称为完全点燃阵面，如图2.8所示。过程过程 -选择选择 “起爆点起爆点-画出画出 “等时线等时线-选择地表管选择地表管-画上箭头画上箭头-计算时间计算时间有两个自由面有两个自由面有两个自由面有两个自由面有两个自由面2.5.32.5.3三角形布孔的原则三角形布孔的原则三角形布孔的原则三角形布孔的原则露天矿台阶多排孔微差爆破合理的起爆参数是由炮孔布置及起爆顺序决定的，合理的起爆将为一个炮孔爆破造成合理的自由面形状。
18、如下图所示。在炮孔D爆破时，若能形成ADB平面漏斗，那么当AB平面上存在一个三角形带AFB时，只要满足于DFDB的条件，一定可以形成ADBF漏斗。由于凸面AFB的存在，使AFB自由面上各点的阻力与沿着DB线方向的最大阻力相接近，可以避免炮孔D爆破时，爆炸气体的过早逸散，有利于爆炸能量的充分利用，可加强对漏斗内岩体的破碎作用。2.5.42.5.4夹角大于夹角大于夹角大于夹角大于9090度原则度原则度原则度原则夹角大于90度原则就是指逐孔起爆网络的连接设计时，要使以每个炮孔为节点的排和列的爆破信号传播方向的夹角需要等于或大于90度，即如下图2.10起爆网络的后顷连接所示。如果设计的时候没有使以每个
19、炮孔为节点的排和列的爆破信号传播方向的夹角需要等于或大于90度，那么就成为前倾连接，如下图2.11起爆网络的前顷连接所示，会发生起爆孔序的变化，距离自由面远的后排孔会比距离自由面近的前排孔先被传爆，较大的夹持力会导致较差的爆破效果。后倾连接前倾连接2.5.52.5.5增减排原则增减排原则增减排原则增减排原则逐孔起爆网络设计要保证达到每一个炮孔在起爆网络孔内、地表网络延时累加后分配的被起爆的时刻的唯一性和遵循“最小抵抗线”定理下的有序性。所以，增减排原则就是在进行起爆网络设计时，当设计中所设定的雁行列因为孔数的不一致，不能够直接与控制排直接连接时，需要单独成列与前列相应的孔连接，并保持连线与控制
20、排平行的连接。如图2.12所示，如果不能保持图中后排孔数少的列的平行连接，就不能保证这些炮孔的有序被传爆，会发生“跳段”现象，直接破坏爆破效果，甚至会导致盲炮的发生。注意平行!2.5.62.5.6最后排时间延长原则最后排时间延长原则最后排时间延长原则最后排时间延长原则为了满足露天矿临近边坡等特殊要求地段最大限度的降震或者需要更加规整、被尽可能少的冲击的爆破后续工作面的要求，提出了最后排时间延长的原则，即如下图2.13所示，在最后一排适当加大延期时间，就是选择延期时间更长的地表延时雷管作为整个起爆网络每列最后一个孔的连接，经过现场大量的实践证明可以得到露天矿临近边坡等特殊要求地段最大限度的降震或
21、者更加规整、被尽可能少的冲击的爆破后续工作面。2.5.72.5.7虚拟孔原则虚拟孔原则虚拟孔原则虚拟孔原则在实际的现场施工中，会遇到因为种种原因造成的各种各样的不规整的爆破作业面，在进行起爆网络设计时，可能会因为某个孔位孔的缺失，而导致整个地表起爆网络延期时间混乱。为了解决这个问题，引入了虚拟孔的定义，就是按照理想爆破工作面的情形，假设孔位缺失的孔存在有孔，并按照有孔的样子进行地表起爆网络的设计，实际进行地表网络连接时也以此连接，以达到此处延期时序的正常进行。要求抛掷方向要求抛掷方向利用多个虚拟孔利用多个虚拟孔2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 孔距孔距孔距孔距孔距孔距/ / /
22、/ / /排距及延期时间排距及延期时间排距及延期时间排距及延期时间排距及延期时间排距及延期时间15-30ms/m孔距排距3-8ms/m排列块度毫秒/米*孔距3-8 毫秒/米移动毫秒/米*排距15-30 毫秒/米孔间及排间延期时间孔间及排间延期时间延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管延期体未被引燃的雷管延期体未被引燃的雷管200毫秒孔内延期雷管0ms0ms200ms200ms全部点燃阵面全部点燃阵面 地表无延期地表无延期导爆索延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管600ms 孔内延期孔内延期100ms 100ms 地表管地表管地表管地表管0100200300400500600ms600ms
23、起爆点起爆点全部点燃阵面全部点燃阵面 地表有延期地表有延期延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管延期体未被引燃的雷管延期体未被引燃的雷管孔内延期孔内延期 =4 x 地表延期地表延期100ms 100ms 地表管地表管地表管地表管100100200200300300ZEROZERO起爆点起爆点起爆点起爆点400400400ms 400ms 孔内孔内孔内孔内局部点燃阵面局部点燃阵面- 4 - 4 排炮孔排炮孔延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管延期体未被引燃的雷管延期体未被引燃的雷管药柱错位导致盲炮药柱错位导致盲炮两个起爆药柱两个起爆药柱 1 1延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管延期体
24、未被引燃的雷管延期体未被引燃的雷管顶部起爆药柱顶部起爆药柱引爆上部药柱引爆上部药柱N段段n+1段段两个起爆药柱两个起爆药柱 2 2延期体正在燃烧的雷管延期体正在燃烧的雷管延期体未被引燃的雷管延期体未被引燃的雷管逐孔起爆能达到的最终爆破效果逐孔起爆能达到的最终爆破效果爆破块度好爆破块度好,大块率低，二次爆破量少；大块率低，二次爆破量少；底根少，或无底根；底根少，或无底根；控制后冲或侧冲破坏，便于爆区衔接控制后冲或侧冲破坏，便于爆区衔接控制爆堆移动方向控制爆堆移动方向,降低贫化降低贫化控制爆堆形状，发挥铲装设备效率控制爆堆形状，发挥铲装设备效率控制爆堆松散度及松散均匀度，便于挖掘控制爆堆松散度及松散均匀度，便于挖掘控制爆破震动，噪声，飞石控制爆破震动，噪声，飞石谢谢！谢谢！
