CN101266123B - 一种破碎站基坑掘凿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种破碎站基坑掘凿方法，所采用的技术方案包括爆破孔的穿孔、爆破及爆破后的除渣工艺，其主要特点是采用预裂孔控制爆破、中深孔爆破及斜坡除渣工艺，由于采用预裂孔控制爆破及斜坡除渣工艺，具有可实现一次性爆破的优点，其技术可行、安全可靠、经济合理，适用于露天矿山破碎站基坑及其它领域中类似基坑的施工。在基坑施工过程中，效率可提高50％，基坑施工时间可减少3～5个月，本发明工艺也适用于其它工程领域中一些类似的基坑掘凿，同时它不仅适用于垂直立面基坑的掘凿，也适用于斜面基坑的掘凿。

Description

一种破碎站基坑掘凿方法

技术领域

本发明属于矿山采矿技术领域，涉及到间断——连续工艺系统中破碎站基坑掘凿方法。 

背景技术

间断——连续工艺拥有工艺简单、运输量大和运营成本低等特点，目前已在国外很多露天铁矿、有色金属矿山和建材开采矿山得到采用，随着该工艺使用经验的日益丰富及技术的逐渐成熟，已经得到国内外很多大型露天矿的重视，许多国家也在准备采用该工艺，以解决深凹露天矿的开拓运输难题。但该工艺存在施工量大、难度高、施工周期长、工程费用高等缺点。 

现有的间断——连续工艺中破碎站基坑断面面积一般为300～500m²，基坑深度为24～28m，土石方量一般为7000～14000m³左右。由于破碎站基坑较深，造成人员和设备不能直接出入基坑，无法采用高效、节能的大型设备，往往只能采用效率低、成本高的人工方式进行施工。而目前破碎站基坑掘凿采用的是类似于井下矿竖井掘凿的方法，基坑的掘凿工艺包括穿孔、爆破、除渣、提升等环节，即采用小型凿岩机(一般采用7655型凿岩机)由上至下分层穿浅孔、爆破、分层除渣。由于破碎站基坑一般位于较硬的岩体(矿体)中，硬度系数较高，一般为f＝10～16，采用现有掘凿方法，爆破分层高度每次只能达到1m左右，造成爆破次数多、一次爆破量少等缺点，难以 实现大规模爆破；爆破后采用人工方式将碎石集中，后采用塔吊将土石方提升至地表面。该方法存在掘凿难度高、爆破效果差、施工效率低和成本高等缺点，建一座破碎站基坑掘凿时间约为6～8个月。 

发明内容

为克服破碎站基坑现有施工方法的不足，本发明公开一种适用所有露天铁矿山、有色金属矿、和建材开采矿山在软岩和硬岩中破碎站基坑掘凿方法，通过对穿孔、爆破等工艺采取一系列的特殊措施，以达到提高劳动生产率和节能降耗的目的。 

本发明所采用的技术方案包括爆破孔的穿孔、爆破及爆破后的除渣工艺，其主要特点是采用预裂孔控制爆破、中深孔爆破及斜坡除渣工艺，具体工艺如下 

1、穿孔：本发明的爆破孔穿孔包括预裂孔、预裂辅助孔、主爆破孔的穿孔工艺； 

a)预裂孔 

沿破碎站基坑边缘用钻机穿预裂孔，其预裂孔的参数为： 

孔径d₁为53～110mm之间，但如受条件限制没有专用钻孔设备或对基坑壁面要求不高，也可采用其它钻机进行穿孔，但孔径不能大于150mm； 

孔深H₂大于基坑深度2～3m； 

孔距a₁为孔径的8～12倍； 

预裂孔穿凿角度为基坑斜面的角度；预裂孔为斜孔时，预裂孔底部距主爆破孔的距离为1～2m。 

b)预裂辅助孔布置在预裂孔的里层，与预裂孔的中心距为S1，S1为2～3m； 

预裂辅助孔参数与预裂孔参数相同；预裂孔为斜孔时，预裂孔和预裂辅助孔始终保持平行，预裂辅助孔底部距主爆破孔的距离为1～2m；预裂孔为垂直孔时，辅助孔距主爆破孔的距离为主爆破孔孔距的0.7～1.0倍。 

c)主爆破孔 

沿破碎站基坑的长轴方向布置主爆破孔；其主爆破孔的参数为： 

孔径d最小为170mm，最大为250mm； 

孔深H1为大于基坑深度2～3m； 

孔距为a，按下式计算： 

$a=\frac{Q1}{H1}\mathrm{Wq}$

式中：a——孔距，米； 

Q₁——单孔装药量，kg； 

H₁——孔深，米； 

W——抵抗线，米，根据矿山实际矿岩性质确定； 

q——炸药单耗，kg/m³，根据矿山实际矿岩性质确定。 

主爆破孔数量按下式计算： 

(1)主爆破孔排数的计算 

$n_1=1+\frac{S-2\×S1}{(0.7~0.9)a}$

式中：n₁——为主爆破孔的排数； 

S——为基坑的宽度，米； 

S₁——为预裂辅助孔与预裂孔的间距，米； 

a——孔距，米； 

计算结果按四舍五入原则取整数。 

(2)主爆破孔数量的计算 

①单排孔主爆破孔数量的计算 

$n_2=\frac{L-2\×S1}{a}$

式中：n₂——为单排孔主爆破孔的数量，个； 

n₁——为主爆破孔的排数； 

L——为基坑的长度，米； 

S₁——为预裂辅助孔与预裂孔的间距，米； 

a——孔距，米； 

计算结果按四舍五入原则取整数。 

②多排孔主爆破孔数量的计算 

n₃＝n₁×n₂

式中：n₃——为多排矿主爆破孔的数量，个； 

n₂——为单排孔主爆破孔的数量，个； 

2、爆破：爆破工艺包括预裂孔、预裂辅助孔、主爆破孔的爆破工艺， 

a)预裂孔 

装药量的选择： 

线装药密度Δ：线装药密度是指预裂孔装药量与不包括填塞部分的炮孔长度之比，为了控制爆炸对新壁面的破坏，线装药密度根据下式计算： 

Δ＝0.36[σ_压]^0.63a₁ ^0.67

式中：Δ——线装药密度，g/m； 

σ_压——岩石极限抗压强度，Mpa； 

a₁——孔距，m。 

装药结构的选择： 

采用不耦合装药，炮孔底部线装药密度要加大2～3倍，不耦合系数为3～5； 

填塞长度：预裂孔径的10～20倍； 

预裂孔起爆时必须超前主爆破孔起爆至少50～100毫秒； 

b)预裂孔辅助孔： 

预裂孔辅助孔的爆破参数与预裂孔相同； 

c)主爆破孔 

单孔装药量Q₁：根据实际的矿岩性质，确定炸药单耗q，然后可按下式计算单孔装药量Q₁： 

Q₁＝qH₁W²

式中：Q₁——单孔装药量，kg； 

其余符号含义与预裂孔计算公式相同； 

爆破方式：爆破时采用多孔微差爆破，起爆方法可采用非电起爆系统起爆。 

3、除渣： 

采用斜坡道进行除渣，由前端式装载机出入基坑装渣； 

斜坡道角度为15～20°，宽度为4～6m； 

在钻机穿凿主爆破孔时，应连同斜坡道的爆破孔一起穿凿，随主爆破孔一起起爆。 

本发明的有益效果是：由于采用预裂孔控制爆破及斜坡除渣工艺，具有可实现一次性爆破的优点，其技术可行、安全可靠、经济合理，适用于露天矿山破碎站基坑及其它领域中类似基坑的施工。在基坑施工过程中，效率可提高50％，基坑施工时间可减少3～5个月，本发明工艺也适用于其它工程领域中一些类似的基坑掘凿，同时它不仅适用于垂直立面基坑的掘凿，也适用于斜面基坑的掘凿。 

附图说明

图1为本发明的示意图。 

图2为图1的俯视图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。 

如图1、2所示，本发明所采用的技术方案包括爆破孔的穿孔、爆破及爆破后的除渣工艺，其主要特点是采用预裂孔、预裂辅助孔的爆破及斜坡除渣工艺， 

1、穿孔：本发明的爆破孔穿孔包括预裂孔、预裂辅助孔、主爆破孔的穿孔工艺； 

a)预裂孔 

为减少中深孔爆破对破碎站基坑侧壁的冲击影响及减少土石方量，在破碎站基坑边缘用边坡钻机(或潜孔钻机)穿预裂孔，爆破时先起爆预裂孔，在破碎站基坑边缘形成一条裂缝，使破碎站基坑需要 除渣部分与原岩分离，然后再先起主爆破孔将其破碎。 

其预裂孔2的参数为： 

采用矿山专用钻孔设备进行穿孔，孔径一般在53～110mm之间，如受条件限制没有专用钻孔设备或对基坑壁面要求不高，也可采用其它钻机进行穿孔，但孔径不能大于150mm； 

预裂孔深H₂大于基坑深度2～3m； 

预裂爆破时孔距a₁与孔径有很大的关系，一般为孔径的8～12倍，基坑围岩硬度大时取大值； 

预裂孔2穿凿角度根据基坑斜面的角度而定，可以是垂直或有一定角度；预裂孔2为斜孔时，预裂孔2底部距主爆破孔1的距离为1～2m。 

b)预裂辅助孔3布置在预裂孔2的里层，与预裂孔2的中心距为S₁，S₁为2～3m； 

预裂辅助孔3参数与预裂孔2参数相同； 

预裂孔2为斜孔时，预裂孔和辅助孔始终保持平行，辅助孔3底部距主爆破孔1的距离为1～2m，预裂孔2为垂直孔时，辅助孔3距主爆破孔1的距离为主爆破孔1的孔距的0.7～1.0倍。 

c)主爆破孔 

沿破碎站基坑长轴方向布置主爆破孔1；其主爆破孔1参数如下： 

为减少主爆破孔1起爆后冲击波对破碎站基坑壁面的破坏，主爆破孔1的孔径一般为矿山采用牙轮钻机所能穿凿的最小孔径，或为施工单位钻机所能穿凿的最大孔径，孔径d最小为170mm，但主爆破孔1的孔径不应大于250mm； 

孔深H₁大于基坑深度2～3m； 

孔距为a，按下式计算： 

式中：a——孔距，米； 

Q₁——单孔装药量，kg； 

H₁——孔深，米； 

W——抵抗线，米，根据矿山实际矿岩性质确定； 

q——炸药单耗，kg/m³，根据矿山实际矿岩性质确定主爆破孔1数量，按下式计算： 

(1)主爆破孔1排数的计算 

$n_1=1+\frac{S-2\×S1}{(0.7~0.9)a}$

式中：n₁——为主爆破孔1的排数； 

S——为基坑的宽度，米； 

S₁——为预裂辅助孔3与预裂孔2的间距，米； 

a——孔距，米； 

计算结果按四舍五入原则取整数。 

(2)主爆破孔1数量的计算 

①单排孔主爆破孔1数量的计算 

$n_2=\frac{L-2\×S1}{a}$

式中：n₂——为单排孔主爆破孔1的数量，个； 

n₁——为主爆破孔1的排数； 

L——为基坑的长度，米； 

S₁——为预裂辅助孔3与预裂孔2的间距，米； 

a——孔距，米； 

计算结果按四舍五入原则取整数。 

②多排孔主爆破孔1数量的计算 

n₃＝n₁×n₂

式中：n₃——为多排矿主爆破孔1的数量，个； 

n₂——为单排孔主爆破孔1的数量，个； 

主爆破孔1的孔径一般为矿山采用牙轮钻机所能穿凿的最小孔径，或为施工单位钻机所能穿凿的最大孔径，但主爆破孔1的孔径不应大于250mm； 

2、爆破：爆破工艺包括预裂孔、预裂辅助孔、主爆破孔的爆破工艺， 

a)预裂孔 

装药量的选择： 

预裂孔线装药密度Δ：线装药密度是指预裂孔装药量与不包括填塞部分的炮孔长度之比，为了控制爆炸对新壁面的破坏，可根据基坑实际围岩的情况，根据下式计算或通过实地试验加以确定， 

Δ＝0.36[σ_压]^0.63a₁ ^0.67

式中：Δ——线装药密度，g/m； 

σ_压——岩石极限抗压强度，Mpa； 

a₁——孔距，m。 

装药结构的选择：预裂爆破要求炸药均匀分布在炮孔内，采用不耦合装药，炮孔底部线装药密度要加大2～3倍，不耦合系数为3～5； 

填塞长度：为孔径的10～20倍；预裂孔2起爆时必须超前主爆破孔1起爆50～100毫秒； 

b)预裂孔辅助孔： 

辅助孔3爆破参数与预裂孔2相同。 

c)主爆破孔 

单孔装药量Q₁：根据实际的矿岩性质，确定炸药单耗q，然后可按下式计算单孔装药量Q₁： 

Q₁＝qH₁W²

式中：Q₁——单孔装药量，kg； 

其余符号含义与预裂孔计算公式相同； 

爆破方式：爆破时采用多孔微差爆破，起爆方法可采用非电起爆系统起爆。 

3、除渣： 

采用斜坡道4进行除渣，由前端式装载机出入基坑装渣； 

斜坡道4角度为15～20°，宽度S为4～6m； 

在钻机穿凿主爆破孔时，应连同斜坡道的爆破孔一起穿凿，随主爆破孔一起起爆。 

当受钻机、基坑较深、岩石性质等因数限制时，可将基坑分为上、下两部份，分两次爆破，基坑上半部份按本发明实施，基坑下半部分应可按本发明实施也可以采用传统的方法进行，采用本发明方法时，其爆破范围按基坑边缘轮廓线向内缩小2～3m，穿孔、爆破、除渣结束后，剩余部分采用原施工方法。 

Claims (4)

1.一种破碎站基坑掘凿方法，其特征在于，采用的技术方案包括爆破孔的穿孔、爆破及爆破后的除渣工艺，具体工艺为：

1)穿孔：爆破孔穿孔包括预裂孔、预裂辅助孔、主爆破孔的穿孔工艺；

a)预裂孔

沿破碎站基坑边缘用钻机穿预裂孔，其预裂孔的参数为：

孔径d₁为53～150mm；

孔深H₂大于基坑深度2～3m；

孔距a₁为孔径d₁的8～12倍；

预裂孔穿凿角度为基坑斜面的角度；

b)预裂辅助孔布置在预裂孔的里层，与预裂孔的中心距为S₁，S₁为2～3m；

预裂辅助孔参数与预裂孔参数相同；

c)主爆破孔

沿破碎站基坑的长轴方向布置主爆破孔；其主爆破孔的参数为孔径d最小为170mm，最大为250mm；

孔深H₁为大于基坑深度2～3m；

孔距为a，按下式计算：

式中：a——孔距，米； 

Q₁——单孔装药量，kg；

H₁——孔深，米；

W——抵抗线，米，根据矿山实际矿岩性质确定；

q——炸药单耗，kg/m³，根据矿山实际矿岩性质确定；

主爆破孔数量，按下式计算：

(1)主爆破孔排数的计算

式中：n₁——为主爆破孔的排数；

S——为基坑的宽度，米；

S₁——为预裂辅助孔与预裂孔的间距，米；

a——孔距，米；

计算结果按四舍五入原则取整数；

(2)主爆破孔数量的计算

①单排孔主爆破孔数量的计算

式中：n₂——为单排孔主爆破孔的数量，个；

n₁——为主爆破孔的排数；

L——为基坑的长度，米；

S₁——为预裂辅助孔与预裂孔的间距，米；

a——孔距，米；

计算结果按四舍五入原则取整数；

②多排孔主爆破孔数量的计算 

n₃＝n₁×n₂

式中：n₃——为多排矿主爆破孔的数量，个；

n₂——为单排孔主爆破孔的数量，个；

2)爆破：爆破工艺包括预裂孔、预裂辅助孔、主爆破孔的爆破工艺，

a)预裂孔

装药量的选择：预裂孔线装药密度Δ：根据下式计算：

Δ＝0.36[σ_压]^0.63a₁ ^0.67

式中：Δ——线装药密度，g/m；

σ_压——岩石极限抗压强度，Mpa；

a₁——孔距，m；

装药结构的选择：采用不耦合装药，炮孔底部线装药密度要加大2～3倍，不耦合系数为3～5；

填塞长度：预裂孔径的10～20倍；

预裂孔起爆时必须超前主爆破孔起爆至少50～100毫秒；

b)预裂孔辅助孔：

辅助孔爆破参数与预裂孔相同；

c)主爆破孔

单孔装药量Q₁：根据实际的矿岩性质，确定炸药单耗q，然后按下式计算单孔装药量Q₁：Q₁＝qH₁W²

式中：Q₁——单孔装药量，kg；

其余符号含义与预裂孔计算公式相同；

爆破方式：爆破时采用多孔微差爆破，起爆方法采用非电起爆系 统起爆；

3)除渣：

采用斜坡道进行除渣；

斜坡道角度为15～20°，宽度S为4～6m；

在钻机穿凿主爆破孔时，连同斜坡道的爆破孔一起穿凿，随主爆破孔一起起爆。

2.根据权利要求1所述的一种破碎站基坑掘凿方法，其特征在于，采用矿山专用钻机或其它钻机进行穿孔。

3.根据权利要求1所述的一种破碎站基坑掘凿方法，其特征在于，预裂孔穿凿角度为基坑斜面的角度，预裂孔为斜孔时，预裂孔和预裂辅助孔始终保持平行，预裂孔和预裂辅助孔底部距主爆破孔的距离为1～2m，预裂孔为垂直孔时，辅助孔距主爆破孔的距离为主爆破孔孔距的0.7～1.0倍。

4.根据权利要求1所述的一种破碎站基坑掘凿方法，其特征在于，当受钻机、基坑较深、岩石性质因数限制时，基坑分为上、下两部份，采用上述方法分两次爆破，按基坑边缘轮廓线向内缩小2～3m。 

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